Par Quentin DUCASSE

219 Pages·2015·8.59 MB·French

THESE PRESENTEE
POUR OBTENIR LE GRADE DE
DOCTEUR DE
L’UNIVERSITE DE BORDEAUX
ECOLE DOCTORALE des SCIENCES PHYSIQUES ET DE
L’INGENIEUR
SPECIALITE : ASTROPHYSIQUE, PLASMAS, NUCLEAIRE
Par Quentin DUCASSE
(cid:16)Etude de la mØthode de substitution (cid:224) partir de la
mesure simultanØe des probabilitØs de (cid:28)ssion et
d’Ømission gamma des actinides
236U, 238U, 237Np et 238Np(cid:17)
Sous la direction de : Beatriz Jurado
co-directeur : Olivier SØrot
Membres du jury :
M. GREVY StØphane Directeur de Recherche CENBG Gradignan PrØsident
Mme FARGET Fanny ChargØe de Recherche 1 GANIL Caen Rapportrice
M.DESSAGNE Philippe Directeur de Recherche IPHC Strasbourg Rapporteur
M. GORGEN Andreas Professeur des UniversitØs UniversitØ d’Oslo Examinateur

Etude de la mØthode de substitution (cid:224) partir de la mesure simultanØe des probabilitØs de
(cid:28)ssion et d’Ømission gamma des actinides 236U, 238U, 237Np et 238Np.
RØsumØ : Les sections e(cid:30)caces induites par neutrons des noyaux de courte durØe de vie jouent
un r(cid:244)le important dans des domaines variØs parmi la physique fondamentale, l’astrophysique ou
l’ØnergienuclØaire. MalheureusementdenombreusescontraintesliØes(cid:224)laradiotoxicitØdescibles
rendent la mesure de ces sections e(cid:30)caces souvent trŁs di(cid:30)ciles. La mØthode de substitution est
une technique de mesure indirecte de sections e(cid:30)caces neutroniques de noyaux radioactifs qui
(cid:224) l’avantage de s’a(cid:27)ranchir de ces contraintes. Pour la premiŁre fois dans ce type d’expØrience,
les probabilitØs de (cid:28)ssion et d’Ømission gamma sont mesurØes simultanØment, pour les actinides
236U, 238U, 237Np et 238Np dans le but d’Øtudier la validitØ de la mØthode. Une des di(cid:30)cultØs
provientdelasoustractiondesgammasdesfragmentsde(cid:28)ssionetcettemesureconstitueencela
un vØritable dØ(cid:28). Cette expØrience de mesure simultanØe a ØtØ e(cid:27)ectuØe au cyclotron d’Oslo.
A une Ønergie d’excitation (cid:28)xØe du noyau formØ, les rØsultats montrent que les probabilitØs
de (cid:28)ssion de substitution sont en bon accord avec celles induites par neutron alors que les
probabilitØs d’Ømission gamma mesurØes sont plusieurs fois plus ØlevØes. Ces Øcarts sont liØs (cid:224) la
di(cid:27)ØrencedistributionspinpeuplØeparlenoyauentrelesdeuxmØthodes. DescalculsdemodŁles
statistiquesavecdesparamŁtresstandardsn’ontpaspermisdereproduirecetteinsensibilitØdela
probabilitØde(cid:28)ssionvis(cid:224)visduspindunoyau. LareproductiondesobservationsexpØrimentales
devient possible en considØrant un moment d’inertie du noyau (cid:28)ssionnant qui augmente plus
rapidement avec la dØformation du noyau que ne le prØconisent les paramŁtres standards. De
nouveaux e(cid:27)orts thØoriques sont (cid:224) fournir pour amØliorer la comprØhension de nos rØsultats.
Mots clØs : mØthode de substitution, rØaction de transfert, probabilitØ de (cid:28)ssion, probabilitØ
d’Ømissiongamma,sectione(cid:30)cace,actinides,modŁlestatistique,distributiondespin,covariance.
Study of the surrogate method through the simultaneous measurement of the gamma-decay
and (cid:28)ssion-decay probabilities for the actinides 236U, 238U, 237Np and 238Np.
Abstract : Neutron-induced cross sections of short-lived nuclei are important in various (cid:28)elds
such as fundamental physics, astrophysics or nuclear energy. However, these cross sections are
often extremely di(cid:30)cult 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-livednuclei. Inordertostudythevalidityofthemethod,wehavemeasuredforthevery(cid:28)rst
time in a surrogate-reaction experiment simultaneously (cid:28)ssion 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 (cid:28)ssion fragments. The measurement was performed at the Oslo
cyclotron.
Ourresultsshowthatforagivenexcitationenergy,ourgamma-decayprobabilitiesareseveral
times higher than neutron-induced probabilities, which can be attributed to di(cid:27)erences in spin
distributionbetweenthetwotypesofreactions. Ontheotherhand,our(cid:28)ssionprobabilitiesarein
goodagreementwithneutron-induceddata. Statistical-modelcalculationsappliedwithstandard
parameters cannot reproduce the weak spin sensibility to variations of the angular momentum
observed for the (cid:28)ssion probabilities. However, it is possible to reproduce the experimental
observationsbyconsideringastrongerincreaseofthemomentofinertiaofthe(cid:28)ssionningnucleus
with deformation. Further theoretical e(cid:27)orts are needed to improve the understanding of our
results.
Keywords : surrogate-reaction method, transfer reactions, (cid:28)ssion probability, gamma-decay
probability, cross section, actinides, statistical-model, spin distribution, covariance.
iii
Remerciements
RØdiger la page des remerciements est souvent la derniŁre t(cid:226)che qu’il nous est menØe (cid:224)
faire, c’est pourtant la premiŁre (cid:224) laquelle nous devrions penser. C’est la partie la plus
libre qui soit mais non la plus aisØe. La thŁse est un projet de recherche di(cid:30)cile de 3
annØes au cours duquel s’encha(cid:238)nent les idØes, les avancØs mais aussi les di(cid:30)cultØs, ainsi
que toutes sortes d’Ømotions telles que la joie, la surprise, la dØception en passant par la
bonnevieilleroutine. Autermesdeces3ans, jepeuxØnoncerma(cid:28)ertØd’avoirparticiper
(cid:224) un tel projet et d’avoir pu en prØsenter les rØsultats qui n’auraient jamais pu Œtre ce
qu’ils sont sans l’implication de nombreuses personnes que je tiens (cid:224) citer, au risque de
ne pas parvenir (cid:224) remercier tous ceux qui le mØritent.
Dans l’idØal, et pour Œtre le plus honnŒte et sincŁre possible, il faudrait remercier (cid:224)
peu prŁs toutes les personnes que j’ai rencontrØes au cours de mes 3 annØes, puisque
chaque personne avec qui j’ai ØchangØ ont pu, d’une maniŁre ou d’une autre, d’une fa(cid:231)on
proche ou plus ou moins lointaine, participer (cid:224) la rØalisation et (cid:224) la rØussite de ce travail.
Je remercie donc tout ceux qui ont eu des Øchanges avec moi. J’accorderai maintenant
des remerciements plus particuliers (cid:224) ceux qui auront apportØ une aide ou un soutien
indispensabletoutaulongdemonparcours. JepenseØvidemmenttoutd’abord(cid:224)Beatriz,
ma directrice de thŁse, pour m’avoir tant aidØ tout au long de ces 3 annØes, pour m’avoir
accordØ ta con(cid:28)ance, pour n’avoir jamais doutØ de mon travail, et aussi pour avoir eu la
patience de rØpØter inlassablement certains concepts que je n’arrivais pas (cid:224) intØgrer (oui
certaines choses ne rentrent pas dØcidemment...). La qualitØ de ce travail n’aurait jamais
ØtØlamŒmesanstarigueurettapassionqui,jel’espŁrepourlemondedelarecherche,ne
te quitteront pas. Un grand merci aussi (cid:224) mon co-directeur de thŁse Olivier SØrot, pour
m’avoirpermisd’intØgrerleCEACadarachependant9mois,pØriodeaucoursdelaquelle
j’ai pris un rØel plaisir (cid:224) apprendre beaucoup de choses de tes discussions ØnoncØes avec
un calme et une sØnØritØ qui te caractØrisent si bien.
Aussij’ajouteraiuncocktailderemerciementsbrefsmaissincŁresendirectiond’Olivier
Litaize, pour son aide quasi-quotidienne, pour sa bonne humeur et son humour (partic-
ulier mais indØmodable); (cid:224) Olivier Bouland pour sa sympathie, nos nombreuses discus-
sions et pour son intØrŒt gØnØral sur ce sujet de thŁse; (cid:224) Gilles Noguere pour avoir passØ
quelques jours (cid:224) m’aider (cid:224) rØaliser des calculs de modŁle optique; aux deux secrØtaires
du LEPh qui se reconna(cid:238)tront pour leur insatiables bonne humeur (parfois trop) et leur
fous rires (souvent incomprØhensibles); (cid:224) Ludovic Mathieu pour toute son aide prØcieuse
qu’il dØpensa sans compter, mais Øgalement pour m’avoir fait prendre conscience que
malheureusement pour ce monde dans lequel nous vivons, il existe bel et bien des gens
gravement atteints par le geekage; (cid:224) GØrard pour ses rØguliers regards avisØs et expØri-
mentØs; (cid:224) Serge CzMachin pour le respect qu’il me porte depuis que je suis docteur; (cid:224)
Igor Tsekhanovic pour m’avoir informØ de l’existence de cette thŁse durant mon master
recherche; (cid:224) Mourad Aiche pour les longues heures (cid:224) dØbattre du pouvoir des banques
centrales et des dØlires des (cid:16)Øconoclastes(cid:17) et (cid:224) Paola Marini pour sa fraicheur et sa joie
de vivre qui font beaucoup de bien. Merci (cid:224) vous tous, je ne vous oublierai pas.
iv
(cid:16)La thØorie, c’est quand on sait tout et que rien ne fonctionne. La
pratique, c’est quand tout fonctionne et que personne ne sait
pourquoi. Ici, nous avons rØuni thØorie et pratique : rien ne
fonctionne... et personne ne sait pourquoi ! (cid:17)
Albert Einstein
v
Contents
A. Principe de la mØthode de substitution : aspects thØoriques 12
A.1. Principe et validitØ de la mØthode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
A.1.1. Les di(cid:27)Ørents mØcanismes de rØaction . . . . . . . . . . . . . . . . 12
A.1.2. HypothŁse du noyau composØ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
A.1.3. ModŁle statistique des rØactions (cid:224) noyaux composØ . . . . . . . . . 13
A.1.4. Limite Weisskopf-Ewing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
A.1.5. RØactions de substitution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
A.1.5.1. IntØrŒt de la mØthode de substitution . . . . . . . . . . . 16
A.1.5.2. Principe de la mØthode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
A.1.5.3. ValiditØ de la mØthode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
A.1.5.4. Distribution de spin des rØactions de transfert . . . . . . 19
A.2. Formation et dØsexcitation du noyau composØ . . . . . . . . . . . . . . . . 20
A.2.1. IngrØdients nØcessaires au calcul de la formation du noyau composØ 20
A.2.1.1. Principe du modŁle optique . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
A.2.1.2. ProcØdure de calcul . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
A.2.1.3. Calculsdelasectione(cid:30)cacedeformationdenoyaucomposØ 25
A.2.2. IngrØdients nØcessaires au calcul de la dØsexcitation du noyau com-
posØ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
A.2.2.1. ProbabilitØs de dØsexcitation . . . . . . . . . . . . . . . . 26
A.2.2.2. DensitØ de niveaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
A.2.2.3. DensitØ de niveaux totale . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
A.2.2.4. Distribution en spin-paritØ de la densitØ de niveaux . . . 32
A.2.2.5. Emission gamma et modŁle de fonction force gamma . . . 32
A.2.2.6. Emission neutron et calcul des coe(cid:30)cients de transmission 36
A.2.2.7. Fission et choix des paramŁtres de barriŁre . . . . . . . . 37
A.2.3. Calculs de rapports d’embranchement . . . . . . . . . . . . . . . . 38
A.2.3.1. Fission . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
A.2.3.2. Emission gamma . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
A.2.4. Exemple de sensibilitØ des ingrØdients avec le code FIFRELIN . . . 42
A.2.5. RØsumØ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
B. Etat de l’art des expØriences de substitution 45
B.1. Di(cid:30)cultØs liØes (cid:224) la mesure de probabilitØs de dØsexcitation . . . . . . . . 45
B.2. Commentaires sur la mØthode ratio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
B.3. Liste des principales mesures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
B.4. SØlection de rØsultats marquants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
vi
Contents
B.4.1. RØaction 232Th(3He,pf)234Pa↔ 233Pa(n,f) . . . . . . . . . . . . 48
B.4.1.1. Motivation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
B.4.1.2. RØsultats et interprØtation . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
B.4.2. RØaction 232Th(3He,pγ)234Pa↔ 233Pa(n,γ) . . . . . . . . . . . . 50
B.4.2.1. Motivation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
B.4.2.2. RØsultats et interprØtation . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
B.4.3. RØaction 243Am(3He,4Hef)242Am ↔ 241Am(n,f) . . . . . . . . . 51
B.4.3.1. Motivation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
B.4.3.2. RØsultats et interprØtation . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
B.4.4. RØaction 156Gd(p,p0γ)156Gd ↔ 155Gd(n,γ) . . . . . . . . . . . . . 53
B.4.4.1. Motivation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
B.4.4.2. RØsultats et interprØtation . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
B.4.5. RØaction 174Yb(3He,pγ)176Lu ↔ 175Lu(n,γ) . . . . . . . . . . . . 56
B.4.5.1. Motivation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
B.4.5.2. RØsultats et interprØtation . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
B.4.5.3. RØaction 232Th(d,pγ)233Th ↔ 232Th(n,γ) . . . . . . . . 58
B.4.5.4. Motivation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
B.4.5.5. RØsultats et interprØtation . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
B.5. Contexte et objectif de la thŁse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
C. Mesure expØrimentale d’Oslo 63
C.1. IntØrŒt et objectif de la mesure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
C.2. Dispositif expØrimental . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
C.2.1. Vue d’ensemble . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
C.2.2. Les faisceaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
C.2.3. DØtection des particules chargØes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
C.2.3.1. L’interaction particules chargØes-matiŁre . . . . . . . . . . 66
C.2.3.2. DØtection des particules lØgŁres par les tØlescopes SiRi . 66
C.2.3.3. DØtection des fragments de (cid:28)ssion . . . . . . . . . . . . . 71
C.2.4. DØtection des rayons gammas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
C.2.4.1. L’interaction photon-matiŁre . . . . . . . . . . . . . . . . 73
C.2.4.2. Scintillateurs inorganiques NaI . . . . . . . . . . . . . . . 74
C.2.5. Electronique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
C.3. RØsumØ des principales conditions expØrimentales . . . . . . . . . . . . . . 80
D. Analyse des donnØes 82
D.1. Analyse de la rØaction 238U(d,p) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
D.1.1. Calibration des tØlescopes SiRi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
D.1.1.1. Energie d’excitation du noyau composØ . . . . . . . . . . 82
D.1.1.2. SØlection des voies de rØaction . . . . . . . . . . . . . . . 84
D.1.1.3. Calibration avec une cible de plomb . . . . . . . . . . . . 85
D.1.1.4. Contaminants comme points de calibration . . . . . . . . 89
D.1.2. Obtention du spectre singles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
D.1.2.1. Spectre des Øjectiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
vii
Contents
D.1.2.2. Suppression des ØvŁnements issus de rØactions sur le sup-
port et les contaminants de la cible. . . . . . . . . . . . . 94
D.1.3. Obtention du spectre des co(cid:239)ncidences . . . . . . . . . . . . . . . . 96
D.1.3.1. Fission . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
D.1.3.2. Emission gamma . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
D.2. Analyse des rØactions (3He,d), (3He,t) et (3He,4He) . . . . . . . . . . . 113
D.2.1. SØlection des voies de rØaction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
D.2.2. La question de la calibration des SiRi . . . . . . . . . . . . . . . . 114
D.2.2.1. MØthode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
D.2.2.2. Le problŁme de (cid:16)l’e(cid:27)et levier(cid:17) . . . . . . . . . . . . . . . . 115
D.2.3. Corrections . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
D.2.3.1. Suppression des rØactions sur le support et les contami-
nants de la cible . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
D.2.3.2. Suppression des gammas parasites . . . . . . . . . . . . . 118
D.2.4. Obtention des spectres singles et de co(cid:239)ncidences . . . . . . . . . . 119
D.3. Calcul des e(cid:30)cacitØs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
D.3.1. E(cid:30)cacitØ de (cid:28)ssion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
D.3.1.1. DØ(cid:28)nition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
D.3.1.2. E(cid:30)cacitØ gØomØtrique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
D.3.1.3. Anisotropie des fragments de (cid:28)ssion . . . . . . . . . . . . 124
D.3.1.4. Incertitudes sur l’e(cid:30)cacitØ de (cid:28)ssion . . . . . . . . . . . . 127
D.3.2. E(cid:30)cacitØ de dØtection d’une cascade gamma . . . . . . . . . . . . . 127
D.3.2.1. La mØthode des fonctions de poids . . . . . . . . . . . . . 127
D.3.2.2. La mØthode EXEM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
D.3.3. Comparaison mØthode des fonctions de poids-EXEM . . . . . . . . 137
D.4. Analyse des incertitudes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
D.4.1. Expressions formelles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
D.4.2. Incertitude du terme de co(cid:239)ncidences gamma . . . . . . . . . . . . 141
D.4.3. DØtermination des termes de covariances . . . . . . . . . . . . . . . 141
D.4.3.1. DØ(cid:28)nition mathØmatique . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
D.4.3.2. Principe de dØtermination expØrimentale . . . . . . . . . 142
D.4.3.3. Liste des di(cid:27)Ørents termes de covariances . . . . . . . . . 142
D.4.3.4. RØsultats expØrimentaux des autres termes de covariances 144
D.4.4. Matrice de corrØlation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146
D.5. ProbabilitØs de dØsexcitation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147
D.5.1. In(cid:29)uencedelafenŒtreentempssurlaprobabilitØd’Ømissiongamma
147
D.5.2. ProbabilitØs d’Ømission gamma et de (cid:28)ssion . . . . . . . . . . . . . 148
D.5.2.1. 239U∗ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148
D.5.2.2. 239Np∗ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148
D.5.2.3. 238Np∗ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
D.5.2.4. 237U∗ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
viii
Contents
E. InterprØtation des rØsultats 159
E.1. ProbabilitØs neutroniques de rØfØrence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
E.2. RØaction 238U(d,p) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161
E.2.1. Comparaison entre les probabilitØs obtenues par rØaction de trans-
fert et induite par neutron . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161
E.2.1.1. RØactions de fusion-Øvaporation . . . . . . . . . . . . . . 163
E.2.1.2. PhØnomŁne du break-up du deuton. . . . . . . . . . . . . 165
E.2.1.3. Calculs de break-up du deuton . . . . . . . . . . . . . . . 167
E.2.1.4. ProbabilitØs de (cid:28)ssion et d’Ømission gamma corrigØes de
la contribution du break-up du deuton . . . . . . . . . . . 168
E.2.2. Calculs basØs sur le modŁle statistique . . . . . . . . . . . . . . . . 172
E.2.2.1. Calculs de dØsexcitation avec EVITA . . . . . . . . . . . 172
E.2.2.2. Extraction de la distribution de spin . . . . . . . . . . . 174
E.3. RØactions (3He,x) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180
E.3.1. RØaction 238U(3He,α) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181
E.3.1.1. Comparaison entre les probabilitØs obtenues par rØaction
de transfert et induite par neutron . . . . . . . . . . . . . 181
E.3.2. Calculs basØs sur le modŁle statistique . . . . . . . . . . . . . . . . 182
E.3.2.1. Calculs de dØsexcitation avec EVITA . . . . . . . . . . . 182
E.3.2.2. Extraction de la distribution de spin . . . . . . . . . . . 183
E.3.2.3. In(cid:29)uence du moment d’inertie . . . . . . . . . . . . . . . 188
E.3.2.4. Pourquoi la probabilitØ de (cid:28)ssion est peu sensible (cid:224) la
distribution de spin contrairement (cid:224) l’Ømission gamma ?
ElØments de rØponse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192
E.3.3. RØaction 238U(3He,t) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195
E.3.4. RØaction 238U(3He,d) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197
E.4. Conclusion : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200
ANNEXES 205
A-Tableau des rØactions 206
B-ParamŁtres utilisØs pour les calculs de modŁle optique 208
C-Principe de l’Ømission isotrope de particules dans l’espace 210
D-CinØmatique du break-up du deuton 213
ix
Introduction
Laconnaissancedessectionse(cid:30)cacesinduitesparneutrondesnoyauxdecourtedurØede
vie est essentielle dans plusieurs domaines tels la physique nuclØaire de maniŁre gØnØrale
(fondamentale ou appliquØe) et l’astrophysique. Ces sections e(cid:30)caces servent de donnØes
d’entrØeaussibienpourlamodØlisationdelanuclØosynthŁsedesØlØmentsstellairesviales
processus r et s [Rei14], que pour les simulations de rØacteurs nuclØaires. Les produits de
(cid:28)ssionetlesactinidesmineurssontlesdeuxcatØgoriesdenoyauxgØnØrØsparlesrØacteurs
qui produisent la majeure partie de la radiotoxicitØ de l’installation. En e(cid:27)et, bien que
ces dØchets reprØsentent un volume total de matiŁre nuclØaire prØsente dans un rØacteur
infØrieur (cid:224) 1%, ils sont responsables de plus de 95% de la radiotoxicitØ totale [Cea14].
L’utilisation de di(cid:27)Ørentes techniques sont envisagØes a(cid:28)n de limiter la gØnØration de
dØchŒts trŁs radiotoxiques dans les futures installations nuclØaires. Il y a tout d’abord la
transmutation des dØchets dont le principe est de transformer un noyau radioactif (cid:224) vie
longue en un noyau stable ou (cid:224) vie courte a(cid:28)n d’en rØduire la radiotoxicitØ sur le long
terme. Concernant les produits de (cid:28)ssion (cid:224) vie longue, le processus de transmutation se
rØalise par capture neutronique. Par contre la transmutation n’est pas adaptØe pour les
actinides mineurs (principalement Np,Cm et Am) puisque les noyaux formØs par capture
neutroniquedeviennentencoreplusradiotoxiques. UnesolutionproposØeseraitd’induire
la (cid:28)ssion par neutrons de ces noyaux : c’est ce qu’on appelle l’incinØration des actinides
mineurs. Les processus de transmutation et d’incinØration sont particuliŁrement bien
adaptØs(cid:224)la(cid:28)liŁrenuclØairede4ŁmegØnØration(rØacteurs(cid:224)neutronsrapides). Ledevenir
des dØchŒts nuclØaires dØpend donc des rØacteurs nuclØaires de 4Łme gØnØration dont le
fonctionnementreposeenpartiesurdescalculsneutroniquescomplexesquinØcessitentla
connaissance prØcise de sections e(cid:30)caces d’une grande variØtØ d’isotopes radioactifs pour
des Ønergies de neutron incident allant du domaine thermique jusqu’(cid:224) plusieurs MeV. Si
laconnaissancedecertainessectionse(cid:30)cacesneutroniquesdesnoyauxdecourtedurØede
vie est essentielle, leur mesure par voie induite par neutron s’avŁre trŁs dØlicate pour des
contraintes Øvidentes de sØcuritØ ou de fabrication de cibles. En raison de ces di(cid:30)cultØs,
les donnØes de sections e(cid:30)caces neutroniques de nombreux noyaux radioactifs prØsentent
aujourd’hui des Øcarts importants, ou sont pour certaines totalement inconnues.
Le travail gØnØral de cette thŁse relŁve de l’Øtude d’une mØthode de mesure alterna-
tive appelØe (cid:16)mØthode de substitution(cid:17) (surrogate reaction method). La mØthode de
substitution est une technique de dØtermination indirecte de sections e(cid:30)caces neutron-
iques (cid:224) travers la mesure de probabilitØs de dØsexcitation pour des rØactions impliquant
la formation d’un noyau composØ, c’est (cid:224) dire un noyau (cid:224) l’Øquilibre statistique. Le
principe de cette mØthode est de former, au moyen d’une rØaction alternative, le mŒme
noyau composØ d’intØrŒt que celui d’une rØaction induite par neutron. L’intØrŒt majeur
de la mØthode de substitution est de permettre l’Øtude de noyaux potentiellement trŁs
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