Voici un résumé des principaux sujets abordés dans les travaux pratiques de physique nucléaire :
Ø Détection des rayonnements ionisants :
- Voici plus de détails
sur les travaux pratiques portant sur la détection des rayonnements ionisants :
1. Utilisation de différents types de détecteurs :
- Compteurs Geiger-Müller
: Principe de fonctionnement, mesure du taux de comptage, étude de l'efficacité
de détection.
- Chambres d'ionisation :
Principe, mesure du courant d'ionisation, détermination du coefficient
d'absorption massique.
- Scintillateurs :
Principe, mesure de l'énergie déposée, étude des propriétés de luminescence.
- Semi-conducteurs :
Principes des détecteurs à semi-conducteurs, mesure de la résolution en énergie.
2. Mesure des taux de comptage et de l'activité des sources radioactives :
- Étalonnage des
détecteurs à l'aide de sources radioactives de référence.
- Mesure des taux de
comptage pour différentes géométries source-détecteur.
- Calcul de l'activité des sources à partir des taux de comptage mesurés.
3. Étude de l'absorption des rayonnements dans la matière :
- Mesure de l'atténuation
des particules alpha, bêta et gamma dans différents matériaux.
- Détermination des
coefficients d'absorption linéique et massique.
- Mise en évidence des
lois d'absorption exponentielle.
Ces travaux pratiques permettent aux étudiants de se familiariser
avec les principes de fonctionnement des principaux détecteurs de rayonnements
ionisants, d'acquérir des compétences en métrologie nucléaire et de comprendre
les interactions des rayonnements avec la matière.
Ø Spectrométrie gamma :
Voici un aperçu détaillé
des travaux pratiques portant sur la spectrométrie gamma :
1. Identification des radionucléides à l'aide de spectres gamma :
- Acquisition de spectres
gamma à l'aide de détecteurs à semi-conducteurs (germanium hyper-pur, par
exemple).
- Identification des pics
d'énergie caractéristiques des différents radionucléides présents dans
l'échantillon.
- Utilisation de
bibliothèques de données gamma pour l'identification des isotopes.
- Étude de la résolution
en énergie des détecteurs et de son impact sur l'identification.
2. Analyse quantitative de la composition d'un échantillon radioactif :
- Étalonnage en efficacité
du système de détection gamma.
- Mesure des aires des
pics d'intérêt et calcul des activités des différents radionucléides.
- Prise en compte des
phénomènes d'auto-absorption dans l'échantillon.
- Calcul des incertitudes
de mesure et interprétation des résultats.
3. Détermination de l'énergie et de l'intensité des raies gamma :
- Calibration en énergie
du système de spectrométrie gamma.
- Mesure des énergies des
raies gamma et comparaison avec les données tabulées.
- Analyse de l'intensité
relative des raies gamma pour chaque radionucléide.
- Étude des processus
d'émission gamma (transitions électromagnétiques, coefficient de conversion,
etc.).
Ces travaux pratiques permettent aux étudiants d'acquérir des compétences en spectrométrie gamma, une technique essentielle pour l'identification et la quantification des radionucléides dans de nombreux domaines, tels que la radioprotection, la physique des réacteurs nucléaires ou les applications médicales.
Ø Radioactivité et décroissance
radioactive :
Voici plus de détails sur les travaux pratiques liés à la
radioactivité et la décroissance radioactive :
1. Mesure des demi-vies de différents radionucléides :
- Choix de radionucléides
présentant des demi-vies variées (de quelques secondes à plusieurs années).
- Mesure du taux de
comptage en fonction du temps à l'aide de détecteurs appropriés.
- Détermination graphique
et analytique des demi-vies à partir des données expérimentales.
- Étude de l'influence des
facteurs expérimentaux (géométrie, absorption, etc.) sur la mesure de la
demi-vie.
2. Étude des lois de la décroissance radioactive :
- Vérification de la loi
de décroissance exponentielle pour différents radionucléides.
- Détermination de la
constante de désintégration à partir des mesures de taux de comptage.
- Utilisation de la loi de
Bateman pour décrire la décroissance de chaînes de radionucléides.
- Étude de l'équilibre
radioactif transitoire et séculaire.
3. Applications des mesures de radioactivité :
- Datation par la méthode
du carbone 14 ou d'autres radionucléides.
- Utilisation de
radiotraceurs pour étudier des processus physiques, chimiques ou biologiques.
- Estimation de l'âge de
minéraux ou de roches par la méthode de la datation radiométrique.
- Études de la migration
et de la dispersion de radionucléides dans l'environnement.
Ces travaux pratiques permettent aux étudiants de se familiariser
avec les concepts fondamentaux de la radioactivité, de se former aux techniques
de mesure et d'exploiter les applications de la décroissance radioactive dans
divers domaines.
Ø Interactions des particules avec la
matière :
Voici un aperçu détaillé des travaux pratiques portant sur les
interactions des particules avec la matière :
1. Interactions des particules alpha avec la matière :
- Mesure du parcours des
particules alpha dans différents milieux (air, aluminium, etc.).
- Détermination du pouvoir
d'arrêt des particules alpha dans la matière.
- Étude de l'effet Bragg
et de la distribution en énergie des particules alpha après traversée de la
matière.
- Mise en évidence du
caractère ionisant et de la faible pénétration des particules alpha.
2. Interactions des particules bêta avec la matière :
- Mesure du parcours et de
l'absorption des particules bêta dans différents matériaux.
- Détermination du pouvoir
d'arrêt des particules bêta et comparaison avec les particules alpha.
- Étude de la diffusion
multiple des électrons dans la matière.
- Observation du
rayonnement de freinage (bremsstrahlung) produit par les particules bêta.
3. Interactions des rayonnements gamma avec la matière :
- Mesure de l'atténuation
des rayonnements gamma dans différents milieux.
- Détermination des
coefficients d'absorption linéique et massique.
- Étude des principaux
processus d'interaction (effet photoélectrique, diffusion Compton, création de
paires).
- Influence de l'énergie
des photons gamma sur les processus d'interaction.
4. Applications des interactions particule-matière :
- Utilisation des
particules alpha, bêta et gamma pour la caractérisation des matériaux.
- Radioprotection et
blindage contre les rayonnements ionisants.
- Imagerie médicale par
rayons X et tomographie à émission de positons (TEP).
Ces travaux pratiques permettent aux étudiants de comprendre en
détail les mécanismes d'interaction des différents types de rayonnements avec
la matière, ainsi que leurs applications dans de nombreux domaines
scientifiques et technologiques.
Ø Physique des réacteurs nucléaires :
Voici un aperçu détaillé
des travaux pratiques en physique des réacteurs nucléaires :
1. Étude de la cinétique du réacteur :
- Mesure des paramètres
cinétiques du réacteur (temps de génération des neutrons, fraction de neutrons
retardés, etc.).
- Étude de la réactivité
du cœur en fonction de différents paramètres (température, niveau de puissance,
etc.).
- Analyse de la stabilité
et du contrôle du réacteur en régime stationnaire et transitoire.
- Simulations de la
dynamique du réacteur à l'aide de codes de calcul neutronique.
2. Mesure des taux de réaction dans le cœur :
- Détermination des taux
de fission, de capture et de diffusion des neutrons.
- Utilisation de chambres
à fission, de détecteurs à activation et de techniques de dosimétrie.
- Cartographie des taux de
réaction dans le cœur du réacteur.
- Comparaison avec les
prédictions des codes de calcul neutronique.
3. Gestion du combustible et de la réactivité :
- Étude de l'évolution du
combustible nucléaire en fonction du burnup.
- Mesure de la réactivité
du cœur en fonction du temps d'irradiation.
- Manipulation des barres
de contrôle et analyse de leur influence sur la réactivité.
- Optimisation de la
gestion du combustible pour maximiser les performances du réacteur.
4. Radioprotection et sûreté des réacteurs :
- Mesure des débits de
dose dans différentes zones du réacteur.
- Étude des systèmes de
radioprotection et de confinement.
- Analyse des scénarios
d'accident et de leurs conséquences radiologiques.
- Mise en œuvre de
procédures d'urgence et de plans d'intervention.
Ces travaux pratiques permettent aux étudiants d'acquérir une
compréhension approfondie des phénomènes neutroniques, de la physique du cœur
et des aspects de sûreté et de radioprotection liés à l'exploitation des
réacteurs nucléaires.
Ø Applications de la physique
nucléaire :
Voici un aperçu des
principales applications de la physique nucléaire abordées dans les travaux
pratiques :
1. Datation par les méthodes nucléaires :
- Datation par la méthode
du carbone 14 : préparation des échantillons, mesure de l'activité, calcul de
l'âge.
- Autres méthodes de
datation radiométrique : uranium-thorium, potassium-argon, etc.
- Étude des principes, des
limitations et des domaines d'application de ces méthodes.
2. Imagerie nucléaire médicale :
- Principes de la
tomographie par émission de positons (TEP) et de la tomographie d'émission
monophotonique (TEMP).
- Utilisation de
radiotraceurs pour l'imagerie fonctionnelle.
- Mesure de la
biodistribution et de la cinétique des radiotraceurs.
- Optimisation des
paramètres d'acquisition et de reconstruction des images.
3. Analyse élémentaire par méthodes nucléaires :
- Activation neutronique :
principe, préparation des échantillons, mesure de l'activité induite.
- Fluorescence X induite
par particules chargées : principe, montage expérimental, analyse des spectres.
- Applications à l'analyse
élémentaire de matériaux, de roches, d'œuvres d'art, etc.
4. Radiotraçage et marquage isotopique :
- Utilisation de
radiotraceurs pour suivre des processus physiques, chimiques ou biologiques.
- Marquage isotopique de
molécules et de composés en chimie et en biologie.
- Techniques de mesure de
l'activité et d'imagerie des radiotraceurs.
5. Production de radionucléides et applications :
- Irradiation de cibles
pour la production de radionucléides d'intérêt médical ou industriel.
- Utilisation de
radionucléides en médecine nucléaire (diagnostic, thérapie) et dans
l'industrie.
- Mesures de
radioactivité, de la pureté radiochimique et de l'activité spécifique.
Ces travaux pratiques permettent aux étudiants de découvrir les nombreuses
applications de la physique nucléaire dans des domaines variés tels que la
datation, l'imagerie médicale, l'analyse de matériaux et le marquage
isotopique.
Ces travaux pratiques permettent aux étudiants d'appliquer les
concepts théoriques de physique nucléaire et de se familiariser avec les
techniques expérimentales utilisées dans ce domaine.
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