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Physique nucléaire

Sigle: S2925, ECTS: 2

Objectifs du cours

L'enseignement spécialisé de physique nucléaire traite du noyau atomique, de ses propriétés, de ses transformations, et des réactions nucléaires.
Une partie des cours est réservée ensuite à deux phénomènes importants, la fission et la fusion, et à leurs applications : réacteurs nucléaires, futur réacteur à fission. Nous aborderons également quelques notions d'astrophysique, ainsi que l'état de la recherche fondamentale en physique nucléaire.

Ce cours constitue une introduction à l'option Génie Atomique, mais il s'adresse à tous les élèves qui souhaitent comprendre les phénomènes physiques à l'oeuvre dans les noyaux et la radioactivité.

L'accent est mis sur la compréhension de la physique, et non sur les calculs afférents.

Les élèves désireux d'en savoir plus sur les particules et interactions fondamentales ont ensuite la possibilité de suivre l'enseignement de physique des particules au 6ème semestre.

Pré-requis

Une connaissance moyenne du cours de Mécanique Quantique et quelques souvenirs des interactions fondamentales suffisent pour suivre le cours de Physique Nucléaire.

Programme

Cours n°1 : Introduction
- Petit historique
      Les premières découvertes, la radioactivité, le neutron
- Rappels succincts de physique des particules ...
      Particules et interactions fondamentales
      Matière - antimatière, quarks et leptons
- Généralités sur les noyaux
      Isotopes, isotones, isobares, dimensions et énergies
- Structure du noyau
      Potentiel nucléaire moyen
      Modèle en couches
      Goutte liquide et formule de Bethe-Weizsäcker
      Énergie de liaison
      Spin nucléaire

Cours n°2 : Les transformations des noyaux
- Bilan de réaction
- Les transformations spontanées :
      La radioactivité α, β, γ, fission, capture
      Durée de vie
- Réactions nucléaires
      Fission induite
      Fusion
      Autres types de réactions
- Section efficace

Cours n°3 : La fission et les réacteurs
- Fission spontanée et fission induite
      Réaction en chaîne
      Convergence/divergence
- Les réacteurs à fission
      Sections efficaces de capture et de fission
      Réacteurs à neutrons lents
      Réacteurs à neutrons rapides
      Contrôle de la réaction
      Neutrons retardés
- Réacteurs hybrides sous-critiques (ADS)

Cours n°4 : réacteurs à fission : présent et futur
- Réacteurs du futur
      Surgénérateurs et filière thorium
- La physique nucléaire dans le contexte international
      Les réacteurs dans le monde
      Approvisionnement
      Déchets

Cours n°5 : La fusion : de l'énergie pour l'avenir ?
- Conditions de la fusion
      Ordres de grandeur
      Critère de Lawson
- Dans les étoiles : confinement gravitationnel
- Confinement magnétique
      Principe du tokamak
      Procédés de chauffage du plasma
- Confinement inertiel

Cours n°6 : nucléosynthèse
- Nucléosynthèse
      Nucléosynthèse primordiale
      Nucléosynthèse stellaire
      Comment sont apparus les noyaux A > 56 ?
      Les différents processus de nucléosynthèse s, r, p
- Éléments de cosmologie
      Rappels sur le modèle du big bang

Cours n°7 : La physique nucléaire en dehors de l'énergie
- Autres applications de la physique nucléaire
      Industrie
      Médecine
      Art
- Recherches fondamentales en physique nucléaire ...
      Super-lourds, îlots de stabilité
      Noyaux déformés
      Frontière avec la physique des particules

Cours n°8 : Exposés réalisés par des élèves, sur un sujet au choix, par exemple :
- Gestion des déchets
- Sûreté des réacteurs
- Démantèlement des centrales
- Les réacteurs du futur
- Certaines applications

Modalités d'évaluation

La note découlera :

Soit d'un exposé
Maximum 1 ou 2 personne(s) de préférence
Bien séparer les parties, les notes peuvent être différentes

Soit d'une épreuve ORALE
1 question assez générale
20 minutes de préparation
15 minutes d'exposé
5 minutes de questions

Modalités pédagogiques

Cet enseignement se partage entre la physique fondamentale du noyau atomique et les applications techniques aux réacteurs. On insiste tout particulièrement sur les propriétés microscopiques qui déterminent directement les caractéristiques des réacteurs.
Nous ne détaillerons pas dans ce cours les calculs intervenant dans la conception des réacteurs, mais nous insisterons particulièrement sur la compréhension des phénomènes physiques sous-jascents.

Equipe pédagogique

Responsable(s)
Olivier DRAPIER

Chargé(s) d'enseignement

Sigle S2925
Année 3ème année
Niveau Graduate 2nd year
Crédits ECTS 2
Coefficient 2
Nb. d'heures 26
Nb. de séances 21
Type de cours Enseignement spécialisé
Semestre 5
Période Automne
Domaines
  • Physique
Dernière mise à jour:
18 Aug 2011 07:30 par DanielL