LES RAYONNEMENTS PRODUCTIONS PROPRIETES

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LES RAYONNEMENTSPRODUCTIONSPROPRIETES
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LOGARITHMES

• Si Agt0 A pl
• l log de base p du nombre A (l logpA)
• Bases 10 ou e 2,718.
• Opérations sur les logarithmes
• Logp1 0
• logAB logA logB
• logAn n.logA
• logA/B logA - logB

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ÉCHELLES LOGARITHMIQUES
Une échelle logarithmique est une échelle dont
les graduations ont des intervalles
proportionnels aux logarithmes des nombres.
- Pour les log de base 10 L échelle commence
toujours au chiffre 1 1100 et log 1 0 Elle se
détermine au chiffre 10 log 10 1 Les chiffres
intermédiaires se placent à des distances de
l origine (1) qui sont des fractions de UN
Les graduations se reproduisent de façons
identiques d une puissance de 10 à l autre.
Chaque série constitue un  cycle .
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LE PAPIER SEMI-LOG
Ce papier nous permet de mettre sous forme
linéaire toutes les fonctions où la variable
figure elle-même en exposant. Exemple
En posant Y Log N on a l équation d une
droite Y - ?/2.3 x t Yo

• En ordonnées léchelle est logarithmique et en
  abscisse elle est arithmétique.
• - Point 1 abscisse t 0
• ordonnée on place directement la valeur No
  sur
• léchelle (car N No pour t 0)
• - Point 2 abscisse t T (période avec T
  0.693 / ?)
• ordonnée No / 2

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(No Transcript)
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NOTIONS GENERALES. RAYONNEMENTS

• CLASSIFICATION
• MODE DE TRANSPORT D ENERGIE
• DEPLACEMENT EN LIGNE DROITE
• NATURE
• RAYONNEMENTS ELECTROMAGNETIQUES (X et ?)
• RAYONNEMENTS PARTICULAIRES (électrons, protons,
  neutrons)
• EFFETS
• IONISANTS (Particulaires ou EM gt 13,6 eV
  ionisants)
• NON IONISANTS

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RAYONNEMENTS ELECTROMAGNETIQUES

• C 2,98.108 m/s
• ASPECT ONDULATOIRE
• ONDE variations sinusoïdales des vecteurs E et
  B dans le temps et dans lespace.
• C Vitesse de déplacement de londe
• Rayon une des directions de propagation
• Longueur donde ? distance de 2 points du même
  rayon dans le même état vibratoire. Distance
  parcourue par londe pendant un cycle.
• Période T Temps mis par l onde pour parcourir
  la distance ? à la vitesse V.
• Fréquence ? 1/T. Unité Hz
• ? CT

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L ASPECT ONDULATOIRE
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(No Transcript)
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ASPECT CORPUSCULAIRE OU QUANTIQUE

• INSUFFISANCE DE LA THÉORIE ONDULATOIRE (POUR
  EXPLIQUER LE.P.E)
• PHOTON QUANTON h.? E
• E Energie en J (MeV)
• ? Fréquence en Hz
• h constante de Plank 6.6. 10-34 J.s
• Le photon nest ni une onde ni une particule,
  cest une unité dE échangeable
• Londe électromagnétique est la traduction
  macroscopique dun grand nombre de rayonnements
  (analogie avec les vagues de la mer )

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CARACTERISATION

• Tantôt on utilise laspect ondulatoire tantôt
  laspect corpusculaire.
• Ondes visibles (?)
• Ondes radio fréquence ou E
• Rayons X E en keV ou ?
• Avec les ? on nutilise que laspect énergétique E

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(No Transcript)
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ORIGINE DES RAYONNEMENTS

• Conséquence de la variation dEc ou Ep des
  particules chargées (e-, p) des atomes ou
  molécules
• Ondes hertziennes ou radio variation de
  vibrations périodiques et de haute fréquence des
  e- dans une antenne
• Photons de fluorescence réarrangements
  électroniques après ionisation, excitation ou C.E
• Photons de freinage e- près du noyau
• Photons ? correspondent à une désexcitation du
  noyau

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RAYONNEMENTS PARTICULAIRES

• Ce sont des particules matérielles douées dune
  Ec
• Rayonnements cosmiques provenant des espaces
  galactiques
• (V C)
• Particules ?, ?- ou , des noyaux
• Accélérateur linéaire
• Protons dun cyclotron
• Flux de neutrons dun réacteur nucléaire
• Sont caractérisés par leur Ec en MeV ou keV

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NOYAU ATOMIQUE

• Diamète dun atome 1 Angström (10-10 m)
• Noyau 1 Fermi (10-15 m)
• Comparaison bille et moucheron à 1 km de distance
• Densité du noyau 108 tonnes par cm3

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LE NOYAU ATOMIQUE
I- Constitution du noyau II- Interactions entre
nucléons
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CONSTITUTION DU NOYAU

• NUCLEONS Neutrons et Protons
• 10 n. M 1, 008986 u.m.a (1,6723.10-24 g)
• 11p. M 1,007596 u.m.a. charge 1
• u.m.a 1/12 de la masse du C12 (1 atome gramme
• de C 12 g).
• N 6,023.10 23 (Nombre dAvogadro)

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RAPPEL DE NOTIONS FONDAMENTALES. - Physique
nucléaire étude de la constitution et des
propriétés du noyau. A nombre de masse
nucléons (Baryons) Z (protons) et N
(neutrons). Z N atomique ou Nbre
atomique. Isotopes Noyaux de même ZIsobares
Noyaux de même AIsotones Noyaux de même N
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RADIOISOTOPES OU RADIONUCLIDES Noyaux
instables N et Z se modifient dans le temps.
Noyaux radioactifs. Isomères Noyaux qui ne
sont pas dans le même état dexcitation Métastabl
e Etat dun Isomère dont la durée de vie nest
pas négligeable. Baryons 1836 fois plus
lourds que les e- (particules légères ou leptons).
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ATOME CLASSIQUEImaginez que le noyau de
l'hydrogène (un seul proton) mesure 1 millimètre
il serait ainsi grossi mille milliards de fois
il pèserait 1,7 millions de tonnes ! son
unique électron aurait un diamètre inférieur à 1
millième de millimètre ( 1micron)
une masse de 900 tonnes cet électron
graviterait à 50 mètres du noyau, d'où un
diamètre de l'atome de 100 mètres
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CONCLUSION

• Le diamètre d'un atome est de l'ordre de
  l'ANGSTROM (10-10 m), celui d'un noyau de l'ordre
  du FERMI (10-15 m). Le volume du noyau étant un
  million de milliards de fois plus petit que celui
  de l'atome   La densité de la matière
  nucléaire est supérieure à 108 tonnes par cm3 le
  volume de l'atome est donc constitué d'au moins
  99,9999999999999 de vide!

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(No Transcript)
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NOMENCLATURE
Un noyau (ou nucléide) est caractérisé par -
son numéro atomique Z Z est égal au nombre de
charges élémentaires positives supportées par le
noyau. Z est donc égal au nombre des protons
(mais aussi au nombre d'électrons atomiques).
- son nombre de masse A A est égal au nombre
total des nucléons qui constituent le noyau A
(nucléons) N (neutrons) Z (protons) N A -
Z En appelant X le symbole chimique, tout
nucléide est représenté par
AZXN exemple 126 C On écrit aussi X
(A,Z) , C (12,6)
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NOYAUX STABLES ET NOYAUX INSTABLES
Un noyau "INSTABLE" est un noyau dont la
constitution (nombre de protons et de neutrons)
se modifie dans le temps. Cette modification,
comme nous le verrons, s'accompagne d'une
ÉMISSION de particules ?, ? et/ou de photons ?.
Les éléments possédant de tels noyaux sont dits
"Radioactifs" et appelés Radioéléments.
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PROTON ET NOMBRE ATOMIQUE Tous les atomes sont
caractérisés par leur Nombre atomique noté Z il
s'agit du nombre total de protons de cet atome.
Par exemple, pour l'hydrogène Z 1, pour le
carbone Z 6, pour l'uranium Z 92 etc...
Pour un atome neutre, le nombre de protons Z
sera donc égal au nombre d'électrons car la
charge - de l'électron neutralise la charge
d'un proton. Chaque élément possède un nom
courant et un symbole chimique international de
une ou deux lettres (ou trois lettres provisoires
pour les éléments très récents). Certains atomes
récemment découverts sont baptisés en hommage à
des physiciens (tels que le Curium,
l'Einsteinium, le Mendélévium) ou à des pays ou
régions (tels le Polonium, le Francium, le
Californium). C'est donc le nombre de protons Z
qui définit l'atome. Tous ces atomes ou éléments
ont été classés dans le tableau périodique créé à
l'origine par le chimiste russe Mendéleïev en
1869.
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(No Transcript)
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LE NEUTRON ET LES ISOTOPES Le neutron ressemble
beaucoup au proton de masse à peu près
équivalente, il est néanmoins  électriquement
neutre.   Neutron et proton forment la famille
des NUCLÉONS.   Pour un type d'atome, le nombre
de neutrons (noté N) peut être variable, mais il
est en général assez proche du nombre de proton
Z, sauf pour les atomes très lourds.   Par
exemple, l'uranium naturel existe sous deux
formes son noyau peut avoir 92 protons 143 ou
146 neutrons.   Nombre de protons Nombre de
neutrons isotopes Z 92
N 143 Uranium U235 Z
92 N 146
Uranium U238
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FERMIONS ET BOSONS

• 2 particules atomiques ne peuvent se trouver dans
  un même état (nombre quantique). Ce sont des
  FERMIONS. Electrons, protons et neutrons.
• Certaines particules sont capables de se
  rassembler à plusieurs dans le même état physique
  Ce sont des BOSONS.
• Exemple des photons Un ensemble de photons peut
  se trouver dans le même état Il sagit de
  rayons LASER.

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QUARKS

• Grâce aux accélérateurs nucléaires qui bombardent
  des cibles à des vitesses proches de la lumière
  on a pu découvrir des particules plus petites et
  de durée de vie plus faibles (10-23s) les
  QUARKS et les NEUTRINOS
• Les Quarks sont les composants des nucléons 2
  types différents quark up (u), Q2/3 et down
  (d), Q -1/3
• Les nucléons sont formés de 3 Quarks
• Proton uud (charge 1)
• Neutron udd (0)
• Taille du Quark lt 10-18m
• Baryons 3 quarks
• Mésons 2 quarks

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NEUTRINOS

• - Charge nulle. Q 0
• 50000 fois plus petit quun e-
• Interagit très peu avec la matière
• Abondamment produits par les étoiles
• Neutrinos et électrons sont des particules
  légères LEPTONS (du grec leptos léger)

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ELECTRONS. NOMBRES QUANTIQUES

• Pour assurer la charge neutre de latome le
  nombre de- Nombre de protons.
• La charge du noyau est égale à e.Z
• (echarge de le- et Z N atomique)
• Léquilibre dynamique de le- résulte de
  léquilibre entre forces attractive et
  centrifuge. Ceci est en contradiction avec
  lexpérience (spectre des raies)

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QUANTIFICATION DU RAYON ORBITAIRE

• Les électrons ne peuvent occuper que des orbites
  privilégiées de rayon rn dites orbites
  stationnaires.
• A ce rayon orbitaire correspond le nombre
  quantique principal n
• Ceci sexprime par le fait que
• la première couche K répond à n1
• La 2ème couche L à n 2
• La 3è à n3 etc
• A chaque nombre quantique principal correspond un
  niveau dE caractéristique. Par ex Pour K E
  13,6.Z 2 (E 13,6.Z 2 / n2)
• Pour L E soit EK / 4
• Pour M EK / 9 etc..

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NOMBRE QUANTIQUE SECONDAIRE OU AZIMUTHAL

• Chaque e- ne peut se retrouver dans le même état
  même sur sa couche. On définit le nombre
  quantique azimuthal l
• Ce nombre peut prendre les valeurs entières 0, 1,
  2n-1
• Ce sont les sous couches. On voit que pour K il
  ny a quune sous couche (l0)

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NOMBRE QUANTIQUE MAGNETIQUE

• Toujours pour que les e- ne soient pas dans le
  même état on définit le nombre quantique
  magnétique qui caractérise toutes les
  orientations possibles dans lespace des orbites
  définies par n et l quand latome se trouve dans
  un champ magnétique.
• Il peut prendre les positions -l lt mgtl soient
  2l l valeurs

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NOMBRE QUANTIQUE DE ROTATION PROPRE. SPIN

• Le- tourne autour de lui-même comme la terre
  tourne sur elle même en même temps quelle tourne
  autour du soleil.
• 2 possibilités parallèle ou anti-parallèle.
• Le nombre quantique S ne peut prendre que 2
  positions 1/2 et -1/2.

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PRINCIPE DEXCLUSION DE PAULI

• 2 e- ne peuvent exister dans le même état
  quantique, cest à dire quils ne peuvent avoir
  leurs 4 nombres quantiques identiques.
• Pour K n1 l0 et M0. Les 2 e- auront 2 s
  différents.
• Ainsi le nombre maximum de- par couche est
  limité à 2n2 par couche

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RAPPELS STRUCTURE ELECTRONIQUE
Chaque e-  tourne autour du noyau comme les
planètes autour du soleil  mais orbites
particulières avec saturations différentes. Nombre
s quantiques - orbital n nombre de couches K,
L, MSi n1 une seule couche K - azimutal l
rend compte dune certaine ellipcité de lorbite
varie de 0 à n-1 - magnétique m rend compte
de linclinaison du plan de lorbite. Prend les
valeurs de -lltmltl - nombre quantique de spin
/- 1/2
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L'électron est noté en physique e-. Normalement,
l'atome a autant d'électrons (de charge -) que de
protons (de charge ). L'atome est donc
globalement neutre au niveau des charges
électriques. S'il perd un ou plusieurs
électrons, un atome deviendra un ion positif ou
CATION. S'il gagne un ou plusieurs électrons, il
deviendra un ion négatif ou ANION.Par exemple,
si H perd son unique électron, il devient un
cation noté H chargé positivement (en fait un
proton simple dans ce cas précis). De même, un
atome de carbone C peut perdre deux électrons et
devenir un cation avec deux charges positives
excédentaires, il sera noté C. Par contre, s'il
gagne un électron supplémentaire, il deviendra un
anion C-.
LES ÉLECTRONS ET LA CHIMIE
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LIAISONS CHIMIQUES Les électrons sont organisés
en couches successives autour du noyau selon des
règles de remplissage très strictes, et définies
par une loi quantique L'important est de
retenir que ce sont les électrons les plus
externes qui sont responsables de toute la
chimie, car ce sont eux qui peuvent relier
mutuellement deux atomes distincts en créant des
liaisons chimiques. Par exemple, deux atomes
peuvent chacun mettre en commun un de leurs
électrons et ainsi créer ce qu'on appelle une
liaison chimique covalente. Grâce à de telles
liaisons, les atomes peuvent s'assembler en
molécules de diversité et de complexité infinie.
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Les molécules sont les assemblages qui sont à la
base de la matière inerte et vivante. Dès que le
nombre d'atomes d'une molécule se chiffre par
plusieurs centaines, on parle de macromolécules.
Certains polymères peuvent comprendre plusieurs
millions d'atomes! En biochimie (ou chimie de la
matière organique), les molécules, telles les
protéines, les lipides, les glucides ou les
acides nucléiques (constituants de l'ADN,
lui-même support du code génétique) s'organisent
en superstructures (organites cellulaires) Ces
dernières sont les  constituants de la cellule
vivante, entité de base de tout organisme vivant.
  La molécule d'eau, notée H2O, est formée d'un
atome d'oxygène et de deux atomes d'hydrogène.
MOLÉCULES ET MACROMOLÉCULES
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PEUT-ON "VOIR" UN ATOME? Depuis peu et
indirectement oui, et à l'aide de deux
microscopes ultrapuissants Le MET ou
microscope électronique à transmission. Il permet
d'étudier la structure interne de la matière à
l'échelle du nanomètre (10 -9 m). Les rangées
atomiques deviennent donc visibles. Par exemple,
cette photo d'un cristal de formule SrTiO3 nous
permet d'admirer la présence d'atomes de
Strontium (Sr) en surbrillance.
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Le microscope à effet tunnel
Le microscope à effet tunnel permet de "palper"
les aspérités d'une surface, atome par atome. Une
de ses variantes, le microscope à force atomique,
permet même de déposer des atomes un par un sur
une surface.
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FORCES NUCLEAIRES Lorsquun noyau est scindé en
2 la masse du noyau nest pas égale à la somme de
ses 2 constituants car EDm.c2 LEnergie
moyenne de liaison est E Dm.c2 / NZ
Energie très forte (qques millions deV E
Nucléaire de bombe atomique !)
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(No Transcript)
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(No Transcript)
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ENERGIE DE LIAISON EN FONCTION DU POIDS
ATOMIQUE E de liaison nest pas la même pour
tous les noyaux
b) Une Diminution de cette E pour les noyaux à
nbre de masse élevé ou très faible (E voisine de
7 MeV pour les particules a de lHe)

• Existence dune région centrale où E voisin de
  cste
• (8,6MeV / Nucléon)

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DIFFERENTS TYPES DE FORCE AU SEIN DU NOYAU
INTERACTIONS FORTES (Quarks avec charge
couleur) Attractives Indépendantes de la charge
du nucléon Grande intensité INTERACTIONS
ELECTROMAGNETIQUES Electrostatiques
(Coulombs) Répulsives (uniquement entre
protons) de plus grande portée de faible
intensité INTERACTIONS FAIBLES A lorigine du
rayonnement ?

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La gravitation qui fait tomber les pommes sur la
tête de certains. C'est aussi elle qui attire
la Terre et la Lune.
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Cest donc l'interaction forte qui unit les
quarks ensembles et donc les noyaux des atomes.
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INTERACTION FORTE

• Cohésion des protons et des neutrons dans le
  noyau
• Interaction de 10-15m. Pour cela 2 protons
  cohabitent dans un même noyau
• Sexerce en fait entre les constituants des
  nucléons (quarks et antiQ), nagit que sur des
  particules dites couleurs (QCD)
• Il faut que les quarks aient une couleur
  différente (Rouge, vert, bleu pour les Q) et
  Cyan, magenta et jaune pour les AQ blanc.
• Linteraction forte sexerce par une particule
  médiatrice BOSON ou GLUON.
• Il en existe 8 différents chacun porteur dune
  couleur et dune anti-couleur les gluons
  changent les couleurs des quarks.
• Un nucléon subit donc une incessante
  transformation de 3 quarks séchangeant les
  gluons. Les MESONS p constituent cette
  association instable de Quarks de gluons et dAQ.

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INTERACTION ELECTROMAGNETIQUE
l'interaction électromagnétique qui assure la
cohésion de notre corps et gouverne toute la
chimie. C'est elle qui attire l'électron et le
noyau atomique.
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CHAMPS NUCLEAIRES

• CHAMP NUCLEAIRE ATTRACTIF
• Sétant au delà du noyau
• Dû à lensemble des couleurs des Quarkz
• Agit sur toute particule qui pénètre
• CHAMP NUCLEAIRE ELECTROSTATIQUE
• Sétant bien au delà du noyau
• Dû à lensemble des charges du noyau
• Seules les particules chargées subissent ses
• effets

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ACTIONS DES 2 CHAMPS SUR LES PARTICULES

• NEUTRON
• Le champ e.s nexerce aucun effet, Mais quand
  pénètre dans champ attractif peut pénétrer dans
  le noyau
• PROTON
• Dabord soumis au champ e.s et donc dévié.
• Si Ec suffisante peut pénétrer (effet tunnel)
• ELECTRON
• - Bremsstrahlung (Rayonnement de freinage)
• - Capture électronique (Pour Noyaux trop riches
  en P)

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