Cette option a pour objectif de faire découvrir aux étudiants la production d’énergie nucléaire sous l’angle des matériaux qui lui sont dédiés et des processus physiques intervenant dans les réacteurs. Elle se compose de deux parties indépendantes, bien que connexes, et se déroulant en parallèle : l’une est consacrée à la « physique nucléaire et radioactivité », l’autre au « comportement des matériaux sous irradiation ».
UE optionnelle du S6 de 5 ECTS : 22 h de cours, 22 h de tds, 4h de tps.

Enseignants

Sandra Bouneau
Frédérico Garrido

Programme

 Partie I : Comportement des matériaux sous irradiation

• Matériaux pour l’énergie nucléaire : définition ; classes de matériaux en fonction des applications (combustible, réacteur, entreposage ou stockage) ; spécificité des matériaux nucléaires : environnements radiatifs ; classification de sources d’irradiation en termes d’endommagement des solides (particules chargées : ions, électrons, positons, neutrons, photons). Simulation expérimentale des effets de l’irradiation par faisceaux d’ions accélérés.
•  Physique de l’irradiation à l’échelle atomique : mécanismes d’interactions ; processus balistiques et électroniques ; mécanismes de création de défauts ; calcul de nombre de dpa (déplacements par atome); modélisation de l’endommagement par excitation électronique ; code de simulation numérique SRIM.
• Comportement sous irradiation de quelques matériaux pour le nucléaire : combustibles et matrices de transmutation (matériaux céramiques) ; aciers de cuve et gaine de zircalloy ; matrices d’entreposage et de stockage.
•  TP : Utilisation du code de simulation SRIM (Stopping and Range of Ions in Matter) ; application à l’endommagement d’un combustible nucléaires (fragments de fission de l’uranium, désintégration alpha des actinides).

Document projeté lors de la présentation des options : partie Matériaux sous irradiation

Partie II : Physique nucléaire & radioactivité 

•  Introduction à la physique nucléaire : propriété des noyaux (densité, énergie de masse, énergie de liaison, énergie d’appariement) ; modèles nucléaires (goutte liquide, gaz de Fermi) ; la carte des noyaux et vallée de stabilité.
• Les décroissances radioactives : étude des différents mécanismes de désintégration des noyaux (radioactivité alpha et beta) et lois associées ; désexcitation gamma; schémas de décroissance ; les familles radioactives naturelles (uranium et thorium) et les filiations radioactives associées ; mise à l’équilibre d’une chaîne radioactive (équilibre séculaire et activité du minerai d’uranium).
• Les réactions nucléaires appliquées aux réacteurs de fission : technologie des Réacteurs à Eau Pressurisée (REP), mécanisme de fission, réactions induites par neutron et sections efficaces associées, noyaux fissiles et non fissiles, principe de la réaction en chaîne et criticité.
• Introduction à l’effet de la radioactivité sur le corps humain : radioactivité naturelle et artificielle, grandeurs et unités pour caractériser l’effet des rayonnements ionisant, ordres de grandeur.

Document projeté lors de la présentation des options : partie Physique nucléaire et radioactivité

 Documents

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