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Quelle est la force fondamentale de la nature – Quatre forces fondamentales – Définition

juillet 12, 2020janvier 9, 2020 par Nick Connor

Quatre forces fondamentales de la nature. Généralement, ces forces régissent la façon dont les particules et les objets macroscopiques interagissent et comment certaines particules se désintègrent. Dosimétrie des rayonnements

En physique, les interactions fondamentales , également appelées forces fondamentales , sont des interactions entre particules élémentaires qui ne semblent pas se réduire à des interactions plus élémentaires. Ces interactions régissent la façon dont les particules et les objets macroscopiques interagissent et comment certaines particules se désintègrent. Généralement, ils peuvent être classés en l’une des quatre forces fondamentales :

Interaction forte – Force forte

La forte interaction ou force forte est l’une des quatre forces fondamentales et implique l’échange des bosons à jauge vectorielle appelés gluons . En général, l’ interaction forte est une interaction très compliquée, car elle varie considérablement avec la distance. La force nucléaire puissante maintient la plupart des matières ordinaires ensemble car elle confine les quarks dans des particules de hadrons telles que le proton et le neutron . De plus, la force forte est la force qui peut maintenir un noyau contre les énormes forces de répulsion ( force électromagnétique) des protons est en effet fort. De ce point de vue, il faut distinguer:

Force forte fondamentale. La force forte fondamentale, ou force forte, est une force à très courte portée (moins d’environ 0,8 fm, le rayon d’un nucléon), qui agit directement entre les quarks . Cette force maintient les quarks ensemble pour former des protons, des neutrons et d’autres particules de hadrons. La forte interaction est médiée par l’échange de particules sans masse appelées gluons qui agissent entre les quarks, les antiquarks et les autres gluons.
Force forte résiduelle. La force forte résiduelle, également connue sous le nom de force nucléaire , est une force à très courte portée (environ 1 à 3 fm), qui agit pour maintenir les neutrons et les protons ensemble dans les noyaux. Dans les noyaux, cette force agit contre l’énorme force électromagnétique répulsive des protons. Le terme résiduel est associé au fait, c’est le résidu de l’interaction forte fondamentale entre les quarks qui composent les protons et les neutrons. La force forte résiduelle agit indirectement à travers les mésons virtuels π et ρ , qui transmettent la force entre les nucléons qui maintient le noyau ensemble.

Interaction faible – Force faible

L’interaction faible responsable de certains phénomènes nucléaires tels que la désintégration bêta , qui peut être comprise en termes de force faible opérant sur les quarks au sein du neutron . L’ un des deux changements vers le bas quarks dans un quark up en émettant un W ^– boson (emporte une charge négative). Le W ^– boson se désintègre en une particule bêta et un antineutrino . Ce processus est équivalent au processus dans lequel un neutrino interagit avec un neutron.

Interaction électromagnétique – Force électromagnétique

La force électromagnétique est la force responsable de tous les processus électromagnétiques. Il agit entre des particules chargées électriquement. C’est une force à portée infinie, beaucoup plus forte que la force gravitationnelle , obéit à la loi carrée inverse, mais ni l’électricité ni le magnétisme ne s’additionnent de la même manière que la force gravitationnelle. Puisqu’il y a des charges positives et négatives (pôles), ces charges ont tendance à s’annuler mutuellement. L’électromagnétisme comprend la force électrostatique agissant entre les particules chargées au repos et l’effet combiné des forces électriques et magnétiques agissant entre les particules chargées se déplaçant les unes par rapport aux autres.

Le photon , le quantum du rayonnement électromagnétique , est une particule élémentaire, qui est le porteur de force de la force électromagnétique. Les photons sont des bosons de jauge sans charge électrique ni masse au repos et une unité de spin. La vitesse de la lumière , constante universelle de la physique, est commune à tous les photons . Dans un espace vide, le photon se déplace à c ( la vitesse de la lumière – 299 792 458 mètres par seconde ).

Les forces entre les particules statiquement chargées électriquement sont régies par la loi de Coulomb . La loi de Coulomb peut être utilisée pour calculer la force entre les particules chargées (par exemple deux protons). La force électrostatique est directement proportionnelle aux charges électriques des deux particules et inversement proportionnelle au carré de la distance entre les particules. La loi de Coulomb est présentée comme l’équation suivante.

La loi de Coulomb et la force magnétique sont résumées dans la loi de force de Lorentz. Fondamentalement, les forces magnétiques et électriques sont des manifestations d’une force d’échange impliquant l’échange de photons.

La force électromagnétique joue un rôle majeur dans la détermination des propriétés internes de la plupart des objets rencontrés dans la vie quotidienne. Les propriétés chimiques des atomes et des molécules sont déterminées par le nombre de protons, en fait, par le nombre et la disposition des électrons .

Interaction gravitationnelle – Force gravitationnelle

La gravité a été la première force à être étudiée scientifiquement. La force gravitationnelle a été systématiquement décrite par Isaac Newton au 17e siècle. Newton a déclaré que la force gravitationnelle agit entre tous les objets ayant une masse (y compris les objets allant des atomes et des photons, aux planètes et aux étoiles) et est directement proportionnelle aux masses des corps et inversement proportionnelle au carré de la distance entre les corps. L’ énergie et la masse étant équivalentes , toutes les formes d’énergie (y compris la lumière) provoquent la gravitation et sont sous son influence. La portée de cette force est ∞ et elle est plus faible que les autres forces. Cette relation est illustrée dans l’équation ci-dessous.

L’équation montre que plus les masses des objets sont grandes ou plus la distance entre les objets est petite, plus la force gravitationnelle est grande . Ainsi, même si les masses de nucléons sont très petites, le fait que la distance entre les nucléons soit extrêmement courte peut rendre la force gravitationnelle importante. La force gravitationnelle entre deux protons séparés par une distance de 10 à ²⁰ mètres est d’environ 10 à ²⁴ newtons. La gravité est la plus faible des quatre forces fondamentales de la physique, environ 10 ³⁸ fois plus faible que la force forte. D’un autre côté, la gravité est additive. Chaque grain de matière que vous mettez dans un morceau contribue à la gravité globale globale du morceau. Puisqu’il s’agit également d’une force à très longue portée, elle est la force dominante à l’échelle macroscopique et est la cause de la formation, de la forme et de la trajectoire (orbite) des corps astronomiques.

Quatre forces fondamentales de la nature

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Cet article est basé sur la traduction automatique de l’article original en anglais. Pour plus d’informations, voir l’article en anglais. Pouvez vous nous aider Si vous souhaitez corriger la traduction, envoyez-la à l’adresse: translations@nuclear-power.com ou remplissez le formulaire de traduction en ligne. Nous apprécions votre aide, nous mettrons à jour la traduction le plus rapidement possible. Merci

Qu’est-ce que Strong Force vs Weak Force – Définition

juillet 12, 2020janvier 9, 2020 par Nick Connor

La force forte et la force faible sont deux des quatre forces fondamentales. Ils sont très différents. Cet article résume ces différences.

Interaction forte – Force forte

Force forte fondamentale. La force forte fondamentale, ou force forte, est une force à très courte portée (moins d’environ 0,8 fm, le rayon d’un nucléon), qui agit directement entre les quarks . Cette force maintient les quarks ensemble pour former des protons, des neutrons et d’autres particules de hadrons. La forte interaction est médiée par l’échange de particules sans masse appelées gluons qui agissent entre les quarks, les antiquarks et les autres gluons.
Force forte résiduelle. La force forte résiduelle, également connue sous le nom de force nucléaire , est une force à très courte portée (environ 1 à 3 fm), qui agit pour maintenir les neutrons et les protons ensemble dans les noyaux. Dans les noyaux, cette force agit contre l’énorme force électromagnétique répulsive des protons. Le terme résiduel est associé au fait, c’est le résidu de l’interaction forte fondamentale entre les quarks qui composent les protons et les neutrons. La force forte résiduelle agit indirectement à travers les mésons virtuels π et ρ , qui transmettent la force entre les nucléons qui maintient le noyau ensemble.

Interaction faible – Force faible

L’ interaction faible ou force faible est l’une des quatre forces fondamentales et implique l’échange des bosons vectoriels intermédiaires, le W et le Z. Comme ces bosons sont très massifs (de l’ordre de 80 GeV, le principe d’incertitude dicte une gamme de environ 10 à ¹⁸ mètres, ce qui est inférieur au diamètre d’un proton, ce qui a pour conséquence que l’ interaction faible ne se produit qu’à de très petites distances subatomiques.

Force forte vs force faible

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Ce qui est fort – faible – électromagnétique – force gravitationnelle – définition

juillet 12, 2020janvier 9, 2020 par Nick Connor

Fort – Faible – Électromagnétique – Force gravitationnelle. En général, ces interactions entre les particules élémentaires sont connues comme les forces fondamentales de la nature. Dosimétrie des rayonnements

En physique, les interactions fondamentales , également appelées forces fondamentales , sont des interactions entre particules élémentaires qui ne semblent pas se réduire à des interactions plus fondamentales. Ces interactions régissent la façon dont les particules et les objets macroscopiques interagissent et comment certaines particules se désintègrent. Généralement, ils peuvent être classés en l’une des quatre forces fondamentales :

Interaction forte – Force forte

La forte interaction ou force forte est l’une des quatre forces fondamentales et implique l’échange des bosons à jauge vectorielle appelés gluons . En général, l’ interaction forte est une interaction très compliquée, car elle varie considérablement avec la distance. La force nucléaire puissante maintient la plupart des matières ordinaires ensemble car elle confine les quarks dans des particules de hadrons telles que le proton et le neutron . De plus, la force forte est la force qui peut maintenir un noyau ensemble contre les énormes forces de répulsion ( force électromagnétique ) des protons qui sont effectivement fortes.

Interaction faible – Force faible

L’ interaction faible ou force faible est l’une des quatre forces fondamentales et implique l’échange des bosons vectoriels intermédiaires, le W et le Z. Comme ces bosons sont très massifs (de l’ordre de 80 GeV, le principe d’incertitude dicte une gamme de environ 10 ^-18 mètres, ce qui est inférieur au diamètre d’un proton. Par conséquent, l’ interaction faible ne se produit qu’à de très petites distances subatomiques. L’interaction faible responsable de certains phénomènes nucléaires tels que la désintégration bêta , qui peut être compris en termes de faible force opérant sur les quarks dans le neutron .

Interaction électromagnétique – Force électromagnétique

La force électromagnétique est la force responsable de tous les processus électromagnétiques. Il agit entre des particules chargées électriquement. C’est une force à portée infinie, beaucoup plus forte que la force gravitationnelle , obéit à la loi du carré inverse, mais ni l’électricité ni le magnétisme ne s’additionnent de la même manière que la force gravitationnelle. Puisqu’il y a des charges positives et négatives (pôles), ces charges ont tendance à s’annuler mutuellement. L’électromagnétisme comprend la force électrostatique agissant entre les particules chargées au repos et l’effet combiné des forces électriques et magnétiques agissant entre les particules chargées se déplaçant les unes par rapport aux autres.

Interaction gravitationnelle – Force gravitationnelle

Fort – Faible – Électromagnétique – Force gravitationnelle

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Qu’est-ce que le rayonnement visible et invisible – Définition

juillet 12, 2020janvier 9, 2020 par Nick Connor

En général, le rayonnement électromagnétique peut être divisé en une partie visible et invisible du spectre électromagnétique. Rayonnement visible et invisible

En général, le rayonnement électromagnétique peut être divisé en une partie visible et invisible du spectre électromagnétique. La lumière est un rayonnement électromagnétique dans une certaine partie du spectre électromagnétique. Le mot fait généralement référence à la lumière visible , qui est le spectre visible qui est visible à l’œil humain. La lumière visible est généralement définie comme ayant des longueurs d’onde dans la plage de 400 à 700 nanomètres (nm).

Le rayonnement électromagnétique dans la région de la lumière visible se compose de quanta (appelés photons ) qui sont à l’extrémité inférieure des énergies qui sont capables de provoquer une excitation électronique au sein des molécules, ce qui entraîne des changements dans la liaison ou la chimie de la molécule. Les photons sont classés en fonction des énergies des ondes radioélectriques de faible énergie et du rayonnement infrarouge, à travers la lumière visible, aux rayons X à haute énergie et aux rayons gamma .

À l’extrémité inférieure du spectre de la lumière visible, le rayonnement électromagnétique devient invisible pour l’homme (infrarouge) parce que ses photons n’ont plus assez d’énergie individuelle pour provoquer un changement moléculaire durable (un changement de conformation) dans la molécule visuelle rétinienne dans la rétine humaine, ce changement déclenche la sensation de vision.

NASA - Spectre électromagnétique — Source: Visite du spectre électromagnétique www.nasa.gov

Rayonnement invisible

Tous les rayonnements électromagnétiques à l’exception de la lumière visible (une bande très étroite) sont invisibles. Le rayonnement invisible comprend les ondes radio, infrarouge, UV, micro-ondes et rayonnement gamma. De plus, les rayonnements alpha et bêta ainsi que les «rayons cathodiques» – qui sont tous des flux de particules – sont invisibles .

Il convient de noter qu’aucun rayonnement invisible n’est complètement invisible pour l’œil humain. Un sujet connexe est celui des phénomènes visuels des rayons cosmiques , dans lesquels les astronautes peuvent voir des éclairs de lumière , qui sont probablement dus à des particules de rayons cosmiques individuelles interagissant avec leurs yeux. Les chercheurs pensent que ces éclairs perçus spécifiquement par les astronautes dans l’espace sont dus aux rayons cosmiques (particules chargées de haute énergie au-delà de l’atmosphère terrestre), bien que le mécanisme exact soit inconnu.

Le danger des rayonnements ionisants réside dans le fait que les rayonnements sont invisibles et non directement détectables par les sens humains. Les gens ne peuvent ni voir ni ressentir le rayonnement, mais il dépose de l’énergie dans les molécules de matière. L’énergie est transférée en petites quantités pour chaque interaction entre le rayonnement et une molécule et il existe généralement de nombreux types d’interactions. Par conséquent, la seule façon de détecter et de mesurer le rayonnement est d’utiliser des instruments ( détecteurs de rayonnement ionisant ).

Détection des radiations invisibles

Les détecteurs de rayonnement ionisant se composent de deux parties qui sont généralement connectées. La première partie est constituée d’un matériau sensible, constitué d’un composé qui subit des changements lorsqu’il est exposé aux rayonnements. L’autre composant est un appareil qui convertit ces changements en signaux mesurables.

Dans leurs principes de fonctionnement de base, la plupart des détecteurs de rayonnement ionisant suivent des caractéristiques similaires. Les détecteurs de rayonnement ionisant se composent de deux parties qui sont généralement connectées. La première partie est constituée d’un matériau sensible , constitué d’un composé qui subit des changements lorsqu’il est exposé aux rayonnements. L’autre composant est un appareil qui convertit ces changements en signaux mesurables. Tous les détecteurs exigent que le rayonnement dépose une partie de son énergie dans un matériau sensible qui fait partie de l’instrument. Le rayonnement pénètre dans le détecteur, interagit avec les atomes du matériau du détecteur et dépose de l’énergie sur le matériau sensible. Chaque événement peut générer un signal, qui peut être une impulsion, un trou, un signal lumineux, des paires d’ions dans un gaz et bien d’autres. La tâche principale est de générer un signal suffisant, de l’amplifier et de l’enregistrer.

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Qu’est-ce que le spectromètre Sphère Bonner – Définition

juillet 5, 2021janvier 9, 2020 par Nick Connor

Un spectromètre à neutrons sphériques de Bonner (BSS) se compose d’un détecteur de neutrons thermiques, d’un ensemble de coques sphériques en polyéthylène et de deux coques de plomb en option de différentes tailles. Dosimétrie des rayonnements

Les neutrons rapides sont des neutrons d’ énergie cinétique supérieurs à 1 MeV (~ 15 000 km / s). Dans les réacteurs nucléaires, ces neutrons sont généralement appelés neutrons de fission. Les neutrons de fission ont une distribution d’énergie Maxwell-Boltzmann avec une énergie moyenne (pour la fission 235U ) 2 MeV. À l’intérieur d’un réacteur nucléaire, les neutrons rapides sont ralentis vers les énergies thermiques via un processus appelé modération neutronique . Ces neutrons sont également produits par des processus nucléaires tels que la fission nucléaire ou des réactions (ɑ, n).

En général, il existe de nombreux principes de détection et de nombreux types de détecteurs. Mais il faut ajouter que la détection des neutrons rapides est une discipline très sophistiquée, car la section efficace des neutrons rapides est beaucoup plus petite que dans la gamme d’énergie pour les neutrons lents. Les neutrons rapides sont souvent détectés en les modérant (ralentissant) d’abord aux énergies thermiques. Cependant, au cours de ce processus, les informations sur l’énergie d’origine du neutron, sa direction de déplacement et le temps d’émission sont perdues.

Spectromètre Bonner Spheres

Il existe plusieurs méthodes de détection des neutrons lents et peu de méthodes de détection des neutrons rapides. Par conséquent, une technique pour mesurer les neutrons rapides consiste à les convertir en
neutrons lents , puis à mesurer les neutrons lents. L’une des méthodes possibles est basée sur les sphères de Bonner . La méthode a été décrite pour la première fois en 1960 par Ewing et Tom W. Bonner et utilise des détecteurs de neutrons thermiques (généralement des scintillateurs inorganiques tels que ⁶ LiI) intégrés dans des sphères modératrices de différentes tailles. Les sphères de Bonner ont été largement utilisées pour la mesure des spectres neutroniques avec des énergies neutroniques allant de thermique jusqu’à au moins 20 MeV. Un spectromètre à neutrons sphériques de Bonner (BSS) se compose d’un détecteur de neutrons thermiques, d’un ensemble de coques sphériques en polyéthylèneet deux coques de plomb en option de différentes tailles. Afin de détecter les neutrons thermiques, un détecteur ³ He ou des scintillateurs inorganiques tels que ⁶ LiI peuvent être utilisés. Les scintillateurs LiGlass sont très populaires pour la détection des neutrons thermiques. L’avantage des scintillateurs LiGlass est leur stabilité et leur large gamme de tailles.

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Qu’est-ce que le recul de protons – Détecteur de recul – Définition

juillet 12, 2020janvier 9, 2020 par Nick Connor

Proton Recoil – Détecteurs de recul. Les détecteurs les plus importants pour les neutrons rapides sont ceux qui détectent directement les particules de recul, en particulier les protons de recul résultant de la diffusion élastique (n, p). Dosimétrie des rayonnements

La détection des neutrons est très spécifique, car les neutrons étant des particules électriquement neutres, ils sont donc principalement soumis à de fortes forces nucléaires mais pas à des forces électriques. Par conséquent, les neutrons ne sont pas directement ionisants et ils doivent généralement être convertis en particules chargées avant de pouvoir être détectés. Généralement, chaque type de détecteur de neutrons doit être équipé d’un convertisseur (pour convertir le rayonnement neutronique en rayonnement détectable commun) et de l’un des détecteurs de rayonnement conventionnels (détecteur à scintillation, détecteur gazeux, détecteur semi-conducteur, etc.).

Un des types de base d’interactions neutroniques avec la matière disponibles à cet effet est:

Diffusion élastique . Le neutron libre peut être diffusé par un noyau, transférant une partie de son énergie cinétique au noyau. Si le neutron a suffisamment d’énergie pour disperser les noyaux, le noyau en recul ionise le matériau entourant le convertisseur. En fait, seuls les noyaux d’ hydrogène et d’hélium sont suffisamment légers pour une application pratique. La charge produite de cette manière peut être collectée par le détecteur conventionnel pour produire un signal détecté. Les neutrons peuvent transférer plus d’énergie aux noyaux légers. Cette méthode convient à la détection de neutrons rapides (les neutrons rapides n’ont pas une section efficace élevée pour l’absorption) permettant la détection de neutrons rapides sans modérateur .

Proton Recoil – Détecteur de recul

Les détecteurs les plus importants pour les neutrons rapides sont ceux qui détectent directement les particules de recul , en particulier les protons de recul résultant de la diffusion élastique (n, p). En fait, seuls les noyaux d’hydrogène et d’hélium sont suffisamment légers pour une application pratique. Dans ce dernier cas, les particules de recul sont détectées dans un détecteur. Les neutrons peuvent transférer plus d’énergie aux noyaux légers. Cette méthode est appropriée pour détecter des neutrons rapides permettant la détection de neutrons rapides sans modérateur . Cette méthode permet de mesurer l’énergie du neutron avec la fluence neutronique, c’est-à-dire que le détecteur peut être utilisé comme spectromètre. Les détecteurs de neutrons rapides typiques sont les scintillateurs liquides, détecteurs de gaz rares à base d’hélium-4 et détecteurs de plastique (scintillateurs). Par exemple, le plastique a une teneur élevée en hydrogène, par conséquent, il est utile pour les détecteurs de neutrons rapides , lorsqu’il est utilisé comme scintillateur.

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Qu’est-ce que le neutron de fission – Définition

juillet 12, 2020janvier 9, 2020 par Nick Connor

Les neutrons de fission sont des neutrons produits dans la fission nucléaire. Ils ont un spectre typique et il est connu que les neutrons de fission sont importants dans tout système à réaction en chaîne. Dosimétrie des rayonnements

Les neutrons de fission sont des neutrons produits dans la fission nucléaire . Ils ont un spectre typique et il est connu que les neutrons de fission sont importants dans tout système à réaction en chaîne. Les neutrons déclenchent la fission nucléaire de certains noyaux ( ²³⁵ U , ²³⁸ U ou même ²³² Th ). Ce qui est crucial, la fission de ces noyaux produit 2, 3 neutrons libres ou plus .

Mais tous les neutrons ne sont pas libérés en même temps après la fission . Même la nature de la création de ces neutrons est différente. De ce point de vue, nous divisons généralement les neutrons de fission en deux groupes suivants:

Neutrons rapides . Des neutrons rapides sont émis directement par fission et ils sont émis dans un temps très court d’environ 10 à ¹⁴ secondes .
Neutrons retardés . Les neutrons retardés sont émis par des fragments de fission riches en neutrons qui sont appelés les précurseurs de neutrons retardés . Ces précurseurs subissent généralement une désintégration bêta, mais une petite fraction d’entre eux est suffisamment excitée pour subir une émission de neutrons . Le fait que le neutron soit produit via ce type de désintégration et cela se produit des ordres de grandeur plus tard par rapport à l’émission des neutrons rapides, joue un rôle extrêmement important dans le contrôle du réacteur.

Spectre des neutrons de fission

Région des neutrons rapides

La première partie du spectre du flux neutronique dans les réacteurs thermiques est la région des neutrons rapides . Tous les neutrons produits par la fission naissent sous forme de neutrons rapides à haute énergie cinétique.

Tout d’ abord , il faut distinguer entre les neutrons rapides et des neutrons rapides . Les neutrons rapides peuvent être parfois incorretly confondus avec les neutrons rapides. Mais il y a une différence essentielle entre eux. Les neutrons rapides sont des neutrons classés en fonction de l’ énergie cinétique , tandis que les neutrons rapides sont classés en fonction du moment de leur libération .

La plupart des neutrons produits par la fission sont des neutrons rapides. Habituellement, plus de 99% des neutrons de fission sont des neutrons rapides, mais la fraction exacte dépend du nucléide à fissionner et dépend également d’une énergie neutronique incidente (augmente généralement avec l’énergie). Par exemple, une fission de ²³⁵ U par neutrons thermiques donne 2,43 neutrons , dont 2,42 neutrons sont les neutrons rapides et 0,01585 neutrons (0,01585 / 2,43 = 0,0065 = ß) sont les neutrons retardés .

Le vaste des neutrons rapides et même les neutrons retardés sont nés comme des neutrons rapides (c’est-à-dire avec une énergie cinétique supérieure à> 1 keV). Mais ces deux groupes de neutrons de fission ont des spectres d’énergie différents, ils contribuent donc différemment au spectre de fission. Étant donné que plus de 99% des neutrons de fission sont des neutrons rapides, il est évident qu’ils domineront tout le spectre.

Par conséquent, le spectre de neutrons rapides peut être décrit par les points suivants:

Presque tous les neutrons de fission ont des énergies comprises entre 0,1 MeV et 10 MeV .
L’énergie neutronique moyenne est d’environ 2 MeV .
L’énergie neutronique la plus probable est d’environ 0,7 MeV .

Le spectre de neutrons rapides peut être approximé par la distribution suivante (normalisée à un):

Les neutrons libérés lors de la fission avec une énergie moyenne de 2 MeV dans un réacteur subissent en moyenne un certain nombre de collisions ( élastiques ou inélastiques ) avant d’être absorbées. À la suite de ces collisions, ils perdent de l’énergie , de sorte que le spectre du réacteur n’est pas identique au spectre de fission , il est toujours plus «doux» que le spectre de fission. Le fait est que le spectre de fission fait partie du spectre du réacteur.

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Qu’est-ce que la détection des neutrons rapides – Définition

juillet 5, 2021janvier 9, 2020 par Nick Connor

La détection des neutrons rapides est une discipline très sophistiquée, car la section efficace des neutrons rapides est beaucoup plus petite que dans la gamme d’énergie pour les neutrons lents. Les neutrons rapides sont souvent détectés en les modérant (ralentissant) d’abord aux énergies thermiques. Dosimétrie des rayonnements

En général, il existe de nombreux principes de détection et de nombreux types de détecteurs. Mais il faut ajouter que la détection rapide des neutrons est une discipline très sophistiquée, car la section efficace des neutrons rapides est beaucoup plus petite que dans la gamme d’énergie pour les neutrons lents. Les neutrons rapides sont souvent détectés en les modérant (ralentissant) d’abord aux énergies thermiques. Cependant, au cours de ce processus, les informations sur l’énergie d’origine du neutron, sa direction de déplacement et le temps d’émission sont perdues.

Proton Recoil – Détecteurs de recul

Spectromètre Bonner Spheres

Détection de neutrons à l’aide d’un compteur à scintillation

Les compteurs à scintillation sont utilisés pour mesurer le rayonnement dans une variété d’applications, y compris les compteurs portatifs de rayonnement, la surveillance du personnel et de l’environnement pour la contamination radioactive , l’imagerie médicale, les tests radiométriques, la sécurité nucléaire et la sécurité des centrales nucléaires. Ils sont largement utilisés car ils peuvent être fabriqués à peu de frais mais avec une bonne efficacité, et peuvent mesurer à la fois l’intensité et l’énergie du rayonnement incident.

Les compteurs à scintillation peuvent être utilisés pour détecter les rayonnements alpha , bêta et gamma . Ils peuvent également être utilisés pour la détection de neutrons . À ces fins, différents scintillateurs sont utilisés.

Neutrons . Les neutrons étant des particules électriquement neutres, ils sont principalement soumis à de fortes forces nucléaires mais pas à des forces électriques. Par conséquent, les neutrons ne sont pas directement ionisants et ils doivent généralement être convertis en particules chargées avant de pouvoir être détectés. Généralement, chaque type de détecteur de neutrons doit être équipé d’un convertisseur (pour convertir le rayonnement neutronique en rayonnement détectable commun) et de l’un des détecteurs de rayonnement conventionnels (détecteur à scintillation, détecteur gazeux, détecteur semi-conducteur, etc.). Les neutrons rapides (> 0,5 MeV) dépendent principalement du proton de recul dans les réactions (n, p). Matériaux riches en hydrogène, par exemple scintillateurs plastiques, sont donc les mieux adaptés à leur détection. Les neutrons thermiques dépendent de réactions nucléaires telles que les réactions (n, γ) ou (n, α) pour produire l’ionisation. Les matériaux tels que LiI (Eu) ou les silicates de verre sont donc particulièrement bien adaptés à la détection des neutrons thermiques. L’avantage des scintillateurs 6LiGlass est leur stabilité et leur large gamme de tailles.

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Qu’est-ce que la feuille d’activation et le fil de flux – Définition

juillet 12, 2020janvier 9, 2020 par Nick Connor

Les neutrons peuvent être détectés à l’aide de feuilles d’activation et de fils de flux. Cette méthode est basée sur l’activation des neutrons, où un échantillon analysé est d’abord irradié avec des neutrons pour produire des radionucléides spécifiques. Dosimétrie des rayonnements

détection de neutrons — Généralement, chaque type de détecteur de neutrons doit être équipé d’un convertisseur et de l’un des détecteurs de rayonnement conventionnels.
Source: large.stanford.edu

Les neutrons peuvent être détectés à l’aide de feuilles d’activation et de fils de flux . Cette méthode est basée sur l’activation des neutrons, où un échantillon analysé est d’ abord irradié avec des neutrons pour produire des radionucléides spécifiques . La désintégration radioactive de ces radionucléides produits est spécifique à chaque élément (nucléide). Chaque nucléide émet les rayons gamma caractéristiques qui sont mesurés par spectroscopie gamma , où les rayons gamma détectés à une énergie particulière sont indicatifs d’un radionucléide spécifique et déterminent les concentrations des éléments.

Les matériaux sélectionnés pour les films d’activation sont par exemple:

indium,
or,
rhodium,
le fer
aluminium
niobium

Ces éléments ont de grandes sections efficaces pour la capture radiative des neutrons . L’utilisation d’échantillons absorbeurs multiples permet de caractériser le spectre d’énergie neutronique. L’activation permet également de recréer une exposition historique aux neutrons. Les dosimètres d’accident de criticité disponibles dans le commerce utilisent souvent cette méthode. En mesurant la radioactivité des feuilles minces, nous pouvons déterminer la quantité de neutrons auxquels les feuilles ont été exposées.

Les fils de flux peuvent être utilisés dans les réacteurs nucléaires pour mesurer les profils de flux de neutrons des réacteurs. Les principes sont les mêmes. Le fil ou la feuille est inséré directement dans le cœur du réacteur , reste dans le cœur pendant la durée requise pour l’activation au niveau souhaité. Après l’activation, le fil ou la feuille de flux est rapidement retiré du cœur du réacteur et l’activité est comptée. Les feuilles activées peuvent également discriminer les niveaux d’énergie en plaçant un couvercle sur la feuille pour filtrer (absorber) certains neutrons de niveau d’énergie. Par exemple, le cadmium est largement utilisé pour absorber les neutrons thermiques dans les filtres à neutrons thermiques.

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Qu’est-ce que le convertisseur de neutrons – Comment les neutrons peuvent être détectés – Définition

juillet 12, 2020janvier 9, 2020 par Nick Connor

En général, chaque type de détecteur de neutrons doit être équipé d’un convertisseur (pour convertir le rayonnement neutronique en rayonnement commun détectable) et de l’un des détecteurs de rayonnement conventionnels. Dosimétrie des rayonnements

La détection des neutrons est très spécifique, car les neutrons étant des particules électriquement neutres, ils sont donc principalement soumis à de fortes forces nucléaires mais pas à des forces électriques. Par conséquent, les neutrons ne sont pas directement ionisants et ils doivent généralement être convertis en particules chargées avant de pouvoir être détectés. Généralement, chaque type de détecteur de neutrons doit être équipé d’un convertisseur (pour convertir le rayonnement neutronique en rayonnement commun détectable) et de l’un des détecteurs de rayonnement conventionnels (détecteur à scintillation, détecteur gazeux, détecteur semi-conducteur, etc.).

Convertisseurs de neutrons

À cet effet, deux types fondamentaux d’interactions neutroniques avec la matière sont disponibles:

Diffusion élastique . Le neutron libre peut être diffusé par un noyau, transférant une partie de son énergie cinétique au noyau. Si le neutron a suffisamment d’énergie pour disperser les noyaux, le noyau en recul ionise le matériau entourant le convertisseur. En fait, seuls les noyaux d’ hydrogène et d’hélium sont suffisamment légers pour une application pratique. La charge produite de cette manière peut être collectée par le détecteur conventionnel pour produire un signal détecté. Les neutrons peuvent transférer plus d’énergie aux noyaux légers. Cette méthode convient à la détection de neutrons rapides (les neutrons rapides n’ont pas une section efficace élevée pour l’absorption) permettant la détection de neutrons rapides sans modérateur .
Absorption des neutrons . Il s’agit d’une méthode courante permettant la détection de neutrons de l’ ensemble du spectre énergétique . Cette méthode est basée sur une variété de réactions d’absorption ( capture de rayonnement , fission nucléaire , réactions de réarrangement, etc.). Le neutron est ici absorbé par un matériau cible (convertisseur) émettant des particules secondaires telles que des protons, des particules alpha, des particules bêta, des photons ( rayons gamma ) ou des fragments de fission. Certaines réactions sont des réactions de seuil (nécessitant une énergie minimale de neutrons), mais la plupart des réactions se produisent aux énergies épithermale et thermique. Cela signifie que la modération des neutrons rapides est nécessaire, ce qui entraîne une mauvaise information énergétique des neutrons. Les noyaux les plus courants pour le matériau du convertisseur neutronique sont:
- ¹⁰ B (n, α). Lorsque la section efficace de capture des neutrons pour les neutrons thermiques est σ = 3820 barns et que le bore naturela une abondance de¹⁰ B 19,8%.
- ³ Il (n, p). Lorsque la section efficace de capture des neutrons pour les neutrons thermiques est σ = 5350 barns et que l’hélium naturel a une abondance de³ He 0,014%.
- ⁶ Li (n, α). Lorsque la section efficace de capture des neutrons pour les neutrons thermiques est σ = 925 barns et que le lithium naturel a une abondance de⁶ Li 7,4%.
- ¹¹³ Cd (n, ɣ). Lorsque la section efficace de capture des neutrons pour les neutrons thermiques est σ = 20820 barns et que le cadmium naturela une abondance de¹¹³ Cd 12,2%.
- ²³⁵ U (n, fission). Lorsque la section efficace de fission pour les neutrons thermiques est σ = 585 barns et que l’uranium naturel a une abondance de²³⁵ U 0,711%. L’uranium en tant que convertisseur produit des fragments de fission qui sont de lourdes particules chargées. Cela a un avantage significatif. Les particules lourdes chargées (fragments de fission) créent un signal de sortie élevé, car les fragments déposent une grande quantité d’énergie dans un volume sensible au détecteur. Cela permet une discrimination facile du rayonnement de fond (rayonnement gamma ei). Cette caractéristique importante peut être utilisée par exemple dans une mesure de puissance de réacteur nucléaire, où le champ neutronique s’accompagne d’un fond gamma important.

Exemple – Convertisseur de neutrons

Chambre de fission – Détecteurs à large plage

Les chambres à fission sont des détecteurs à ionisation utilisés pour détecter les neutrons. Les chambres de fission peuvent être utilisées comme détecteurs de gamme intermédiaire pour surveiller le flux de neutrons (puissance du réacteur) au niveau du flux intermédiaire. Ils fournissent également des indications, des alarmes et des signaux de déclenchement du réacteur. La conception de cet instrument est choisie pour assurer un chevauchement entre les canaux de la plage source et la pleine plage des instruments de la plage de puissance.

Dans le cas des chambres à fission , la chambre est recouverte d’une fine couche d’ uranium 235 hautement enrichi pour détecter les neutrons. Les neutrons ne sont pas directement ionisants et doivent généralement être convertis en particules chargées avant de pouvoir être détectés. Un neutron thermique provoquera la fission d’ un atome d’uranium 235 , les deux fragments de fission produits ayant une énergie cinétique élevée et provoquant l’ionisation du gaz d’argon à l’intérieur du détecteur. Un avantage d’utiliser un revêtement d’uranium 235 plutôt que du bore 10 est que les fragments de fission ont une énergie beaucoup plus élevée que la particule alpha issue d’une réaction au bore. Par conséquent les chambres de fission sont très sensibles au flux de neutrons, ce qui permet aux chambres de fission de fonctionner dans des champs gamma supérieurs à une chambre à ions non compensée avec revêtement en bore.

Proton Recoil – Détecteurs de recul

Les détecteurs les plus importants pour les neutrons rapides sont ceux qui détectent directement les particules de recul , en particulier les protons de recul résultant de la diffusion élastique (n, p). En fait, seuls les noyaux d’hydrogène et d’hélium sont suffisamment légers pour une application pratique. Dans ce dernier cas, les particules de recul sont détectées dans un détecteur. Les neutrons peuvent transférer plus d’énergie aux noyaux légers. Cette méthode convient à la détection de neutrons rapides permettant la détection de neutrons rapides sans modérateur . Cette méthode permet de mesurer l’énergie du neutron avec la fluence neutronique, c’est-à-dire que le détecteur peut être utilisé comme spectromètre. Les détecteurs de neutrons rapides typiques sont les scintillateurs liquides, détecteurs de gaz rares à base d’hélium-4 et détecteurs de plastique (scintillateurs). Par exemple, le plastique a une teneur élevée en hydrogène, par conséquent, il est utile pour les détecteurs de neutrons rapides , lorsqu’il est utilisé comme scintillateur.

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