Etude de la désexcitation radiative des fragments de fission dans la fission spontanée du 252Cf

Study of the radiative decay of 252Cf spontaneous fission fragments

• Auteur / Autrice : Alexis Francheteau
• Direction : Olivier Roig, Laurent Gaudefroy
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique nucléaire
• Date : Soutenance le 29/09/2023
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Particules, hadrons, énergie et noyau : instrumentation, imagerie, cosmos et simulation (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : référent : Université Paris-Saclay. Faculté des sciences d’Orsay (Essonne ; 2020-....)
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Physique (2020-….)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Matière sous conditions extrêmes (Bruyères-le-Châtel, Essonne ; 2021-....)
• Jury : Président / Présidente : Elias Khan
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Olivier Sérot, Beatriz Jurado, Frank Gunsing, Stephan Oberstedt
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Olivier Sérot, Beatriz Jurado

Mots clés

Mots clés contrôlés

Rayons gamma

Chambres d'ionisation

Produits de fission

Fission nucléaire

Mots clés libres

Fission

Énergie d'excitation

Émission gamma

Chambre d'ionisation

Fonction de force gamma

Densité de niveaux

Fission

Excitation energy

Gamma emission

Ionization chamber

Gamma strength function

Nuclear level density

Résumé

La fission nucléaire est une réaction où un noyau se scinde en deux noyaux plus légers et émet une partie de l'énergie libérée sous forme de neutrons et gammas. Ce travail se concentre sur l'étude des photons émis après la fission spontanée du ²⁵²Cf. La principale difficulté est d'identifier les fragments créés: une double chambre d'ionisation à grille de Frisch (FGTIC) a été utilisée avec un support ultra-mince qui permet d'observer des évènements rares sans émission de neutrons (fission froide). Dans ce régime, la résolution en masse de 0.68 a.m.u. permet une identification parfaite des masses. La FGTIC est couplée à 54 détecteurs NaI permettant de mesurer les gammas émis avec une grande efficacité. L'étude de cette émission de photons dans le cadre de la fission froide permet notamment d'identifier parfaitement deux fragmentations: ¹²⁰Cd/¹³²Sn et ¹¹⁸Pd/¹³⁴Te. Dans la première ¹³²Sn est observé dans son état fondamental, ce qui implique que le spectre Υ mesuré provient exclusivement du ¹²⁰Cd. La reproduction du spectre s'est montré très sensible à la distribution de spin initial, permettant sa détermination expérimentale pour la première fois dans la fission froide. Pour la seconde fragmentation étudiée (¹¹⁸Pd/¹³⁴Te) la répartition en énergie d'excitation est la quantité la plus sensible pour reproduire le spectre. Elle a été déterminée pour la première fois à l'aide d'un algorithme génétique. Cette répartition est bien reproduite par une distribution statistique de l'énergie intrinsèque à la scission à l'aide de densités de niveaux microscopiques.

The nuclear fission is a reaction where a nucleus breaks into two lighter nuclei and emit a part of the released energy as neutrons and photons. This work is focused on the study of the photon emission following the spontaneous fission of ²⁵²Cf. The main difficulty of such study is to precisely identify the fragments created: a Frisch-Gridded Twin Ionization Chamber (FGTIC) was used with an ultra-thin backing to observe rare events where no neutrons are emitted (cold fission). In this regime the mass resolution is 0.68 a.m.u. allowing perfect mass identification. This FGTIC is coupled to 54 Sodium-Iodide (NaI) crystals to measure with great efficiency the emitted gamma-rays. The study of this photon emission in the cold fission allowed to perfectly identify two fragmentations: ¹²⁰Cd/¹³²Sn and ¹¹⁸Pd/¹³⁴Te. In the first one ¹³²Sn is measured in its ground state, meaning that the measured γ spectrum solely originates from ¹²⁰Cd. The reproduction of the spectrum showed great sensitivity to the initial spin distribution allowing its first experimental determination in cold fission. In the second fragmentation studied (¹¹⁸Pd/¹³⁴Te) the excitation energy repartition between the two fragments was the most sensible quantity for the spectrum reproduction. It was determined for the first time through a genetic algorithm. This repartition was well reproduced by a statistical distribution of the intrinsic energy at scission using microscopic level densities.