CEA - DAM - Physique Nucléaire

Table des noyaux

Près de 7 000 noyaux calculés ab initio par les théoriciens du CEA/DAM. Ces graphiques présentent des calculs de structure nucléaire en assimilant le noyau à un ellipsoïde de révolution.

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Le Département de Physique Théorique et Appliquée de la Direction des Applications Militaires du CEA contribue à l’amélioration des connaissances scientifiques se rapportant aux armes nucléaires et à la simulation. Son Service de Physique Nucléaire rassemble des équipes de physiciens, théoriciens et expérimentateurs, héritiers d’une longue tradition d’excellence de la France dans ce domaine. Ceux-ci collaborent étroitement avec la communauté scientifique internationale et publient régulièrement leurs résultats. Ce site est entièrement consacré à leurs travaux.

Fission du mercure
Une équipe de physiciens de l'Irfu (Direction des sciences de la matière, Saclay) et du Service de physique nucléaire (Département de physique théorique et appliquée) a réussi à expliquer, dans un même cadre théorique, la fission asymétrique des actinides et la transition entre fission asymétrique et symétrique des isotopes du mercure. Ils ont développé un modèle théorique, appelé Spy (Scission Point Yields), permettant de prédire les caractéristiques des noyaux issus de la fission (les fragments de fission). L'étude a montré que, malgré la complexité de l'évolution dynamique du noyau fissionnant, une analyse microscopique du point de scission, c'est-à-dire de la configuration où les deux fragments viennent de se former, est capable de rendre compte du caractère symétrique ou asymétrique du partage de masse entre les deux fragments. Ces travaux ont fait l'objet d'un article publié dans Physical Review C.

Un article de référence pour les données nucléaires
Le journal European Physical Journal A - Hadron and Nuclei, a publié un article de revue sur les études menées à la DAM dans le domaine des données nucléaires. Cet article est une adaptation en anglais et dans un journal à comité de lecture, du n° 40 de Chocs consacré aux données nucléaires. Cette publication, à laquelle ont contribué des physiciens du CEA, DAM, DIF et du CEA Valduc, participe au rayonnement scientifique ainsi qu'à la crédibilité des programmes de la DAM, et constitue une référence ouverte dans le domaine.

Mesure de masses et halo nucléaire
Certains noyaux légers riches possèdent un halo de neutrons, évoluant à grande distance du coeur du noyau et faiblement liés. Cette faible liaison se traduit par des masses nucléaires plus faibles que celles des noyaux sans halo. La mesure de ces masses permet de déterminer expérimentalement la présence d'un halo. Une telle expérience a été réalisée au Ganil, à Caen, par une équipe du Département de physique théorique et appliquée et de la Direction des sciences de la matière. Elle montre, après comparaison avec des mesures antérieures dans la même région de masse, la présence de halo neutronique pour le Carbone 22 et le Néon 31, qui sont à ce jour les noyaux les plus lourds présentant un halo de neutrons. Ces résultats ont fait l'objet d'une publication dans la revue Physical Review Letters.

SOFIA : une première expérimentale dans le domaine de la fission
Une équipe du Département de physique théorique et appliquée a mené à bien l'expérience SOFIA (Studies on fission with Aladin) à Darmstadt (Allemagne) courant août. Elle consiste en la détermination simultanée, avec une grande précision, des paramètres fondamentaux du phénomène de fission (masse, charge, énergie cinétique) des deux fragments de fission pour une quinzaine de noyaux fissionnant (du radon 200 au neptunium 238). L'analyse des données permettra d'extraire des informations uniques sur les propriétés de la fission nucléaire de ces noyaux, utiles à la compréhension fondamentale du phénomène et de ses applications. Cette expérience est le résultat d'une collaboration de quatre ans avec la Direction de l'énergie nucléaire du CEA, GSI de Darmstadt, le CENBG de Bordeaux, l'IPN d'Orsay et les universités de Saint Jacques de Compostelle et de Vigo (Espagne), et de Chalmers (Suède).

Le noyau atomique : du liquide quantique à la molécule
Si les noyaux atomiques sont généralement décrits comme un liquide quantique, expliquant par exemple les propriétés de fission, les systèmes légers peuvent parfois se comporter comme des molécules femtométriques composées d'agrégats de protons et de neutrons. Pour la première fois, une collaboration entre le département de physique nucléaire et appliquée, l'Institut de physique nucléaire d'Orsay et l'Université de Zagreb a permis la découverte d'une condition nécessaire à la formation d'agrégats de nucléons dans les noyaux atomiques ainsi que l'interprétation de ces comportements moléculaires comme un phénomène de transition entre un état de type liquide quantique et un état de type cristal. Cette découverte a fait l'objet d'un article dans la revue Nature.

Vers une meilleure compréhension des expériences de substitution
Les méthodes de réactions de substitution ont été imaginées pour contourner la difficulté de mesurer des données neutroniques sur des noyaux instables. Dans une expérience de substitution, le dispositif habituel d'un faisceau de neutrons sur cible est remplacé par une réaction équivalente induite par des particules chargées. Ce type de substitution soulève des questions d'interprétation et de validité des sections efficaces neutroniques équivalentes. Deux nouvelles publications du Département physique théorique et appliquée, l'une théorique (Physical Review C) et l'autre expérimentale (Physics Letters B), permettent de délimiter clairement le périmètre de validité de ces méthodes et de comprendre les causes des succès et des échecs rencontrés par les utilisateurs.

Le souffre dans tous ses états
L'émergence récente de faisceaux radioactifs intenses élargit l'étude expérimentale de la structure nucléaire aux noyaux exotiques de très courte durée de vie. Une collaboration internationale, menée par le Département physique théorique et appliquée, a utilisé la nouvelle installation japonaise du Riken Nishina Center (Tokyo) pour sonder la structure du ⁴³S, un noyau radioactif ayant 7 neutrons de plus que le dernier isotope stable de soufre. Cette expérience, qui consistait à mesurer la distribution de charges du ⁴³S, a mesuré un premier état excité quasi-sphérique alors que l'état fondamental serait bien déformé. Ces résultats, confortés par les calculs théoriques réalisés au sein du Département, mettent en évidence le phénomène de coexistence de forme dans le ⁴³S et font l'objet d'une publication dans le revue Physical Review Letters.

Des particules et des trous dans le silicium
Une approche multi-configurationnelle basée sur un mélange de configurations de type « particules-trous » a été mise en œuvre par le Dépatement de physique théorique et appliquée pour décrire la spectroscopie de basse énergie des isotopes pairs-pairs du silicium. Les résultats obtenus montrent la pertinence ainsi que la précision de ce formalisme pour la description théorique de la structure nucléaire, tout en soulignant la nécessité d'étendre l'interaction nucléon-nucléon de Gogny. Ce travail a donné lieu à une publication dans Physical Review C..

Un nouveau détecteur pour la fission
Un nouveau type de détecteur fission a été mis au point conjointement par le Département de physique théorique et appliquée et le Département analyse, surveillance environnement en utilisant une technique classique d'extraction liquide-liquide, pour mettre en solution un actinide dans un scintillateur organique liquide. Ce détecteur permettra, entre autres, l'étude de la fission induite par neutrons. La très grande efficacité de détection (pertes de comptages inférieures à 10^-4 %) permettra notamment de réaliser des mesures de sections efficaces de grande précision sur actinides. Ce travail a fait l'objet d'une publication en 2011 dans la revue Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A.

Une description microscopique de la fission
La description théorique du phénomène de la fission a franchi une nouvelle étape avec la publication dans la revue Physical Review C d'un article décrivant un formalisme microscopique prenant en compte le couplage entre les excitations intrinsèques et collectives dans la fission. Cette étude, réalisée dans le cadre d'une thèse et en collaboration avec le Ganil (Caen) et LANL (Los Alamos National Lab), étend significativement l'approche utilisée depuis plusieurs années à la DAM pour décrire théoriquement la dynamique de la fission..

Sommaire du numéro 40 du magazine CHOCS consacré aux Données Nucléaires.