le blog abdoussalam-ouzioini par : abdoulwahab

IV. ABSORPTION D’UN RAYONNEMENT GAMMA PAR LA MATIERE

Certaines personnes sont exposées quotidiennement  à la radioactivité par ce que leurs travails les obligent. On sait que l’exposition fréquente à la radioactivité est très nocive pour la santé, donc il faut un moyen de protection pour ses gents.

C’est le but de cette partie de notre travail, c’est vérifier et analyser grâce à trois matières de composition différentes c'est-à-dire le plomb, le cuivre et l’aluminium et deux sources de radioactivités différentes dont le sodium (22) et le césium (137).voici le schéma représentatif :

     On constate après l’expérience qu’il y a deux piques lorsqu’ on utilise le « sodium 22 » comme source, c'est-à-dire un pique correspondant à l’énergie 511 Kev et un autre correspondant à 1270 Kev et lorsqu’on utilise le « césium 137 » on observe un seul pique qui correspond à l’énergie 662 Kev. Pour les plaques que nous allons mettre entre la source radioactive et le photomultiplicateur, nous intercalerons progressivement un centimètre, deux centimètres et cinq centimètres d’aluminium, de plomb et de cuivre et nous regrouperons les résultats sous forme de tableau puis nous calculerons les intensités correspondantes aux valeurs obtenues grâce à cette formule : I = I0 exp-(αμ) avec α l’épaisseur de la plaque et  μ la moyenne.

Connaissant les valeurs qui sont dans le tableau, nous pouvons tracer la courbe le logarithme népérien  log (I) en fonction de l’épaisseur, voir courbe en annexe.

V .LES COINCIDENCES

Nous avons observé tout au long de notre travail, des différents résultats obtenus grâce aux travaux expérimentaux. il est clair que ces derniers avaient des influences extérieurs comme par exemple la radioactivité due aux autres appareils présentent dans la salle de travail qui n’est pas prise en compte or elle a une influence dans nos résultats. Pour minimiser les influences extérieures, on utilise une technique qui consiste à brancher deux photomultiplicateurs au lieu d’un autour de la source. Voici le schéma illustratif :

Le principe de la mesure est déterminer ou d’observer deux fausses coïncidences pendant un temps donner. Soit un événement observé grâce au photomultiplicateur numéro un  à un temps donne T1, la probabilité d’observer un événement dans le photomultiplicateur deux est P(x) = μ^x/x !exp (-μ) pour x =1 on aura P(x=1) = μ exp (- μ) avec μ le nombre événement moyen de –τ à  +τ =2τ donc μ = 2τn2 d’où  cf = 2τn1n2 avec cf  la coïncidence fortuite.

Donc C vrai = C observé – C fortuite  pour avoir une vraie coïncidence. On donne quelques résultats expérimentaux qui nous permettrons de tracer la courbe du nombre des coïncidences en fonction du temps.

       LES PROCESSUS RADIOACTIFS AVEC L’INSTRUMENTATION  EN PHYSIQUE NUCLEAIRE

I. INTRODUCTION

Elle existe depuis l’aube de l’humanité à l’état naturel, la radioactivité a suscitée plusieurs curiosités dans le monde scientifique. Tout le monde se rappelle très bien à travers l’histoire de la deuxième guerre mondiale plus particulièrement les explosions des bombes atomiques dans les villes de Hiroshima et de Nagasaki au japon en 1945 qui causer de pertes humaines et matérielles et dont les conséquences existe jusqu’ aujourd’hui.

La radioactivité n’est pas une invention de l’homme mais plutôt une découverte, elle a été découverte il y a un peu plus d’un siècle par le physicien Français Henry BECQUEREL.    

Comme on vient de voir, il existe plusieurs applications possibles de la radioactivité comme par exemple le control des baguages dans les aéroports, elle permet de visualiser  l’intérieur des baguages sans avoir besoin de les ouvrir.

Elle est aussi utilisée dans le domaine médical notamment en radiologie. Elle permet aussi de dater les objets découverts par les archéologues grâce au carbone (14).

Dans l’industrie, on l’utilise pour produire de l’électricité grâce à la technique de fission nucléaire.

Elle permet aussi malheureusement de fabriquer des bombes très puissantes qui peuvent anéantir toute la planète.

Il existe encore d’autres exemples d’applications de la radioactivité, mais ce la n’est le but de notre travail.

Notre travail consiste à expliquer des résultats obtenus durant quatre séances de travaux pratiques de subatomique. Dans un premier temps nous commencerons par parler de l’étalonnage de matériel de travaux pratiques puis de la détection des rayons gamma grâce à l’analyse du spectre de détection d’une raie d’énergie, Ensuite nous intégrerons les notions mathématiques qui peuvent servir aux calculs des probabilités de présence.

Apres nous vérifierons le degré d’absorption de la radioactivité par certaines matières et enfin nous parlerons les coïncidences grâce à l’étude de l’annihilation du positron et la mesure de corrélation angulaire.

II. DETECTION DES RAYONS GAMMA  

On fait une description brève du matériel des travaux pratiques et des sources radioactives que nous avons utilisés. Nous avions à notre disposition plusieurs sources radioactives telles que le césium (137) et du sodium (22).

On sait en avance que pour le sodium (22) par exemple, nous observerons deux piques dans l’écran de l’ordinateur dont un à 511 kev et un autre à 1270 Kev  voir (annexe 1) et pour le césium (137) nous observerons un seul pique à 662 Kev voir (annexe 2).

Représentation schématique du montage 

On voit bien que l’on met juste a coté de la source un photomultiplicateur pour capter les éléments radioactives issues de la source. On relie les différents  appareils par des fiches « BNC ».on constate que lorsque l’on augmente le gain de l’amplificateur, le signal observé au niveau de l’oscilloscope est saturé, c’est presque le même phénomène que lorsqu’on augmente le volume d’une chaîne hi fi on sature le son au niveau du haut parleur.

Dans l’écran de l’ordinateur nous observons une graphique avec deux piques comme l’avion prédit auparavant dont un à 511 Kev et  un à 1270 Kev  voir (annexe 1).

Nous devons tracés le graphe des énergies en fonctions des canaux, pour cela nous devons déterminer grâce l’effet Compton la valeur de l’énergie cinétique de l’électron connaissant les énergies incidentes. Observons l’effet Compton :

                                                                                   hυ’                             

                                    hυ                                 θ   

                                                                        φ                   

                                                                                   T(e)

On va faire un petit calcul pour déterminer les énergies cinétiques correspondantes aux deux piques observés.

On sait que    hυ = hυ’+ T(e)   donc   T(e) =  hυ - hυ’= hυ/[1+α(1-cosθ)]

Avec α = hυ/mc²  d’où T(e) = hυα(1-cosθ)/[1+ α(1-cosθ)]

On pose θ = Π, mc² = 511 Kev et hυ = 511 Kev  et donc α = 1

Alors T(e) = 511*2/3  d’ où T(e) = 340,6 Kev.

De la même manière, on détermine  l’énergie cinétique correspondante pour hυ = 1270 Kev.

T(e) = 2,5*1270*2/5.96  donc T(e) = 1056,9 Kev.

Apres avoir déterminer les énergies cinétiques, nous allons dans un deuxième temps

Déterminer les largeurs a mis hauteur. Connaissant la moyenne et l’écart type dont les valeurs sont dans le tableau, nous avons trouver les incertitudes liées aux mesures grâce à la formule suivante : I = Ö(2s) avec I l’incertitude et s l’écart type.

Les valeurs inscrites dans le tableau suivant représentent le sodium (22). (Tableau 1)

 Vous trouverez en annexe le graphe du tableau (annexe 5)

                ENERGIE HYDROELECTRIQUE

 

Utilisée dès la plus haute antiquité comme force motrice, l’énergie hydraulique était encore, il y a quelques décennies, l’une des principales sources de production d’électricité. Dans certains pays, elle contribue à la majeure partie de la production d’électricité.

 

 L’énergie hydraulique est renouvelable, non polluante, de technologie simple et très bien maîtrisée. Cette énergie résulte du mouvement de masses d’eau coulant le long des pentes naturelles. Pour pouvoir la transformer en travail utile, il est nécessaire de la concentrer, soit en tirant parti de chutes naturelles, soit par l’aménagement d’un barrage de manière à obtenir une hauteur de chute et un débit suffisant pour installer une centrale.  Un aménagement hydroélectrique classique est composé principalement des éléments suivants :

 L’ouvrage de prise d’eau : il est constitué par une dérivation dont l’entrée est limitée par un seuil et qui dirige le débit ainsi dérivé vers le canal d’amenée. Le contrôle du débit s’effectue le plus souvent soit par un barrage mobile dans la rivière soit par une vanne dans le canal d’amenée.

Le canal d’amenée : il relie la prise d’eau à l’entrée de la centrale. Il est habituellement en écoulement libre à ciel ouvert.

La conduite forcée (ou chambre de mise en charge) : c’est un tuyau qui relie l’extrémité du canal d’amenée (au sommet de la pente) à la turbine (au pied de la pente). Elle supporte à son extrémité inférieure une pression de service voisine de la hauteur de chute.

La turbine : elle transforme l’énergie de l’eau en énergie mécanique. Une turbine comprend des organes fixes, des organes de réglage et une partie mobile (roue). Les organes fixes et de réglage ont pour rôle essentiel de diriger l’eau sur la roue dans les meilleures conditions possibles ; la partie mobile est destinée à produire un couple moteur sur l’arbre en transformant en puissance mécanique la plus grande fraction possible de la puissance disponible.

La régulation de vitesse : cette régulation synchronise la vitesse de rotation de la turbine avec l’alternateur. Elle permet aussi le démarrage et l’arrêt de la turbine en actionnant le distributeur.

L’alternateur : il permet de transformer l’énergie mécanique en électricité. Il comporte un induit fixe (stator) et un inducteur tournant (rotor). Les alternateurs peuvent être classifiés suivant l’excitation du rotor. En ce qui concerne l’alternateur synchrone, l’excitation est produite par une petite génératrice annexe qui produit un courant créant un champ magnétique dans le rotor. Dans le cas de l’alternateur asynchrone, la fréquence et la tension sont imposées par le réseau.

Cette technologie est très certainement la mieux maîtrisée de toutes les énergies renouvelables. Elle est robuste, fiable et a une longue durée de vie (supérieure à 30 ans). De plus, l'entretien de l'installation est très simple et les frais de fonctionnement sont faibles.

 Sites pour installer une centrale micro hydraulique

De nombreux zones rurales possèdent des petites rivières et des chutes avec suffisamment de débit et de hauteur. Elles sont éventuellement exploitables pour électrifier les localités rurales trop éloignées du réseau. L’énergie micro hydraulique est donc une ressource énergétique à valoriser.

Cependant, un diagnostic local en débit et en hauteur de chute s'avère nécessaire. Une campagne de mesures sur site des ressources hydrauliques, d'au minimum 2 ans, est une étape obligatoire avant le choix du site.

Les besoins en électricité de la population avoisinante et une étude d'impact des travaux de génie civil (canal d'amenée et barrage) entrent aussi en compte dans le choix du site.

Utilisations

 Les puissances des centrales micro électriques s'étendent de quelques centaines de Watts à quelques centaines de kW. Certaines installations peuvent donc être connectées au réseau électrique mais la plupart servent à l'électrification rurale décentralisée pour :

L’éclairage, la production de froid, la télé et radio communication...

La recharge de batteries,

Le pompage,

Les besoins électriques de petites industries

Exemples d’installations de centrales micro hydrauliques :