Introduction 11 1 Quelques points de repère historiques Etendue de la physique nucléaire Découverte de la radioactivité...

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Marie-Agnès Trudeau
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1 Table des matières Introduction 11 1 Quelques points de repère historiques Etendue de la physique nucléaire Découverte de la radioactivité Conceptsdebasedelaphysiquenucléaire 29 1 Les noyaux atomiques Généralités Rayons nucléaires Energies de liaison Réactions nucléaires, lois de conservation Lois de conservation Conservation de l énergie et de l impulsion totale Conservation du moment cinétique Nombres quantiques additifs et groupe U(1) Symétries du Hamiltonien Bilan énergétique Etats excités des noyaux Forces nucléaires Aspects qualitatifs Le potentiel de Yukawa et ses généralisations Origine du potentiel de Yukawa Indépendance de charge : l Isospin L indépendance de charge des forces nucléaires L Isospin Origine de la symétrie d isospin ; différence de masse neutronproton Noyaux déformés Bibliographie Modèles nucléaires, stabilité des noyaux 61 1 Modèle du potentiel nucléaire moyen

3 Energies de liaison......................... 33 2 Réactions nucléaires, lois de conservation................ 37 2.1 Lois de conservation........................ 37 2.2 Conservation de l énergie et de l impulsion totale.

2 4 Table des matières 2 La formule de masse semi-empirique La goutte liquide de Bohr La formule de masse de Bethe-Weizsäcker Modèle du gaz de Fermi Energie de volume et énergie de surface Energie d asymétrie Structure en couches des noyaux : nombres magiques Nombres magiques Couplage spin-orbite et modèle en couches Quelques conséquences de la structure en couches des noyaux Radioactivité bêta Répulsion coulombienne et radioactivité α Radioactivité α Modèle de Gamow de l émission α Vallée de stabilité et désintégrations Bibliographie Exploration de la matière nucléaire 93 1 Notion de section efficace Définition de la section efficace Calcul classique Découverte du noyau Généralités sur les sections efficaces Calcul quantique Probabilités de transition Fonctions tendant vers la distribution de Dirac Etats asymptotiques ; normalisation des états Passage à la limite du continu : section efficace de diffusion Forme des sections efficaces Forme générale Diffusion de deux particules dans l approximation de Born Exploration des systèmes composés Diffusion sur un état lié, facteur de forme Diffusion sur une distribution de charges Distribution de charge dans les noyaux Structure interne électrique et magnétique du proton et du neutron Dissociation de l état lié Les résonances Section efficace résonante Exemples de sections efficaces résonantes Valeurs des sections efficaces résonantes Bibliographie

....................... 73 4 Structure en couches des noyaux : nombres magiques.......... 74 4.1 Nombres magiques......................... 74 4.2 Couplage spin-orbite et modèle en couches............ 78 4.

3 Table des matières 5 4 Interactions électro-faibles, quarks et leptons Désintégrations, généralités Largeur naturelle, taux de branchement Calcul des taux de désintégration Espace des phases et désintégration en deux corps Désintégrations radiatives Durées de vie atomiques Coefficients d Einstein Radioactivité γ des noyaux Désintégrations faibles; constante de Fermi Désintégration du neutron Radioactivité bêta des noyaux Désintégration du muon Familles de quarks et de leptons Universalité des interactions faibles des leptons Les quarks Quasi-universalité des interactions faibles des quarks L angle de Cabibbo Matrice de Cabibbo, Kobayashi et Maskawa Unification Electro-Faible Largeur du Z 0 et nombre de neutrinos Conclusion Bibliographie Radioactivité, applications Généralités Effets des rayonnements ionisants Perte d énergie d une particule ionisée passant dans la matière Pouvoir de ralentissement Electrons Photons Comment doser la radioactivité? Applications de la radioactivité dans le domaine civil Domaine agro-alimentaire Domaine industriel Conservation du patrimoine artistique et culturel La datation Etudes relatives à l évolution du climat et de l environnement Etudes relatives à la sismologie et aux risques naturels Effets biologiques des rayonnements ionisants Action des rayonnements ionisants sur la matière vivante Introduction aux effets carcinogènes des radiations Les faibles doses

...................... 127 2.3 Radioactivité γ des noyaux.................... 129 3 Désintégrations faibles; constante de Fermi............... 131 3.1 Désintégration du neutron..................... 131 3.2 Radioactivité bêta des noyaux.

4 6 Table des matières 6 Bibliographie Radioactivité Effets biologiques des rayonnements ionisants La fission Energie nucléaire Energie de fission Produits de fission Mécanisme de la fission, barrière de fission Matériaux fissiles et matériaux fertiles Réactions en chaîne, principe des réacteurs Modérateur, ralentissement des neutrons Transport des neutrons dans la matière Equation de transport Le modèle de Lorentz Divergence, masse critique Bibliographie Production d énergie électro-nucléaire Les réacteurs nucléaires Les réacteurs thermiques Les réacteurs du futur European Pressurized Reactors La filière des réacteurs à neutrons rapides Réacteurs couplés à un accélérateur La cible de spallation L ensemble sous-critique L accélérateur de haute intensité Un projet de réacteur hybride : le projet Rubbia Le cycle du combustible nucléaire L extraction du minerai La concentration La fluoration L enrichissement La fabrication des assemblages Le combustible après utilisation Déchargement, désactivation et transport du combustible Le retraitement Le stockage des produits de fission Le projet INCA Bibliographie La fusion Réactions de fusion

............................ 186 4 Mécanisme de la fission, barrière de fission................ 189 5 Matériaux fissiles et matériaux fertiles.................. 192 6 Réactions en chaîne, principe des réacteurs.

5 Table des matières Barrière coulombienne, énergie «thermonucléaire» Taux de réaction dans un milieu Chauffage et confinement du plasma Une condition nécessaire : le critèredelawson La fusion par confinement magnétique Confinement Inertiel par Laser Historique Bibliographie Eléments d astrophysique nucléaire Modèles cosmologiques Le Big bang La masse cachée de l univers Un Univers plat? Nucléosynthèse primordiale et matière baryonique La physique du Soleil Structure du Soleil Naissance du Soleil La régulation thermique miraculeuse d un système autogravitant Réactions nucléaires Astrophysique nucléaire Classification des étoiles La fin de la combustion actuelle du Soleil ; Naines blanches Processus explosifs Taille d équilibre d une naine blanche Etoiles à neutrons Nucléosynthèse Bibliographie Dossier : Données sur l énergie Quelques caractéristiques de l énergie Ordres de grandeur Dégradation Stockage Transport de l énergie Réserves Nuisances Consommation d énergie Unités Ordres de grandeur Les besoins en énergie Notions sur l effet de serre La Terre : un système radiatif

............................. 246 4 Bibliographie................................ 248 9 Eléments d astrophysique nucléaire. 249 1 Modèles cosmologiques........................... 249 1.1 Le Big bang.

6 8 Table des matières 4.2 Manifestation de l effet de serre Modélisation naïve de l effet de serre Discussion Les ressources en énergie Bibliographie Dossier : Des faibles doses aux grandes exagérations Effets biologiques des rayonnements ionisants et problématique des faibles doses Quelques rappels sur les unités utilisées Historique des normes de la CIPR Effets des rayonnements ionisants Effets des faibles doses Y a-t-il un risque si l on mange des champignons radioactifs? Les champignons, des aspirateurs à radioéléments Une sensibilité différente à la radioactivité Risques biologiques liés à l utilisation d uranium appauvri Présentation La vision de la presse Etude de la toxicité radiologique Etude de la toxicité chimique Une opinion sur Tchernobyl? La désinformation initiale Des ressemblances et des dissemblances troublantes Estimation de doses pour un Français Bibliographie Annexes Article du Figaro Etude sur les champignons radioactifs Articles du monde diplomatique Dossier : La prolifération nucléaire Fonctionnement et fabrication d une arme nucléaire Les différents types d armes Moyens nécessaire à leur réalisation Les moyens de la prolifération matières fissiles Obtention des matières fissiles Les matières fissiles disponibles Non prolifération et pays du seuil Le recyclage des armes démantelées L Uranium hautement enrichi Le Plutonium Cadre juridique de la lutte contre la prolifération

................................ 288 1.1 Quelques rappels sur les unités utilisées............. 288 1.2 Historique des normes de la CIPR................ 289 1.3 Effets des rayonnements ionisants.

7 Table des matières Le traité de non prolifération Les accords bilatéraux de désarmement L agence internationale à l énergie atomique Traités divers relatifs aux essais nucléaires et aux zones dénucléarisées

3 L agence internationale à l énergie atomique........... 331 4.

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