Study of fission of exotic actinides by relativistic reactions

par Yiman Yan

Thèse de doctorat en Structure et réactions nucléaires

Sous la direction de Dominique Jacquet.

Le président du jury était Fadi Ibrahim.

Le jury était composé de Fadi Ibrahim, Heloise Goutte, Stephan Oberstedt, Laurent Audouin, Julien Taieb, Grégoire Kessedjian.

Les rapporteurs étaient Heloise Goutte, Stephan Oberstedt.

  • Titre traduit

    Étude de la fission d'actinides exotiques par réaction relativiste


  • Résumé

    SOFIA (Studies On FIssion with Aladin) est un programme expérimental innovant qui a pour objectif la mesure de plusieurs observables de la fission nucléaire : les taux de production isotopiques des fragments de fission, l'énergie cinétique totale des fragments, et la multiplicité des neutrons prompts. Ces informations sont obtenues pour une large variété d'actinides et de pré-actinides. Le recours à la cinématique inverse (le système fissionnant est le faisceau et non pas la cible) est le seul moyen d'identifier les fragments à la fois en charge et en masse. Le travail de doctorat présenté dans cette thèse porte sur l'expérience menée en Octobre 2014 et dédiée à la mesure de la fission de ² ³ ⁶ U induite par excitation coulombienne, soit l'analogue de la fission de ² ³⁵U induite par neutron.Les expériences SOFIA ont lieu à GSI (Darmstadt, Allemagne), la seule installation au monde capable de délivrer un faisceau d'uranium ² ³⁸ de 1 GeV par nucléon. Ce faisceau primaire subit une première fragmentation, dont les produits sont sélectionnés par le FRS (FRagment Separator) afin de former un faisceau secondaire du noyau d'intérêt, en l'occurrence ² ³ ⁶ U, qui est guidé vers l'expérience SOFIA où sa fission est déclenchée.Certains noyaux proches de ² ³ ⁶ U sont également transmis par le FRS : il est donc nécessaire de procéder à l'identification en masse et en charge du système fissionnant, puis d'identifier les deux fragments de fission. Dans les deux cas, l'identification, réalisée événement par événement, repose sur la mesure simultanée de la perte d'énergie dans un gaz, de la rigidité magnétique et du temps de vol. Seules les fissions induites par excitation coulombiennes sont pertinentes : la contribution des réactions nucléaires à la production des fragments doit donc être mesurée et soustraite.L'analyse présentée dans ce document inclut l'identification du faisceau secondaire en masse et en charge, l'identification en charge des fragments de fission, l'estimation de la contribution des réactions nucléaires, et finalement les taux de production des éléments obtenus dans la fission de ² ³ ⁶ U. Ces résultats sont comparés à ceux d'autres mesures réalisées sur SOFIA, et à des résultats antérieurs obtenus par d'autres techniques.


  • Résumé

    SOFIA (Studies On FIssion with Aladin) is an innovative experimental program which aims to measure several fission observables — the isotopic fission yields, the total kinetic energy of the fragments and the prompt neutron multiplicity, for a wide range of actinides and pre-actinides. The use of inverse kinematics (the fissioning system is the beam instead of the target) is the only way to fully identify fragments in charge and mass. The PhD work presented in this thesis concerns the experiment conducted in October 2014, and is focused on the Coulomb-induced fission of ² ³ ⁶ U, which can be regarded as the analog of the neutron-induced fission of ² ³⁵U.The SOFIA experiments take place in GSI (Darmstadt, Germany) because it is the sole facility in the world which delivers a beam of ² ³⁸U at 1 AGeV. This beam is fragmented and the products are selected by the FRS (FRagment separator) in order to deliver a secondary beam of nuclei of interest - ² ³ ⁶ U in our case, which is then guided to the SOFIA setup where its fission is triggered.Since some nuclides with close atomic and mass numbers to ² ³ ⁶ U are also transmitted by the FRS, it is necessary to identify the fissioning system from the secondary beam first, and then identify both the associated fission fragments. All identifications are performed event by event on the basis of measurements of the energy loss, the magnetic rigidity and the time of flight. Since we are only interested in the Coulomb-induced fission of ² ³ ⁶ U, the contribution of fragmentation fissions on the nuclear charge distribution of fission fragments has to be suppressed.The analysis in this paper involves the isotopic identification of the fissioning system, the nuclear charge identification of the fission fragments, the estimation of the nuclear contribution, and the extraction of the elemental fission yield. The results are then compared to other measurements performed with the SOFIA setup, as well as previous results obtained by other techniques.


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