Physique nucléaire, relativité et plasmas

18h C dont contrôle / 2 crédits ECTS

Michel Fabry (Metz)

Ce module présente les différentes possibilités permettant d'extraire de l'énergie à partir du noyau de l'atome: d'une part, la fission nucléaire et les réacteurs actuellement en service, d'autre part, la fusion thermonucléaire et l'avancement des recherches sur le contrôle de la réaction. Quelques autres aspects de physique nucléaire comme les hautes énergies et les particules élémentaires sont également abordés. Une dernière partie présente la physique des plasmas et en particulier les applications industrielles des décharges électriques et des arcs.

Constitution de la matière - Propriétés du noyau - Etude des désintégrations nucléaires - Loi de désintégration

Dimensions et structure du noyau. Energie de liaison nucléaire. Forces nucléaires. Principaux modes de désintégration et de désexcitation des noyaux instables. Loi de la désintégration radioactive. Filiations. Radioactivité naturelle et artificielle.

Réactions nucléaires et applications

Bilan énergétique. Réactions de fission. Réactions de fusion. Particules relativistes et réactions à haute énergie. Particules élémentaires et interactions fondamentales.

Fission - Différents types de réacteurs nucléaires

Fission spontanée, fission induite. Nuclides fissiles et fertiles. Produits de fission, neutrons émis, énergie libérée par fission. Principes de fonctionnement des réacteurs nucléaires. Conditions d’entretien de la réaction en chaîne. Filières. Contrôle de la réaction. Cycle du combustible.

Fusion thermonucléaire contrôlée

Réactions de fusion. Température d’ignition. Critère de Lawson. Fusion contrôlée par confinement magnétique, configuration tokamak. Fusion inertielle.

Physique des plasmas

L’état plasma. Propriétés des plasmas. Plasmas en équilibre et hors d’équilibre.

Décharges dans les gaz et applications

Amorçage d’une décharge. Décharge autoentretenue. Décharge luminescente: zone cathodique, lueur négative, colonne positive. Arc électrique. Applications aux traitements de surface par plasma. Réacteurs plasma.

Bibliographie :

Le monde subatomique. L. VALENTIN - Hermann (1995)
Noyaux et particules. L. VALENTIN - Hermann (1989)
Ionized gases. A. von ENGEL - Oxford University Press (1965)
Gas dischage physics. Y.P. RAIZER - Springer Verlag (1991)