Étude des réactions de spallation 136Xe + p et 136Xe + 12C à 1 GeV par nucléon auprès de l’accélérateur GSI (Darmstadt, Allemagne)

par Thomas Gorbinet

Thèse de doctorat en Physique nucléaire

Sous la direction de Jean-Eric Ducret.

Le président du jury était Pierre Désesquelles.

Le jury était composé de Jean-Eric Ducret, Pierre Désesquelles, Rémi Bougault, Haik Simon, Eric Bauge, Joseph Cugnon, Michel Garçon.

Les rapporteurs étaient Rémi Bougault, Haik Simon.


  • Résumé

    Les réactions 136Xe + p et 136Xe + 12C à 1 GeV par nucléon d’énergie cinétique du projectile dans le centre de masse ont été étudiées en cinématique inverse à l’aide du dispositif expérimental SPALADIN, installé auprès de l’accélérateur d’ions lourds de GSI. Ma thèse décrit l’analyse de ces collisions réalisées au printemps 2009. La détection en coïncidence des fragments de l’état final (résidu du projectile, neutrons et fragments légers chargés) avec une grande efficacité géométrique est obtenue par la combinaison de la cinématique inverse, d’un aimant dipolaire de grande ouverture physique et de l’utilisation de grands détecteurs. Ces coïncidences, mesurées événement par événement, nous ont permis de sélectionner, indépendamment du modèle de désexcitation, le pré-fragment, noyau excité issu de la cascade intranucléaire en fonction de son énergie d’excitation. Ainsi, nous avons pu étudier l’évolution du mécanisme de désexcitation (par exemple, l’évaporation de particules légères, la cassure binaire asymétrique ou la fragmentation multiple simultanée) en fonction de l’énergie d’excitation du pré-fragment. Les données de la réaction 136Xe + p sont comparées principalement à trois modèles de désexcitation (SMM, GEMINI++ et ABLA07) couplés au code de cascade intranucléaire INCL4. Si ces modèles semblent décrire globalement les observables de notre expérience, des désaccords significatifs sont apparus notamment en ce qui concerne la production des fragments de masse intermédiaire (IMF). La comparaison des données 136Xe + 12C avec celles de la réaction 136Xe + p fait apparaître une grande similitude dans la désexcitation des pré-fragments qui laisse entrevoir que la cascade intranucléaire mène, dans les deux cibles, aux mêmes types de pré-fragments sur la plage d’énergie d’excitation commune aux deux réactions (0 à 4 MeV par nucléon). Le régime d’excitation au-dessus de 4 MeV par nucléon, accessible uniquement pour la réaction 136Xe + 12C, montre une différence qualitative dans la désexcitation du pré-fragment, avec notamment une production beaucoup plus importante d’IMF, avec des multiplicités élevées par événement, qui croît avec l’énergie d’excitation.

  • Titre traduit

    Study of the spallation reactions 136Xe + p and 136Xe + 12C at 1 GeV per nucleon at the GSI facility (Darmstadt, Germany)


  • Résumé

    The collision of 136Xe with the proton and with 12C at 1 GeV per nucleon of projectile kinetic energy in the centre of mass has been studied in inverse kinematics using the SPALADIN experimental setup at the GSI facility. This manuscript describes the analysis of these collisions realized in spring 2009. The detection in coincidence of the final state fragments (projectile residues, neutrons and light charged fragments) with a large geometrical efficiency is provided by the inverse kinematics combined with a large aperture dipole magnet and large detectors. Such a coincidence, measured on an event basis, allows selecting, in a model-independent way, the prefragment, the excited nuclear system formed after the intranuclear cascade as a function of its excitation energy. Hence, we were able to study the evolution of the prefragment deexcitation mechanism (evaporation of light particles, asymmetric binary decay, multiple fragmentation…) as a function of its excitation energy. The data of the 136Xe + p reaction have been compared mainly to three deexcitation models (SMM, GEMINI++ and ABLA07) coupled to the intranuclear cascade code INCL4. Despite the relatively good and global agreement between these models and our data, significant discrepancies appeared concerning in particular the production of intermediate mass fragments (IMF). Comparison between the 136Xe + 12C and the 136Xe + p data exhibits an important similarity in the deexcitation of the pre-fragments. This suggests that the nuclear cascade leads, for both targets, to similar prefragment types in the range of excitation energy (0 to 4 MeV per nucleon) common to both reactions. Higher excitation energies, reached only in the 136Xe + 12C reaction, show a qualitative difference in the deexcitation of the pre-fragment, with much higher multiplicities of IMF per event, increasing with the excitation energy.


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