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RÉSUMÉ
Cet article introduit les notions élémentaires de physique nucléaire directement utiles pour l'étude des réacteurs nucléaires. On y présente les principales définitions et concepts relatifs au noyau atomique et à sa structure ainsi que ses propriétés fondamentales, dont l'énergie de liaison. Les principaux phénomènes de radioactivité sont décrits en exposant leurs caractéristiques importantes. Les séries isobariques sont également abordées car leur existence se manifeste dans le coeur d'un réacteur nucléaire avec la formation des produits de fission. La notion d'équilibre radioactif est explicitée à travers la résolution du problème dit à deux corps.
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Cheikh M’Backé DIOP : Ingénieur-chercheur au Commissariat à l’Énergie Atomique - Chef du Laboratoire d’Études de Protection et de Probabilités, CEA/Saclay
INTRODUCTION
La physique des réacteurs nucléaires a pour but de quantifier, à l’aide de méthodes de physique-mathématiques et de logiciels de calcul (ou codes de calcul) – codes de neutronique et codes protection notamment – des grandeurs macroscopiques pertinentes permettant respectivement :
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de caractériser l’état neutronique du cœur d’un réacteur nucléaire ;
-
d’évaluer l’effet des rayonnements sur la matière organique et la matière inerte (les matériaux) et de prendre les mesures appropriées éventuelles pour s’en protéger.
Lorsque l’on se place dans le domaine des réacteurs nucléaires, les neutrons et les gamma sont les deux principaux types de rayonnements à considérer sous les deux aspects : propagation et phénomènes radioactifs induits par interaction avec la matière. La gamme d’énergie s’étend typiquement de 0 à 20 MeV pour les neutrons, de 0 à 10 MeV pour les gamma.
En premier lieu, on replace la physique nucléaire dans le contexte de la physique des réacteurs nucléaires. On présente ensuite les principales définitions et les propriétés fondamentales relatives au noyau atomique. La dernière partie de ce dossier est consacrée à la stabilité du noyau atomique et aux phénomènes de radioactivité.
Ce document sera complété par les dossiers [Physique des réacteurs- Les réactions nucléaires] et [Physique des réacteurs- Traitement des données nucléaires] relatifs respectivement aux réactions nucléaires et au traitement des données nucléaires utilisées par les codes de calculs dédiés à la physique des réacteurs nucléaires.
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- Version courante de janv. 2016 par Cheikh M'Backé DIOP
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Stabilité du noyau atomique et radioactivitéArticle inclus dans l'offre
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2. Noyau atomique. Définitions fondamentales
Le lecteur trouvera dans les références et un historique et une description des faits expérimentaux – diffusion de particules, phénomènes de radioactivité, découverte du neutron... – qui ont permis de déterminer la structure du noyau atomique ainsi que ses propriétés. Le présent dossier introduit les notions fondamentales qui caractérisent le noyau atomique et qui sont utilisées en physique des réacteurs nucléaires.
2.1 Constituants du noyau de l’atome
Un noyau atomique ou nucléide est formé d’un nombre A de nucléons partagés en un nombre Z de protons de charge électrique positive et d’un nombre N de neutrons de charge électrique nulle. L’atome neutre comporte un cortège électronique de Z électrons « se déplaçant autour » du noyau à des distances de l’ordre de 10 –10 m.
Un nucléide X (ou nuclide) est noté :
avec :
- A :
- nombre de masse
- Z :
- numéro atomique.
Le nombre de nucléides stables recensés dans le tableau de Mendeleev est de 266 et se répartissent suivant les indications du tableau 1 ...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - Chart of the Nuclides - . Lockheed Martin, KAPL Inc., USA (2002).
-
(2) - EVANS (R.D.) - Le noyau atomique - . Paris, Dunod (1961).
-
(3) - VALENTIN (L.) - Physique subatomique : noyaux et particules - . Paris, Hermann (1975).
-
(4) - AUDI (G.), BERSILLON (O.), BLACHOT (J.), WAPSTRA (A.H.) - The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties - . Nuclear Physics A, vol. 729, p. 3-128 (2003). La base de données NUBASE2003 comporte les informations pour 1 377 isotopes : cf. Atomic Mass Data Center, http://csnwww.in2p3.fr/amdc/web/nubase_en.html ; voir aussi : ENSDF (Evaluated Nuclear Structure Data File ) data base contenant les informations sur la structure nucléaire et les modes de décroissance de 2 900 isotopes : http://www.nndc.bnl.gov (2005).
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(5) - AUDI (G.), WAPSTRA (A.H.) - Atomic mass Evaluation - . Nucl. Phys. A 595 409 (1995).
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