New findings on the onset of thermal disassembly in spallation reactions
Résumé
L'investigation des voies de décroissance d'un noyau excité au-dessus de l'énergie de liaison est l'un des grands sujets de recherche de la physique nucléaire. A partir des années quatre-vingt, la présence d'autres voies de décroissance que la fission et l'évaporation des résidus a été prédite et mise en évidence dans des systèmes nucléaires très excités. Ces voies ont été décrites comme l'explosion du noyau chaud et la dilution en de nombreux fragments, formés simultanément, dans des situations de coexistence de phases liquide et gazeuse de la matière nucléaire. Plusieurs types de collisions ont été étudiés pour induire l'excitation nécessaire à la désintégration du noyau et pour mettre en évidence les propriétés déterminantes de ce processus. Un cas particulier intéressant est celui de la "multifragmentation thermique", le processus de cassure multiple d'un noyau chaud quand l'excitation est quasiment purement thermique, c'est à dire que les effets dynamiques comme la compression (caractéristiques des collisions d'ions lourds à l'énergie de Fermi) sont négligeables. Les réactions particulièrement adaptées sont les collisions induites par les protons. Au cours des dernières années, un large programme expérimental conduit au FRS (Fragment separator, GSI, Darmstadt) focalisé sur l'étude des propriétés fondamentales des résidus de spallation et fragmentation a abouti à l'étude des systèmes $^(56)Fe +p, ^(56)Fe + ^(nat)Ti, ^(136)Xe + p, ^(136)Xe + ^(nat)Ti$ à 1 A GeV. Pour les quatre systèmes, la cinématique inverse nous a permis d'observer toutes les particules sans aucun seuil en énergie. La forme complexe du spectre en vitesse permet d'identifier des différents canaux de désexcitation et manifeste clairement la transition d'un processus en prévalence chaotique (nuage gaussien dans l'espace des vitesses) vers un processus dominé directement par la répulsion columbienne, ou éventuellement par l'expansion (couche sphérique dans l'espace des vitesses). En nous concentrant sur les systèmes $^(56)Fe + p, ^(136)Xe + p$, différentes descriptions possibles du processus de réaction sont discutées, basées soit sur la fission asymétrique ou sur la multifragmentation, caractérisée par des cassures rapides très asymétriques. Une discussion est dédiée explicitement à décrire comment, et sur la base de quelles hypothèses, il a été possible d'extraire des sections efficaces invariantes à partir des mesures inclusives. L'outil mathématique développé à ce propos constitue un nouveau concept dans les expériences au FRS et il établit un lien avec d'autres types de données expérimentales, comme celles obtenues dans des mesures exclusives.Une discussion particulière est étendue à d'autres aspects, comme la dépendance en température de la composition isotopique des résidus et le ré-établissement des caractéristiques de la structure nucléaire dans la production isotopique. Ces recherches s'inscrivent dans le programme de l'aval du cycle électronucléaire, et de nombreuses applications comme la conception des cibles de spallation pour des réacteurs hybrides dédiés à la production d'énergie ainsi qu'à l'incinération des actinides peuvent en profiter. En particulier nous avons mis en évidence que les effets de l'introduction de l'étape de la multifragmentation dans un modèle de spallation peuvent jouer un rôle important pour des énergies incidentes autour de 1 A GeV, et améliorer notablement la reproduction des données expérimentales tant pour la production isotopique que pour la description de la cinématique d'émission des fragments légers.Cette étude est ainsi essentielle pour progresser dans l'étude fondamentale des phénomènes astrophysiques, comme la nucléosynthèse et les propriétés de la matière dans des étoiles à neutrons.
NIL