slides

(1)

Elias Khan

(2)

¡

Fascicule dédié:

http://ipnwww.in2p3.fr/Elias-KHAN

¡

Le monde subatomique (L. Valentin) : chap 4

¡

Physique Nucléaire (Le Sech, Ngo) : chap 10

¡

www.laradioactivite.com

¡

http://irfu.cea.fr/la-vallee-de-stabilite/

¡

http://www.cenbg.in2p3.fr/heberge/EcoleJoliotCurie/coursJC

(3)

¡

Pas (ou peu) de cours de physique nucléaire

¡

Applications technologiques et sociétales

¡

_{Elle ne s’intitule pas « énergies nucléaires »}

¡

Nécessite une mise à niveau

¡

Relier efficacement aux concepts académiques

¡

Points physiques et non leçon de choses

(4)

¡

_{Structure du noyau atomique :}

Interactions + structure en couches

¡

_{Stabilité et radioactivité}

¡

Fission

¡

Fusion

(5)

Structure du noyau atomique

(6)

Nom

Intensité

Médiateur

Portée

Forte

1 8 gluons

1fm=10

-15

m

Electro-magnétique

10

-2

photon

infinie

Faible

10

-6

Z

0

, W

+

,W

-

Contact

(10

-18

m )

Gravitation

10

-39

Graviton ?

infinie

(7)

7

Elé

m

en

ta

ire

Co

m

p

le

xe

(8)

(9)

(10)

¡

Problème à N corps de nucléons

¡

Fermions liés -> structure en couche

¡

_{Lpm ~taille du noyau (R=1,2fm. A}

1/3

_{) -> champ}

moyen OK

¡

Microscopique > Woods-Saxon > HO

(11)

(12)

(13)

13

(14)

(15)

15

Interaction Nom de la radioactivité

(date de découverte) Particule(s) émise(s) par le noyau Electromagnétique g (1900) photon Electron de conversion (1938) e -Faible b-₍₁₈₉₈₎ _e-_{, n} e b+₍₁₉₃₃₎ _e+_{, n} e Capture électronique (1937) n_e Double b- (1980) 2e-_{, 2n} e

Double capture électronique (2001) 2n_e b-_{Etat lié (1992)} _n e Forte (+ELM) a (1896) 24He n, p (1970), 2p (2000), 2n (2012) n ou p ou 2p ou 2n Clusters (1984) 14_{C ou}24_{Ne ou}32_{Si, …}

Fission (1939) n + 2 noyaux lourds (90_Zr,132_{Sn, …)}

(16)

(17)

(18)

(19)

19

Energie de liaison

Energie de séparation (ici à 1 neutron)

(20)

Formule semi-empirique de B.W.

B =

a

_V

A

– a

_S

A

2/3

- a

_C

Z

2

/A

1/3

- a

_A

(N-Z)

2

/A

+

d

(en MeV)

Les constantes sont déterminées expérimentalement

a_V ~ 16 MeV , a_S~ 17 MeV

a_C ~ 0.7 MeV , a_A~ 23 MeV

Þ B/A = a

_V

– a

_S

/A

1/3

– a

_C

Z

2

/A

4/3

– a

_A

(N-Z/A)

2

+

d

/A

termes classiques termes quantiques

(21)

(22)

(23)

23

Fe,Ni

Fusion Fission

(24)

(25)

25

Fission spontanée (~20 noyaux)

(26)

(27)

(28)

(29)

29

• Energie des n: kT=10-2 eV (T=293 K) • Capture du n :

(30)

1 eV 1 MeV 10-2 _eV

n thermique

(lent) n rapide

Grande section efficace de capture par 235U

Fission Induite (235_{U et}239_Pu)

(31)

31

n lent

n rapide

(32)

(33)

33

(34)

¡

Combustible

¡

Caloporteur

¡

_Modérateur

(35)

¡

_{Produits de fission variés et radioactifs (94%)}

¡

Actinides n’ayant pas fissionné et radio. (6%)

P

_arrêt

= 6% P

_nominale

(36)

(37)

(38)

(39)

39

Fertiles

_Fissiles

(40)

(41)

41

¡

Abondance des

noyaux légers

¡

Absence de grande

variété de déchets

¡

Energie libérée plus

importante

(42)

0 B

(43)

(44)

(45)

45

Q=26,7 MeV

T=10

7

_K

r=10

2

_g.cm

-3

(46)

Réaction la plus énergétique (Q/A=3,5 MeV) et avec la plus gde section efficace :

Barrière coulombienne: kT=500 keV (T=109 _{K) !!}

Fusion sous-coulombienne

par effet tunnel : kT=10 keV (T=108 _K)

(47)

47

(48)

Cf Laser Mégajoule

(P~106J/10-8s = 1014W)

T=10

8

K ; r=10

4

g.cm

-3

Confinement inertiel par compression Régime explosif

(49)

¡

Faible concentration d+t (plasma)

¡

Chauffage par effet Joule+rayonnement micro-onde

¡

T = 10

8 K ; r=10

-9

g.cm

-3

(cf énergie libérée)

¡

Confinement par B :

e

-

et noyaux doivent éviter les parois physiques

(refroidissement, impuretés)

(50)

(51)

(52)