Inverse kinematics technique for the study of fission-fragment isotopic yields at GANIL energies

Technique de la cinématique inverse pour l'étude des rendements isotopiques des fragments de fission aux énergies GANIL

O. Delaune (1)

1 GANIL - Grand Accélérateur National d'Ions Lourds

The characteristics of the fission-products distributions result of dynamical and quantum properties of the deformation process of the fissioning nucleus. These distributions have also an interest for the conception of new nuclear power plants or for the transmutation of the nuclear wastes. Up to now, our understanding of the nuclear fission remains restricted because of experimental limitations. In particular, yields of the heavy fission products are difficult to get with precision. In this work, an innovative experimental technique is presented. It is based on the use of inverse kinematics coupled to the use of a spectrometer, in which a 238U beam at 6 or 24 A MeV impinges on light targets. Several actinides, from 238U to 250Cf, are produced by transfer or fusion reactions, with an excitation energy ranges from ten to few hundreds MeV depending on the reaction and the beam energy. The fission fragments of these actinides are detected by the VAMOS spectrometer or the LISE separator. The isotopic yields of fission products are completely measured for different fissioning systems. The neutron excess of the fragments is used to characterise the isotopic distributions. Its evolution with excitation energy gives important insights on the mechanisms of the compound-nucleus formation and its deexcitation. Neutron excess is also used to determine the multiplicity of neutrons evaporated by the fragments. The role of the proton and neutron shell effects into the formation of fission fragments is also discussed.

Les caractéristiques des distributions des produits de fission sont le résultat des propriétés dynamiques et quantiques du processus de déformation du noyau fissionnant. Ces distributions représentent également un intérêt pour la conception de nouveaux réacteurs nucléaires ou pour l'incinération de déchets radioactifs. Jusqu'à présent, notre compréhension de la fission nucléaire reste limitée du fait de restrictions expérimentales. En particulier, les rendements des produits de fission lourds sont difficiles à obtenir avec précision. Dans cette thèse, une technique expérimentale innovante est présentée. Elle repose sur l'utilisation de la cinématique inverse couplée à l'usage d'un spectromètre, dans laquelle un faisceau d'238U à 6 ou 24 A MeV est envoyé sur des cibles légères. Différents actinides, de l'238U au 250Cf, sont produits par réactions de transfert ou de fusion, avec des énergies d'excitation allant d'une dizaine à quelques centaines de MeV selon la réaction et l'énergie du faisceau. Les fragments issus de la fission de ces actinides sont détectés par le spectromètre VAMOS ou le séparateur LISE. Les rendements isotopiques des produits de fission sont entièrement mesurés pour différents systèmes fissionnants. L'excès de neutrons des fragments est utilisé pour caractériser les distributions isotopiques. Son évolution avec l'énergie d'excitation nous procure des informations probantes sur le mécanisme de formation du noyau composé et sa désexcitation. L'excès de neutrons nous renseigne également sur le nombre de neutrons évaporés par les fragments. Le rôle des effets de couches proton et neutron dans la formation des fragments de fission est également discuté.

Mots clés: nuclear fission; nuclear reactions; spectrometer; actinide elements; substitution reaction

Mots clés: fission nucléaire; réactions nucléaires; spectromètres; actinides; réactions de substitution

Domaines: Physique Nucléaire Expérimentale [nucl-ex]

O. Delaune. Technique de la cinématique inverse pour l'étude des rendements isotopiques des fragments de fission aux énergies GANIL. Physique Nucléaire Expérimentale [nucl-ex]. Université de Caen, 2012. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00757425⟩