Village des sciences
ATRON participe, aux côtés de CERAP et des principaux acteurs du Nucléaire normand, au Village des Sciences de Cherbourg-en-Cotentin les 9 & 10 octobre 2021.
Une vingtaine de stands réunis en un lieu unique, espace René Le Bas, pour vous faire découvrir le travail de scientifiques normands, vous permettre de leur poser vos questions et déclencher de futures passions. L'entrée est libre et gratuite, de 10h à 18h, sur présentation du pass sanitaire.
ATRON et CERAP y présentent plusieurs animations en lien avec les thèmes suivants:
A la recherche des particules élémentaires
Les particules élémentaires sont les plus petits objets physiques dont sont constituées la matière et les forces de l'univers. Historiquement, on a d'abord pensé que les plus petits constituants de la matière étaient les atomes. Cette hypothèse fut invalidée avec la découverte de l'électron en 1897 par Joseph John Thomson, puis celle du noyau de l'atome en 1911 par Ernest Rutherford. Dans les années 1960, alors que l'on pensait à nouveau connaître les particules fondamentales dont toute matière est constituée, c'est-à-dire les électrons et les nucléons (neutrons et protons), la découverte des quarks relançait la course à la recherche des particules élémentaires.
Aujourd'hui, la description de la gravité quantique, unification de la mécanique quantique et de la relativité générale, conduit à la théorie des cordes, un modèle où les quarks ne seraient pas les constituants élémentaires de la matière... Le chemin vers !'infiniment petit pourrait être encore long !
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Le kiqoikes n'est rien d'autre qu'un jeu de "qui est-ce ?", destiné à faire découvrir les constituants élémentaires de la matière. Le jeu est composé de 15 cartes qui présentent chacune un élément et ses différentes propriétés :
Le joueur s'appuie sur ces propriétés pour deviner, par élimination, la carte de son adversaire. |
La radioactivité
Zoom sur la matière: équilibre / déséquilibre
La matière qui nous entoure est constituée d'atomes, au centre desquels se trouve le noyau, composé de protons et de neutrons. Les protons sont chargés électriquement et se repoussent entre eux, contrairement aux neutrons non chargés électriquement.
Si les protons se repoussent, comment les noyaux peuvent-ils être stables ? Grace aux neutrons qui jouent le rôle de "colle" entre les protons pour stabiliser le noyau. Mais si le noyau comporte trop de protons, trop de neutrons ou trop des deux, il est instable. Un noyau instable cherche à équilibrer ses neutrons et ses protons par des processus nucléaires, tels que les désintégrations alpha ou bêta.
De nombreux noyaux radioactifs présents autour de nous sont naturellement produits par les étoiles. Le corps humain quant à lui contient (entres autres) du carbone 14 (radioactif bêta-) et du potassium 40 (radioactif béta- et gamma). Chaque seconde, environ 8000 noyaux se désintègrent dans notre corps ! D'autres noyaux sont produits artificiellement par l'Homme, notamment dans les accélérateurs de particules. Le premier noyau synthétisé fut le phosphore 30 en 1934.
Mesurer la radioactivité, estimer les effets
Une source radioactive est instable : elle se désintègre en émettant différents rayonnements. Lorsqu'ils traversent la matière, selon leur nature, ces rayonnements peuvent transformer les atomes en ions. On parle alors de rayonnements ionisants. Les principales grandeurs utilisées pour quantifier les rayonnements et leurs effets sur le corps sont:
En radioprotection, on utilise un radiamètre pour mesurer le débit de dose, c'est-à-dire la dose (absorbée, équivalente ou efficace) reçue en fonction du temps d'exposition (par seconde, par heure, par mois...).
Les trois principes de radioprotection
Pour comprendre comment se protéger des radiations, faisons d’abord un petit detour par votre jardin… Approchons-nous de votre barbecue sur lequel es ten train de cuire votre diner. Ça braise ! Comment se protéger de la chaleur émise par le barbecue pour retourner les saucisses en toute sécurité ?
- Principe n°1: Augmenter la distance qui nous sépare de la source : pour ne pas se brûler, on va tout d'abord chercher à se tenir à l'écart de la source de chaleur en utilisant une longue fourchette.
- Principe n°2: Mettre en place un ou plusieurs écrans de protection : si le feu est trop intense et que la fourchette ne suffit pas, on peut également utiliser un gant.
- Principe n°3: Réduire la durée d’exposition à la source : si le gant est trop fin et ne suffit pas à nous protéger de la chaleur, il ne reste qu’une option : faire vite !
Le travail des radioprotectionnistes consiste à mettre en oeuvre les trois principes ci-dessus en les adaptant aux types de radiations rencontrées. En effet, les différents types de radiations (alpha, beta, gamma, neutron) ne se comportent pas de la même manière. Par exemple, si les rayonnements alpha sont arrêtés par une simple feuille de papier, il faudra d'épais murs de béton pour arrêter les rayonnements gamma.
Au coeur de l'accélérateur
Outre le Village des Sciences, ATRON vous ouvre les portes de son laboratoire pour vous faire découvrir ses équipements de recherche uniques, dont un accélérateur d’électrons. Un événement à ne pas manquer !
Ca se passe le mercredi 7 octobre 2020 de 9h à 17h, c'est gratuit, mais l'inscription est obligatoire!
Accélérer les particules
Pourquoi ?
Pour la recherche
La lumière visible n'est pas adaptée pour observer !'infiniment petit. Des objets de plus petites longueurs d'onde sont nécessaires, tels que des particules relativistes. Les accélérateurs de particules permettent de sonder les composants élémentaires de la matière pour faire avancer notre connaissance.
Pour notre santé
Les accélérateurs de particules sont aussi utilisés en médecine pour l'imagerie médicale ou pour le traitement de cancers par radiothérapie, protonthérapie ou hadronthérapie.
Pour notre vie de tous les jours
Les pneus de voiture, les câbles électriques ignifugés, certains composants électroniques ont tous en commun un traitement à l'aide d'un accélérateur de particules pour améliorer leurs caractéristiques.
Comment?
En physique, une force est une grandeur susceptible de donner de l'énergie à quelque chose (pour le mettre en mouvement par exemple). Il existe une multitude de forces : le poids, du à la gravitation, est l'une des forces les plus connues à notre échelle. Dans les accélérateurs de particules, la trajectoire des particules est régie par la force de Lorentz.
La lettre "q" correspond à la charge électrique de la particule. Si cette charge est nulle, la force est nulle et il n'est pas possible d'accélérer la particule. Ainsi, seules les particules chargées peuvent être accélérées : électrons, protons ou i•ons.
La lettre "E" est le champ électrique responsable de l'accélération des particules chargées. Il faut imaginer qu'une particule chargée dans un champ électrique est comme une pierre sur une pente : plus la pente est abrupte, plus la pierre accélère.
Pendant ou après leur accélération, il peut être nécessaire de guider les particules chargées. Un champ magnétique peut être appliqué pour dévier les particules de leur trajectoire. C'est la lettre "B" de l'équation, fonction de le vitesse "v" des particules.
Que deviennent les particules accélérées
Les électrons
Lélectron est une particule chargée électriquement. Du fait de cette charge, l'électron interagit systématiquement avec la matière, majoritairement avec les électrons des atomes, parfois avec le noyau des atomes:
- Si l'électron tape un autre électron d'un atome, il l'éjecte, comme au billard ! Dans ce cas, l'atome en question perd un électron et devient un ion. On parle alors d'ionisation.
- Si l'électron passe à proximité d'un autre électron d'un atome, il le fait vibrer. Cet électron peut alors émettre un photon (par exemple) pour réduire cet excès d'énergie. On parle alors d'excitation.
- Si l'électron possède assez d'énergie pour passer à proximité du noyau de l'atome, il est violemment freiné et dévié. Dans ce cas, la perte d'énergie est si importante qu'un rayon X est émis. On parle alors de rayonnement de freinage.
Du fait de leur interaction systématique avec la matière, les électrons perdent rapidement leur énergie et ne peuvent parcourir qu'une faible distance dans la matière.
Les rayons X et gamma
Les rayons X et gamma sont électriquement neutre. Ils n'interagissent pas systématiquement avec la matière : on parle d'interactions stochastiques. Lorsqu'ils interagissent, c'est avec les électrons des atomes pour les mettre en mouvement:
- A faible énergie, le rayon X ou gamma frappe un électron pour l'éjecter. L'énergie du rayon X ou gamma est intégralement transférée à l'électron. C'est l'effet photoélectrique.
- A plus haute énergie, le rayon x ou gamma frappe un électron pour l'éjecter et le dévier. L'énergie du rayon X ou gamma est diminuée et sa direction modifiée. C'est l'effet compton.
- A encore plus haute énergie, le rayon X ou gamma disparait et se transforme en un électron et un positron. Il y a création de masse. C'est la matérialisation, régie par la fameuse équation d'Einstein : E = mc2.
La neutralité électrique des rayones X et gamma rend leur probabilité d'interaction faible. Ils peuvent parcourir d'importantes distances dans la matière. Il est donc plus compliqué de s'en protéger complètement. Leur neutralité les rend également impossible à détecter directement. Il est en revanche possible de détecter la résultante de leur interaction dans la matière: les électrons mis en mouvement.
Inscription
Pour visiter ATRON et découvrir ses installations, mercredi 6 octobre 2021, de 9h à 17h, il vous suffit de vous inscrire.
Inscription en ligne ici:
Posters
Vous trouverez ci-après différents posters créés par CERAP PREVENTION & ATRON METROLOGY, libres de téléchargement:
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