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  Excitation nucléaire par NEET dans un plasma  
     
 
L’effet NEET (Nuclear Excitation by Electronic Transition) est un processus au cours duquel la transition électronique entre deux sous-couches liées de l’atome permet de porter le noyau dans un état excité. Cela implique que les énergies de transition électronique et d’excitation nucléaire soient très proches et que les règles de sélections quantiques (spin et parité) soient vérifiées. L’exigence énergétique limite fortement le nombre de candidats possibles mais le caractère résonant du phénomène laisse entrevoir des taux de transition plus élevés que par les autres processus électromagnétiques d’excitation nucléaire.
  
     
 
 
Nous avons développé un modèle complet et original du NEET dans un plasma dense à l'équilibre thermodynamique. Nous l'avons appliqué au noyau d'235U qui possède un état excité, à 76.8 eV, qui décroît vers son état fondamental par transition octupolaire électrique avec une période de 26.8 minutes. La grande dispersion en densité et température d’un plasma généré par un tir laser permet de réunir, en certains endroits et à certains instants, les conditions requises car l’énergie de liaison et le nombre d’électrons présents sur une couche atomique dépendent directement de ces paramètres thermodynamiques.
  Taux d'excitation par NEET de l'235U dans un plasma
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Ces calculs, effectués en collaboration avec le LLNL (Lawrence Livermore National Laboratory), utilisent une description précise du couplage atome-noyau à partir de la théorie quantique des perturbations dépendantes du temps. On obtient l’évolution temporelle de la probabilité microscopique NEET, en fonction des caractéristiques atomiques rencontrées dans le plasma. De cette expression, en régime d’Equilibre Thermodynamique Local (ETL), nous déduisons un taux d’excitation et de désexcitation nucléaire par transition électronique entre couches liées de l’atome.
 
     
 
Un laser de puissance (de type Omega du laboratoire de Rochester, Etats-Unis, ou LIL et futur LMJ au CEA/CESTA), de flux voisin de 1014 W/cm2, permet de maintenir, pendant quelques nanosecondes, une zone de plasma dense à l'équilibre thermodynamique local. Avec une température de 100 eV, les conditions de résonances NEET sont atteintes entre les deux sous-couches P2 et P5. Cependant, compte tenu de la très faible valeur de l’élément de matrice de couplage atome-noyau (10-18 eV2), le taux d’excitation NEET, dans les meilleures conditions ne dépasse pas quelques 10-4 s-1.
 
     
 
Ce résultat est en accord avec une expérience, réalisée en 1999 auprès du laser Phébus du CEA/Limeil-Valenton, dans des conditions voisines. Cette expérience consistait à envoyer un faisceau laser 1ω, de 3.5 ns de largeur à mi-hauteur, de 300 Joules d’énergie et de tache focale de 2.8 et 1 mm, produisant une intensité respectivement de 1012 et 1013 W/cm2, sur une cible de 235U. Le plasma produit était récupéré sur un collecteur puis mécaniquement placé devant un détecteur d’électrons pour mesurer la décroissance des isomères créés et un détecteur silicium pour compter les particules α issues des impuretés de la cible (présence de 234U émetteur α). L’expérience Phébus nous a permis de déterminer une limite supérieure pour le taux NEET sur l’uranium 235 : 4.1 10-4 et 2.7 10-4 s-1 pour les intensités laser respectivement de 1012 et 1013 W/cm2.
 
  Principe de la détection sur Phebus
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Plus récemment, une nouvelle mesure a été réalisée à Bordeaux avec un laser YAG délivrant une énergie de 1 Joule, une largeur de 5 ns et une intensité de 1013 W/cm2. Une limite supérieure sur le taux NEET de l’235U a été trouvée, dans ces conditions, à 6. 10-6 par atome et par seconde.
  
     
 
Nous avons donc recherché de nouveaux candidats, dont l’isomère est de faible énergie et qui décroît vers son état fondamental par transition favorable (E1, E2 et/ou M1), afin de pouvoir clairement mesurer le processus et ainsi le confronter directement avec nos prédictions théoriques. Nous avons ainsi sélectionné trois noyaux prometteurs : le 193Pt, le 205Pb et le 201Hg. Notre choix s’est finalement porté sur le 201Hg, seul candidat à posséder un noyau fondamental stable. Sur un plan théorique, le domaine hydrodynamique où le phénomène est susceptible de se produire correspond à une zone hors ETL. Nous avons donc été amenés à prendre un modèle de physique atomique adéquat et une approche multi configurations, par opposition au modèle d’atome moyen suffisant à l’ETL. Les résultats théoriques laissent entrevoir des taux NEET de quelques 103 s-1 rendant accessible une mise en évidence expérimentale.
  
     
 
Noyau 193Pt 201Hg 205Pb
Temps de vie du fondamental 1/2- 50 ans 3/2- Stable 5/2- 1.53 107 ans
Temps de vie de l'isomère 3/2- 9.7 ns 1/2- 50 ns 1/2- 24.2µs
Energie d'excitation 1.642 keV 1.556 keV 2.329 keV
Transition M1 M1+E2 E2
 
     
 
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