Self-consistent microscopic approach for low-energy large amplitude collective processes in nuclei : application to heavy-ion scattering and fission

Approche microscopique auto-consistante des processus nucléaires collectifs de grande amplitude à basse énergie : application à la diffusion d'ions lourds et à la fission

• Auteur / Autrice : Jean-François Berger
• Direction : Directeur de thèse inconnu
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences physiques
• Date : Soutenance en 1985
• Etablissement(s) : Paris 11
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Fission nucléaire

Hartree-Fock, Méthode d'approximation

Mots clés libres

Grandes déformations

Scission

États quasi-moléculaires

Dynamique collective (basse énergie)

Résumé

Nous exposons un cadre théorique et des techniques numériques permettant de décrire les phénomènes collectifs de grande amplitude et de basse énergie dans les noyaux à partir de la seule donnée de l’interaction effective entre les nucléons. La méthode consiste à analyser les propriétés collectives du système étudié à l’aide de la théorie de Hartree-Fock-Bogolyubov complète et différents types de contraintes agissant comme des champs extérieurs. La dynamique collective est déduite de l’approche auto-consistante dans un formalisme entièrement quantique fondé sur la prescription de la Coordonnée Génératrice et l’approximation adiabatique. Grâce à cette procédure, les effets de structure nucléaire, notamment l’influence des corrélations d’appariement sur la dynamique collective sont intégrés d’une façon complètement microscopique et auto-consistante. Les applications présentées sont réalisées avec l’interaction D1 de GOGNY. La paramétrisation très générale de cette force, en particulier sa portée finie, permet de reproduire quantitativement la plupart des propriétés nucléaires connues, y compris celles liées à l’appariement. Nous étudions d’abord la réaction ¹²C + ¹²C au voisinage du seuil. La position des deux premières résonances O⁺ est en bon accord avec l’expérience. Leur analyse montre qu’elles ne proviennent pas de la formation d’un état ¹²C + ¹²C quasi-moléculaire. Nous appliquons ensuite notre approche à la fission du ²⁴⁰Pu. Des surfaces d’énergie potentielle en fonction de l’élongation, de l’asymétrie droite-gauche et de la striction du noyau sont présentées. Les principales caractéristiques connues de ces surfaces, notamment les hauteurs de barrières de fission, sont correctement reproduites. Une interprétation du mécanisme de la scission est des évènements de fission froide est proposée. Un calcul dynamique tenant compte des variations du tenseur d’inertie collective confirme cette interprétation et montre que l’évolution du noyau entre point selle et scission peut être décrite à l’approximation adiabatique.

A theoretical framework and numerical techniques allowing to describe low energy, large amplitude collective phenomena in nuclei from the only data of the nuclear effective interaction is presented. In this method, the collective properties of the system are analyzed with the help of the full Hartree-Fock-Bogolyubov theory and different kinds of constraints acting as external fields. The collective dynamics is then deduced from the self-consistent approach in a completely quantum-mechanical formalism based on the Generator Coordinate prescription and the adiabatic approximation. With this procedure, nuclear structure effects, in particular the influence of pairing correlations on the collective dynamics, are incorporated in a completely microscopic and self-constent way. The applications we present use GOGNY’S D1 effective interaction. Due to the very general parametrization of this force – in particular, its finite range – most known nuclear properties, including those associated to pairing, can be reproduced quantitatively. The ¹²C + ¹²C reaction at low energy is first studied. The position of the two first 0⁺ resonances is consistent with experimental data. The analysis of the wave functions shows that these resonances do not arise from a quasi-molecular ¹²C - ¹²C state. Our approach is then applied to the fission of ²⁴⁰Pu. Potential energy surfaces as functions of elongation, left-right asymmetry and necking-in are displayed. The main known characteristics of these surfaces, in particular fission barrier heights appear to be correctly reproduced. An interpretation for the mechanism of scission and for cold fission events is proposed. A dynamical calculation taking into account the variations of the collective inertia confirms this interpretation and shows that the nuclear evolution between saddle and scissions can be described using the adiabatic approximation.