M33:Exploitation d’une expérience de

radioactivitéRéalisé par :

Badr MOUSLIM

Ecole Normale Supérieure

Encadré par :

Plan I- Introduction

II-Présentation 1-Dispositif expérimental : a - Un détecteur Geiger Muller b - Un compteur d’impulsions c - Une source radioactive de particules Alpha

d - Le diaphragmes

III-Expérience : désintégration alpha 1-Mesures 2-Exploitation 3-Conclusion

IV –Conclusion

I- Introduction

Tout ce qui nous entoure est radioactif à un degré ou un autre. L'air

que nous respirons, les plantes, l'eau, les roches, etc. …

contiennent des matières radioactives, et ce depuis les origines de

l'univers.

Toute matière est composée d'atomes. Les atomes sont des

éléments extrêmement petits mais complexes. Ils se composent

d'un noyau autour duquel gravitent des éléments appelés électrons.

Le noyau se compose à son tour de deux éléments différents, les

protons et les neutrons .

Généralement, les atomes sont stables ; ils ne se modifient pas.

Cette stabilité suppose un équilibre dans le rapport entre le

nombre de protons et de neutrons dans le noyau. Dans certains

atomes, cet équilibre est rompu. On dit alors que le noyau

atomique est instable ou que l'atome est radioactif.

Un noyau atomique instable ou radioactif subira une mutation

spontanée jusqu'à atteindre un nouvel et meilleur équilibre. Ce

processus libère de l'énergie sous la forme d'ondes

(rayonnements) et/ou de particules.

II- Expérience de radioactive

Dispositif expérimental : Un détecteur Geiger Muller

Un compteur d’impulsions

Une source de particule alpha

Un jeu de diaphragmes en plomb

Un détecteur Geiger Muller :

Un détecteur Geiger Muller (GM) est un détecteur cylindrique. Le cylindre qui est relié à la masse forme la cathode et l’anode se présente sous la forme d’un fil de tungstène, à l’intérieur du cylindre. Celui-ci est rempli d’un mélange de gaz inerte (néon) à une pression de 100 torr et d’un gaz d’amortissement (vapeur de gaz halogène ) a une pression de 10 torr .

Pour faire fonctionner le détecteur, on applique une différence de potentiel de quelques centaines de volts entre l’anode et la cathode afin d’obtenir un champ électrique radial important au voisinage du fil d’anode.

Lorsqu’une particule chargée (électron, proton, particule alpha , ...) traverse le gaz interne, elle ionise le gaz : production de paires ions-électrons Sous l’influence du champ électrique qui règne dans la chambre, les électrons vont être accélérés en direction du fil central et acquérir une grande vitesse sur une courte distance. Cette vitesse élevée va permettre à ces électrons d’ioniser à leur tour d’autres atomes, et de libérer de nouveaux électrons. Cette multiplication des charges se répète très rapidement et produit une avalanche d’électrons autour du fil anodique : cela permet d’amplifier plus d’un million de fois le signal initial qui était très faible

Un compteur d’impulsionsPermet de compter le nombre d’impultions en

transformant des signaux analogique en signaux numérique

Une source de particules Alpha

A l’intérieur de ce petit cylindre il y a une substance (source) radioactive qui émet des particules alpha : plutonium (A=244)

Le diaphragmes

un diaphragme est un dispositif mécanique mince et opaque

comportant une ouverture centrale généralement réglable. Il

permet de contrôler l’epaisseur du faisceau de particules qui

arrivent sur le détecteur ou le capteur

III-Expérience : désintégration alpha

Comment varie l’intensité d’un faisceau de particule alpha en fonction de l’épaisseur du milieu traversé ?

I=I0.exp(-n∑x)

• ∑ = La section efficace totale d’interaction

• n = Nombre de particules du milieu par unité de volume

• I0 = Intensité du faisceau pour x=0

n(air)= 6.3 * 10^-5 .N mol => n(air)=6.3*10^-5 . 6.02*10^20

n(air) = 3.8*10^19 Particules

Constituant Masse molaire Pourcentage

Oxygène 16 17 %

Azote 14 23 %

Argon 40 2 %

Calcule de nombre de particules n :

1-Mesures

Mesure de bruit de font => ∆t= 2 min M1=53

M2=41 Mmoy =49 impulsion

M3=54

Les incertitudes :

L’incertitudes de l’épaisseur :

∆x=0.2 mm

L’incertitudes de l’intensité :

∆I = √I et ∆I0=√I0

L’incertitudes de section efficace :

∆∑ = ∑.( ∆I/I + ∆I0/I0 + ∆x/x )

L’épaiss-eur

(mm) 0 2 5 8 11 14 17

L ’intensité 121

291074

88040 5221 2249 740 26

L’incertit-udes de l’intensit

é ∆I

110.13 103.67 89.66 72.25 47.42 27.20 5.09

Log(I/I0) 0 -0.05 -0.17 -0.36 -0.73 -1.21 -2.66

∆Log(I/I0) -- 0.01 0.02 0.02 0.02 0.03 0.02

-Tableau de mesure -

2-Exploitation=> Graphe de Log(I/I0)en fonction de x (sur le papier ).

=>La section efficace totale d’interaction des alphas avec l’air .

On a : Log(I/I0)=-n∑x

avec : -n∑ représente le pente de la droite . on trouve : Pente =P = -0.03 = -n∑ alors : ∑ = P/n => ∑ =7.89*10^-22 cm2

3-Conclusion

Exploitation de cette expérience nous a permet de déterminer expérimentalement la section efficace ∑pour ce source , on peut faire la même chose pour les autres sources on peut également exploité cette expérience pour la détermination expérimentale de l’énergie de particules par absorption dans l’air

Conclusion Ces rayonnement utiliser dans des nombreux domaines ,

principalement en médecine , en énergétique ,en chimie …etc.

=> Utilisation dans le domaine énergétique :

75 % a 80% de l’électricité produite en France est d’origine nucléaire

=> Utilisation dans le domaine médical :

Traitement du cancer par différentes technique utilisant exploitation des organes , dépistage des maladie

Merci pour votre attention