Étude des propriétés de fission des noyaux avec N=100 dans le domaine du 180Hg

Study of fission properties of nuclei along the N=100 chain in the 180Hg region

• Auteur / Autrice : Deby Treasa Kattikat Melcom
• Direction : Igor Tsekhanovich
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Astrophysique, Plasmas, nucléaire
• Date : Soutenance le 06/10/2023
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences physiques et de l’ingénieur (Talence, Gironde ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Physique des Deux Infinis (Bordeaux ; 2022-....)
• Jury : Président / Présidente : Jonathan Wilson
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Julien Taieb, Diego Ramos, Ludovic Bonneau
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Fanny Farget, Abdallah Lyoussi

Mots clés

Mots clés contrôlés

Fusion nucléaire

Distribution spectrale de l'énergie

Plomb

Fission nucléaire

Mots clés libres

Fission nucléaire

Réactions de fusion-Fission

Région sous-Plomb

Distribution d'énergie cinétique de masse

Nuclear fission

Fusion-Fission reactions

Sub-Lead region

Mass-Kinetic energy distribution

Résumé

L’exploration des propriétés de fission des noyaux dans la région des actinides a révélé que la division symétrique des noyaux en deux masses égales n’était pas le seul mode de fission. Il a été observé que la fission des actinides produisait de préférence des fragments de fission (FF) avec des nombres de masse très inégaux, ce qui nous a permis de conclure à la prédominance de la fission asymétrique dans les actinides. Une étude expérimentale approfondie des noyaux dans la région 205<A<234 a montré une transition de la fission asymétrique dans les actinides vers une région de fission symétrique et l’on pensait que tous les systèmes plus légers que A~226 fissionneraient de manière symétrique. De manière surprenante, la fission d’isotopes de Hg 178−190 déficients en neutrons a révélé une division de masse asymétrique importante. Des études similaires réalisées avec 179Au et 178Pt ont montré que ce comportement exotique est une propriété distincte des noyaux déficients en neutrons dans cette région.Ma thèse porte sur l’étude multiparamétrique des modes de fission de N = 100 noyaux inférieurs à 180Hg, c’est-à-dire 176Os, 177Ir et 179Au, en fonction de l’énergie d’excitation. Cette matière nucléaire exotique a été produite dans des réactions de fusion du faisceau de 35Cl avec des cibles de 144Sm, 142Nd et 141Pr. Des produits de réaction binaire coïncidents provenant de la diffusion et de la fission ont été détectés à l’aided’un dispositif de temps de vol à deux bras permettant d’enregistrer les signaux de temps, de position et d’énergie. Pour la première fois dans la région pré-plomb, l’énergie et la multiplicité des neutrons prompts ont été mesurées simultanément pour les événements de fission.Les largeurs FFMD expérimentales et le TKE moyen ont été comparés à deux modèles dynamiques de Langevin 4D différents, à savoir le modèle d’Omsk (avec évaporation des particules) et le modèle de Tokyo (avec effets microscopiques). Dans ce travail de thèse, une analyse cohérente des résultats expérimentaux recueillis en utilisant la technique de fusion-fission avec un canal d’entrée similaire est effectuée et la tendance globale des largeurs FFMD et du TKE moyen est analysée.Une autre partie importante de ce travail est consacrée à l’extartion des modes de fission pour le CN étudié en fonction de l’énergie d’excitation. La fiabilité de la technique d’ajustement mathématique 1D et 2D pour la décomposition des données de masse-TKE obtenues en modes de fission a été testée sur une composition FFMD et TKE a priori connue obtenue à partir de GEF (Description générale des observables de fission) et l’effet de résolution expérimentale sur la décomposition en mode de fission a été établie. Commele nombre et la nature des modes asymétriques dans la région pré-plomb sont encore une question ouverte, pour l’extraction du mode de fission, l’ajustement des paramètres libres 1D et 2D pour les données FFMD et TKE a été complété par l’analyse dérivée FFMD développée pour la Détermination du mode S.

Exploring fission properties of nuclei in the actinide region has revealed that the symmetricdivision of the nuclei into two equal masses was not the only mode of fission. It was observed that fission of actinides preferably produced fission fragments (FFs) with very unequal mass numbers allowing us to conclude about the dominance of asymmetric fission in actinides. An extensive experimental study of nuclei in the 205<A<234 region showed a transition from asymmetric fission in actinides towards a symmetric fission regionand it was believed that all systems lighter than A~226 would fission symmetrically. Surprisingly, fission of neutron-deficient 178−190Hg isotopes has revealed prominent asymmetric mass division. Similar studies made with 179Au and 178Pt have shown that this exotic behavior is a distinct property of the neutron-deficient nuclei in this region.My thesis work deals with the multi-parameter study of fission modes of N = 100 nuclei below 180Hg i.e, 176Os, 177Ir and 179Au as a function of excitation energy. This exotic nuclear matter has been produced in fusion reactions of the 35Cl beam with 144Sm, 142Nd and 141Pr targets. Coincident binary-reaction products from scattering and fission were detected with a dual-arm time-of-flight setup allowing for timing, positionand energy signals to be recorded. For the first time in the pre-lead region, the prompt-neutron energy and multiplicity was measured simultaneously for fission events.The experimental FFMD widths and mean TKE have been compared with two different 4D Langevin dynamical model calculations ie., the Omsk model (with particle evaporation) and the Tokyo model (with microscopic effects). In this thesis work, a consistent analysis of the experimental results collected using fusion-fission technique with a similar entrance-channel is performed and the global trend of FFMD widths and mean TKE are analyzed.Another major part of this work is dedicated to the extraction of the fission modes for the studied CN as a function of excitation energy. Reliability of the 1D and 2D mathematical fitting technique for the decomposition of the obtained mass-TKE data into fission modes were tested on a priori known FFMD and TKE composition obtained from GEF (GEneral description of Fission observables) and the effect of experimental resolution on fission mode decomposition was established. As the number and nature of asymmetric modes in the pre-lead region is still an open question, for the fission mode extraction, 1D and 2D free-parameter fitting for the FFMD and TKE data was supplemented with the developed FFMDs derivative analysis for the S-mode determination.