Les indispensables capteurs de mesure du dangereux nucléaire à haute énergie
Dans le nucléaire, le capteur le plus fiable et le plus sérieux est le capteur de rayonnement γ (gamma : neutrons à haute énergie). Nous n’étudierons que partiellement celui-ci dont la mesure est le RAD et laissons les autres Becquerel, etc.. au lecteur de littérature plus spécialisée.
Pour réaliser un capteur de RAD, on place 2 électrodes distantes de plus ou moins 1mm, de largeur de plus ou moins 1 mm et de longueur 10 mm dans un environnement isolant en verre ou ambre. Entres les électrodes, on place une tension de 1000 V pour récupérer les électrons qui se perdent par les réactions nucléaires internes. Ensuite, on compte les électrons qui passent d’un côté à l’autre et qui remontent à la source. C’est ce comptage qui donne le beep de détection du capteur. Voilà, c’est tout sur le capteur acheté.
Examinons maintenant le fonctionnement interne (qui vieillit) du capteur comme défini ci-dessus. Le flux de neutrons qui passe dans le capteur, croise le réseau cristallin en verre interne au capteur. Si le rayon incident, passe à côté du
noyau ( 10-16 m) il ne se passe rien et le rayonnement est transmis. Si par contre, le rayonnement incident passe dans le noyau, il casse celui-ci et un (ou plusieurs) électrons sont libérés par cette réaction qui casse un nœud (atome) du réseau cristallin qui est détecté par l’électron qui s’enfuit loin du centre du nœud du réseau cristallin par le champ électrique qui est appliqué à l’intérieur du capteur que l’on vient de décrire. Calculons maintenant la probabilité de détection d’un neutron passant dans le sens de la largeur. La surface frontale totale de tout le réseau cristallin soit 1 mm de largeur de diamètre vaut :
Sf = ∏ x (10-16 m)2 x 107 A°/ 2 A° x 107 A°/ 2 A° x 108 A°/ 2 A°
= 4 10-11 m2
Le nombre de nœuds du cristal vaut environ :
107 A°/ 2 A° x 107 A°/ 2 A° x 108 A°/ 2 A° = 5 1021
Le capteur « vieillit » par la désagrégation cristalline de ces 1022 nœuds du réseau.
La possible explication de l’appariement des petits atomes
Au niveau de l’énergie avec sa conservation, il n’y aurait pas de raison d’expliquer ce phénomène d’appariement : H + H -> H2
: N + N -> N2
: O + O -> O2
etc.…
Si on considère l’encombrement stérique des atomes groupés, on arrive à la conclusion que cet encombrement est minimal à 2 donc appariement à température ambiante.
-H- 1 2x2x2=8 8/1 = 8
-H-H- 2 3x2x2=12 12/2=6
H
-H-- 3 3x3x3=27 27/3=9
H
C’est donc une explication possible mais pas certaine car rien ne l’oblige en théorie scientifique classique.
Les molécules d’eau
Les molécules d’eau sont composées, comme tout le monde le sait, d’un atome d’oxygène et de deux atomes d’hydrogène (ou protons). Du point de vue de la physico-chimie, la couche extérieure de cette molécule est « saturée » en électrons (charge négative de base) par leur nombre de 8. Les protons, quant à eux, charge positive de base sont au nombre de 2 et sont également « saturés ».
D’un point de vue mécanique, cette molécule se comporte comme une petite bille qui remplit toute la place disponible (valable entre 0°c et 100°c). La capacité calorifique, utilisée en thermodynamique, est de 1 calorie par gramme d’eau et degré Celsius soit 4.16 J/gr C ou 4.16 kJ/kg K. Ces molécules d’eau dans leur ensemble suivent la loi de dynamique de Navier-Stokes (ou simplifiée de Bernoulli (Cste = ρ g h + ρ v2/2 + p). Du point de vue de la chimie, l’eau comporte un pH de 7 et elle a donc une concentration en [H+] de 10-7 mole/l qui est compensée par une concentration en [OH-] de 10-7 mole/l. Si cette concentration varie, on peut obtenir de l’acidité (pH < 7) ou un comportement basique (pH > 7). Les [H+] réalisent partiellement l’ionisation des composants qui y sont dissous par « capture » et mélange des cations et les [OH-] réalisent partiellement l’ionisation des composants qui y sont dissous par « capture » et mélange des anions. Pour tenter d’expliquer ce phénomène, on se place au niveau d’un modèle tridimensionnel de molécules d’eau. On remarque, voir ci-après, que les électrons ont une vitesse de 3 106 m/s, que les protons et les [OH-]
Ont une vitesse de 104 m/s et la vitesse des molécules complètes H2O est définie par le kT de la loi de Boltzmann soit environ 1000 m/s. Voici le modèle graphique
Les 2 électrons périphériques des ions [H+] tournent à une vitesse relative 430 X supérieure à celle des noyaux de ces ions ou la probabilité relative de positionnement certain est de 430/2 = 215. Pour que ce positionnement certain se passe avec 3 billes d’eau distinctes en contact et crée un ion [H+] et
un cation [OH-], il y a une probabilité qui est très très constante et qui vaut
2153 = 107 qui provoque ce rejet collectif de un ion et un cation. Et l’on obtient
10-7 = [H+] /[H2O]. Ceci est une explication possible et non certaine du pH de l’eau.
Du point de vue de la physique de base, on remarque des tourbillons dans l’eau avec effet déclencheur de la résolution des équations de Bernoulli (arrière d’un bateau, cyclone et dépression, etc.…). A partir des équations du chapitre suivant (Equation de Schrödinger, équation approchée de force pour trouver la vitesse et conservation de la masse), on peut essayer d’élaborer un modèle complet de l’eau molécule par molécule. En chimie, cela serait observable par l’angle légèrement variable des protons de l’eau sur leur orbitale.
Pour terminer, on parlera de phénomène de groupe par la mécanique de Newton étendue pour le clapotis, les vagues et les nuages.
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