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Physique nucléaire - 4EUS31NU

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  • Volumes horaires

    • CM : 44.0
    • TD : 8.0
    • TP : 8.0
    • Projet : -
    • Stage : -
    Crédits ECTS : 5.0
  • Responsables : Nicolas CAPELLAN

Objectifs

Maîtriser les bases de la physique nucléaire, des rayonnements et de leurs interactions.
Comprendre les caractéristiques et spécificités de la production d’électricité d’origine nucléaire dans le mix énergétique sur un double critère énergie/économie.

Contenu

PHYSIQUE NUCLEAIRE

=== Physique Nucléaire - Bases théoriques === A. NUTTIN

I : Notions de relativité et d'énergie de liaison

  • introduction des principaux concepts de façon historique (illustrée) : surtout de 1896 à 1945 (en passant par 1905 pour la relativité restreinte et 1911/1913 pour les premiers modèles nucléaires), mais aussi quelques repères importants après la seconde guerre mondiale
  • relativité restreinte (postulats et énoncés équivalents, exemples pratiques)
  • noyau, nucléons, autres particules (modèle standard) et notion d'énergie de liaison (modèle de la goutte liquide, exemples simples de réactions et désintégrations)
  • TD sur la relativité restreinte (muons cosmiques, production de particules) et sur la géométrie du noyau (atome muonique, noyaux miroirs)

II : Modèles et Propriétés du Noyau

  • du modèle de la goutte liquide (Bohr et Wheeler pour la fission) au modèle du gaz de Fermi
  • propriétés nucléaires, de l'importance des moments cinétiques (et de la complexité de leur traitement quantique), notion de parité
  • le modèle en couches : principes, nombres magiques retrouvés par le couplage spin-orbite, utilisation (pratique)
  • TD sur le modèle en couches (propriétés d'états fondamentaux et excités, calcul d'énergies de liaison)

III : Réactions Nucléaires (en particulier induites par neutron)

  • absorptions résonnantes, Breit-Wigner
  • sections efficaces, réactions utiles (exemple de la BNCT), calculs pratiques
  • mécanisme de la fission (point de vue de la physique nucléaire), description de la réaction (en réacteur nucléaire), comparaison à la fusion (exemples du soleil et d'ITER)
  • TD sur les réactions nucléaires du TP neutron (production puis détection des neutrons) et sur des expériences de détection d'antineutrinos (Reines-Cowan, SN1987A)

IV : Désintégrations Radioactives

  • désintégration alpha : modèle (Gamow) et propriétés
  • désintégrations beta et gamma : modèle (Fermi) et propriétés
  • calculs couplés (équations d'évolution) et applications (production d'isotopes à usage médical par faisceau alpha ou en réacteur, Neutron Activation Analysis)
  • TD sur l'étude d'une désintégration (alpha ou beta), avec application pratique et calculs d'évolution

=== Physique Nucléaire - Interactions rayonnement matière === C. SAGE
I : Généralités - Rappels - Unités
II : Chocs élastiques coulombiens
III : Particules chargées dans la matière
IV : Interactions des photons dans la matière
V : Le neutron et ses interactions
VI : Interaction rayonnement-matière biologique

=== Physique Nucléaire - Energie nucléaire et mix énergétique === N. CAPELLAN
I : Contexte énergétique
II : Les alternatives au fossile
III : L'energie nucléaire

=== Physique Nucléaire - Economie de l'énergie nucléaire === A. BIDAUD
Des outils d'analyse économique simplifiés (actualisation et coût actualisé de l'électricité) seront rapidement introduits puis appliqués à l'énergie nucléaire. Ils permettent de discuter des particularités du modèle économique du nucléaire : importance de la construction (et de la maitrise du planning), place des dépenses prévues à long terme (déchets et déconstruction).

Prérequis

mécanique classique, électromagnétisme, physique atomique, mécanique quantique

Contrôles des connaissances

CT1 : 40% (Bases théoriques - DS 1h)
CT2 : 30% (IRM - DS 1h)
CT3 : 10% (Energie - QCM Chamilio 30')
CC : 20% (TP)

CT1 : 40% (Bases théoriques - DS 1h)
CT2 : 30% (IRM - DS 1h)
CT3 : 10% (Energie - QCM Chamilio 30')
CC : 20% (TP)

Calendrier

Le cours est programmé dans ces filières :

  • Cursus ingénieur - Ingénieur IEN - Semestre 7
cf. l'emploi du temps 2021/2022

Informations complémentaires

Code de l'enseignement : 4EUS31NU
Langue(s) d'enseignement : FR

Vous pouvez retrouver ce cours dans la liste de tous les cours.

Bibliographie

K. Krane, Introductory Nuclear Physics, John Wiley & sons, 1988

L. Valentin, Physique subatomique - Noyaux et particules (2 tomes), Hermann, 1982

Glenn F. KNOLL, "Radiation Detection and Measurement", John Wiley and Sons Ed., 2010

William R. LEO, "Techniques for Nuclear and Particle Physics Experiments: A How-To Approach", Springer-Verlag, 1994

William D. D’haeseleer, Synthesis on the economics of nuclear energy costs, https://www.mech.kuleuven.be/en/tme/research/energy_environment/Pdf/wpen2013-14.pdf

Cour des comptes, Le coût de production de l’électricité nucléaire actualisation 2014, https://www.ccomptes.fr/fr/publications/le-cout-de-production-de-lelectricite-nucleaire-actualisation-2014

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mise à jour le 8 février 2017

Université Grenoble Alpes