n'1 les processus radioactifs avec l'instrumentation en physique nucleaire

       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 

     Entrée analogique

Ch1

Source=sodium (22)

 Ordinateur

 Oscilloscope

Photomultiplicateur

Amplificateur

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)