Etude de la méthode de substitution à partir de la mesure simultanée des probabilités de fission et d'émission gamma des actinides 236U, 238U, 237Np et 238Np

Study of the surrogate method through the simultaneous measurement of the gamma-decay and fission-decay probabilities for the actinides 236U, 238U, 237Np and 238Np

• Auteur / Autrice : Quentin Ducasse
• Direction : Beatriz Jurado, Olivier Sérot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Astrophysique, plasmas, nucléaire
• Date : Soutenance le 26/10/2015
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences physiques et de l’ingénieur (Talence, Gironde)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre d'études nucléaires Bordeaux Gradignan
• Jury : Président / Présidente : Stéphane Grévy
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Andreas Görgen
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Fanny Farget, Philippe Dessagne

Mots clés

Mots clés contrôlés

Analyse de covariance

Actinides

Rayons gamma

Fission nucléaire

Radiotoxicité

Mesure

Sections efficaces (physique nucléaire)

Mots clés libres

Méthode de substitution

Réaction de transfert

Probabilité de fission

Probabilité d'émission gamma

Section efficace

Actinides

Modèle statistique

Distribution de spin

Covariance

Surrogate-reaction method

Transfer reactions

Fission probability

Gamma-decay probability

Cross section

Actinides

Statistical-model

Spin distribution

Covariance

Résumé

Les sections efficaces induites par neutrons des noyaux de courte durée de vie jouent un rôle important dans des domaines variés parmi la physique fondamentale, l'astrophysique ou l'énergie nucléaire. Malheureusement de nombreuses contraintes liées à la radiotoxicité des cibles rendent la mesure de ces sections efficaces souvent très difficiles. La méthode de substitution est une technique de mesure indirecte de sections efficaces neutroniques de noyaux radioactifs qui à l'avantage de s'affranchir de ces contraintes. Pour la première fois dans ce type d'expérience,les probabilités de fission et d'émission gamma sont mesurées simultanément, pour les actinides236U, 238U, 237Np et 238Np dans le but d'étudier la validité de la méthode. Une des difficultés provient de la soustraction des gammas des fragments de fission et cette mesure constitue en cela un véritable défi. Cette expérience de mesure simultanée a été effectuée au cyclotron d'Oslo.A une énergie d'excitation fixée du noyau formé, les résultats montrent que les probabilités de fission de substitution sont en bon accord avec celles induites par neutron alors que les probabilités d'émission gamma mesurées sont plusieurs fois plus élevées. Ces écarts sont liés à la différence distribution spin peuplée par le noyau entre les deux méthodes. Des calculs de modèles statistiques avec des paramètres standards n'ont pas permis de reproduire cette insensibilité de la probabilité de fission vis à vis du spin du noyau. La reproduction des observations expérimentales devient possible en considérant un moment d'inertie du noyau fissionnant qui augmente plus rapidement avec la déformation du noyau que ne le préconisent les paramètres standards. De nouveaux efforts théoriques sont à fournir pour améliorer la compréhension de nos résultats.

Neutron-induced cross sections of short-lived nuclei are important in various fields such as fundamental physics, astrophysics or nuclear energy. However, these cross sections are often extremely difficult to measure due to high radioactivity of the targets involved. The surrogate-reaction method is an indirect way to determine neutron-induced cross sections of short-lived nuclei. In order to study the validity of the method, we have measured for the very first time in a surrogate-reaction experiment simultaneously fission and gamma-decay probabilities for the actinides 236U, 238U, 237Np and 238Np. This is challenging because one has to remove the gamma rays emitted by the fission fragments. The measurement was performed at the Oslocyclotron.Our results show that for a given excitation energy, our gamma-decay probabilities are several times higher than neutron-induced probabilities, which can be attributed to differences in spin distribution between the two types of reactions. On the other hand, our fission probabilities are in good agreement with neutron-induced data. Statistical-model calculations applied with standardparameters cannot reproduce the weak spin sensibility to variations of the angular momentum observed for the fission probabilities. However, it is possible to reproduce the experimental observations by considering a stronger increase of the moment of inertia of the fissionning nucleus with deformation. Further theoretical efforts are needed to improve the understanding of our results