Radiations ionisantes Flashcards
Définition particules élémentaires
particules qui ne montrent pas de sous structure
Fermions
- spin demi-entier
- toute la matière de l’univers est formée à partir de ces particules
- particules massives
- réparties en 3 générations composées de quarks et leptons
- antiparticules
Générations de fermions
- 1ère génération : regroupe les particules les plus légères qui constituent la matière :
> Quarks u et d : composants des nucléons
> Leptons : électron et neutrino électronique - 2e et 3e générations : regroupent les particules plus lourdes présentes juste après le Big Bang, que l’on peur recréer artificiellement dans des accélérateurs
Antiparticules de fermions
- à chaque particule correspond une antiparticule ayant les mêmes propriétés (masse, moment intrinsèque) mais des caractéristiques opposées (charges) ex. e⁻ et β⁺
- lorsque ces deux particules/antiparticules se rencontrent, elle s’annihilent
Bosons
- spin entier ou nul
- particules messagères qui transmettent les interactions fondamentales de notre Univers
Quarks
- 2 types (=saveur) classés selon leurs charges électriques fractionnaires :
> u (up) ; c (charm) ; t (top) = +2/3e
> d (down) ; s (strange) ; b (bottom) = -1/3e - chaque type existe en 3 propriétés quantiques (=couleurs) :
> couleurs primaires pour les quarks
> couleurs complémentaires/anti-couleurs pour les anti-quarks - n’existent qu’à l’intérieur des hadrons (=baryons et mésons)
Baryons
- triplet de quarks, tous de couleur différente
- anti-baryons = 3 anti-quarks de 3 anti-couleurs
- baryons + anti-baryons = blanc
Protons
- uud (up, up,down)
- charge Q = +1e
Neutrons
- udd (up ; down ; down)
- charge Q = 0
Mésons
- particules instables et très éphémères
- constituées d’une paire quarks/anti-quarks (=couleur primaire/anti-couleur)
- mésons = blancs
- l’anti-quark n’est pas forcément de la même nature que le quark
Leptons
2 types :
- chargés : électron(e), muon(μ), tauon(T) = charge -e
- neutres : neutrinos électronique, muonique et tauique + anti-neutrinos = particules de masse très faible et de charge nulle, toujours associées aux leptons chargés correspondants
Bosons
- les bosons de jauge transmettent les forces fondamentales
- 12 (+1 hypothétique) bosons de jauge + les anti-bosons correspondants
- boson de Higgs (=scalaire) hypothétique jusqu’à il y a peu
Forces entre deux fermions
les forces ne s’exercent entre 2 fermions que s’il y a échange d’une particule médiatrice (=boson)
Photon
- le photon est sa propre particule
- masse nulle
- vecteur de l’interaction électromagnétique
- intense
- portée finie
- rend compte des phénomènes d’électromagnétisme
- agit entre tous les objets possédant une charge électrique
Graviton
- hypothétique
- particule qui transmettrait l’interaction gravitationnelle = l’attractif entre tous les objets massifs
- faible intensité
- portée infinie
Gluons
- masse nulle
- responsable de l’interaction nucléaire forte
- indépendante de la charge
- très intense (l=1)
- courte portée
- assurent la cohésion des hadrons
- 8 types :
> 6 dans un baryon (reliant couleur et ses complémentaires)
> 2 dans un méson (reliant couleur et anti-couleur)
Hadrons
- particules constituées de quarks et gluons
Bosons intermédiaires
- masse élevée (80-90 GeV.c⁻²)
- 3 types
- véhiculent l’interaction nucléaire faible entre leptons et quarks (peu intense, courte portée) retrait en jeu lors de la désintégration β⁺/⁻ du noyau
Electron-Volt
- énergie cinétique acquise par un électron accéléré depuis le repos par une différence de potentiel de 1 Volt
- 1eV = 1,6.10⁻¹⁹ J
- 1J = 1 kg.m².s⁻²
Unité de masse atomique UMA
- 1/12 de la masse d’un atome de carbone 12 de masse molaire 12g/mol
- 1 UMA = 1,66.10⁻²⁷ kg
= 0,932.10⁹ eV.c⁻²
Ordre de grandeur des masses
- électrons = 10⁻³¹
- protons / neutrons / alpha = 10⁻²⁷
=> peut s’exprimer en kg, en u et en Mev/c²
avec m = E/c²
Ordre de grandeur des tailles
- atome = 10⁻¹⁰ m = 1Å
- noyau = 10⁻¹⁴ m
- neutrons = 10⁻¹⁵ m = 1fermi (fm)
Tableau de Mendeleïev
- classe les éléments par numéro atomique croissant, organisés en fonction de leur configuration électronique
- 118 éléments : 94 naturels, 24 artificiels
- 80 éléments avec au moins 1 isotope stable (1 à 82 sans 43&61)
- CPTS :
> 10 éléments gazeux (+copernicium112)
> 2 éléments liquides (mercure 80, brome 35)
Modèle de Thompson
plam pudding : l’atome est composé d’électrons plongés dans une soupe de charge positive pour équilibrer la charge négative des électrons
Modèle de Rutherford
- l’atome, constitué d’un noyau chargé positivement et contenant la majorité de la masse de l’atome, est séparé par du vide des électrons, tournant autour comme des planètes autour du soleil
- modèle planétaire de l’atome
- charge du noyau = -charge des électrons
Modèle de Bohr
- l’électron ne rayonne aucune énergie lorsqu’il se trouve sur une orbite stable
- un rayonnement est émis si l’électron passe d’une orbite à l’autre avec une énergie quantifiée
- plus on s’éloigne du noyau, plus l’énergie périphérique est faible
Formules modèle de Bohr
- moment cinétique quantifié :
L = m.v.r = n.(h/2π)
h : constante de Planck (6,62.10⁻³⁴ J.s) - rayons stables quantifiés :
r(n) = n².r₀ avec r₀ = 0,53.10⁻¹⁰ m - énergies de liaisons quantifiées :
E(n) = -E₀ / n²
avec E₀ : constante de Rydberg (13,6 eV)
Modèle de Schrödinger
- plus élaboré : couches/sous couches, nombres quantiques
- fonction d’onde associée : φ (x,y,z,t)
- Résolution = 4 nombres quantiques :
> n : couche
> l : sous couche ( 0 ≤ l ≤ n-1 )
> m : orientation spatiale de l’orbitale atomique
( -l ≤ m ≤ +l )
> s : moment angulaire de l’électron (s = -1/2 ou +1/2)
Principe d’exclusion de Pauli
2 électrons d’un même atome ne peuvent pas exister dans un même état
=> il est impossible d’avoir 4 nombres quantiques identiques
Définition nucléide
type de noyau atomique caractérisé par le nombre de protons et de neutrons qu’il contient :
- A : nombre de nucléons (nombre de masse)
- Z : nombre de protons (=numéro atomique)
=> nombre de neutrons (N) = A-Z
Définition isotopes
- nucléides (=noyaux) ayant le même nombre de protons et des nombres de neutrons différents
- Z est constant à l’horizontal sur Z=f(N)
Abondance isotopique
- naturels = 300 nucléides
- artificiels = 1200 nucléides avec 1500 noyaux différents (ex. transuraniens, transactinides)
Proportions des isotopes d’hydrogène
₁¹H : 99,98%
₁²H : 0,015%
³₁H : traces
Propriétés physiques des isotopes
- différentes masses = différentes propriétés physiques
- très visible pour les noyaux légers
- variation minime pour les noyaux lourds
Propriétés chimiques des isotopes
même nombre atomique = même propriétés chimiques
=> base de l’utilisation des isotopes radioactifs en médecine nucléaire
Définition isotones
- nucléides ayant le même nombre de neutrons et des nombres de protons différents
- différentes propriétés physiques ET chimiques
- N constant à la verticale sur N = f(Z)
Définition isobares
- nucléides ayant le même nombre de nucléons
- propriétés chimiques différentes
- même propriétés physiques
- A constant à l’orthogonal sur N = Z
Rayon du noyau
presque sphérique
Volume du noyau
- proportionnel au nombre de masse
- V = A.V₀
= A x (4/3.π.r₀³)
Masse volumique du noyau
- constante
- ρ = (Mnoyau) / (Vnoyau)
= (3.mnucléon) / (4/3.π.r₀³)
avec Mnoyau = mnucléons.A
Vnoyau = A.(4/3.π.r₀³)
Stabilité d’un nucléide
- stable s’il ne subit aucune modification au cours du temps
- instable s’il est susceptible à tout moment de subir un changement (=radioactif : X*)
- stabilité liée à la proportion de protons et neutrons qu’ils renferment
Cohésion du noyau
- liée à la force d’interaction nucléaire forte
> plus les noyaux deviennent lourds, plus le nombre de neutrons augmentent par rapport aux protons pour compenser les forces de répulsions électromagnétiques entre les protons
Noyaux stables
- 275 noyaux stables :
> noyaux légers (Z<30) : N=Z
> noyaux lourds : N= 1,5.Z-10 - éléments en dehors de la zone de stabilité :
> limité par le Bismuth 209
> pour tout A>209 : instables
Masse du noyau
M(A,Z) = Z.mp + (A-Z).mn - ΔM
avec ΔM : défaut de masse
Energie de liaison
B = [ Z.mp + (A-Z).mn - M(A,Z) ] . c²
= ΔM.c²
Comparaison des noyaux avec énergie moyenne de liaison par nucléon B/A
B/A =( ΔM.c²) / A
—> de l’ordre de 8 MeV/nucléons pour les noyaux stables
Courbe d’Aston
- noyaux stables (20<A<190) : -8,7 < -B/A < -8 MeV
- réaction de fusion (1<A<20) : -8 < -B/A < -1 MeV
- réaction de fission (A>190) : -B/A > -8MeV
