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Auprès des lasers
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Excitation
nucléaire par NEET dans un plasma |
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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. |
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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. |
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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. |
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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. |
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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.
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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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