Auprès des réacteurs  
     
 
Diffusion super-élastique de neutrons sur l'isomère du lutécium 177
Diffusion inélastique de neutrons sur l'uranium 235
 
     
  Diffusion inélastique de neutrons sur l'uranium 235  
     
 
Les isomères nucléaires sont des états excités dont la structure particulière induit un ralentissement de la désexcitation vers l'état fondamental. Les réactions nucléaires qui se produisent sur un noyau isomérique peuvent avoir des sections efficaces très différentes de celles sur le même noyau dans son état fondamental. Si ce noyau est fabriqué au cours d'une chaine de réactions nucléaires, comme dans une étoile ou dans un réacteur nucléaire, les noyaux produits en fin de chaine pourraient être présents en quantités différentes selon que le noyau intermédiaire a réagi dans son état fondamental ou dans un état isomérique.
 
     
 
Actuellement, très peu de données existent sur les réactions sur des états isomériques. Dans la plupart des cas, on fait l'hypothèse que la probabilité de réaction sur un isomère est la même que sur l’état fondamental, et on ne tient compte que des effets de spin et de parité. Des données plus précises, couplées à une bonne modélisation, sont nécessaires pour obtenir une meilleure compréhension fondamentale du processus de réaction.
 
     
 
Un exemple de noyau possédant un état isomère est l'uranium 235. Cet isomère possède une énergie d'excitation très faible de 76.8 eV et une durée de vie d'environ 27 minutes. Cette expérience a pour objectif de mesurer la section efficace de formation de cet état isomère à partir de l'état fondamental, par diffusion inélastique de neutrons de fission. Cette section efficace est pour l'instant inconnue. Elle a été évaluée dans le Service de Physique Nucléaire à environ 1 barn dans un spectre de neutrons de fissions. Le principe de l'expérience consiste à préparer des échantillons d'uranium dont les masses sont d'environ 10 micro-gramme, à les irradier dans un réacteur pulsé, et enfin à compter le nombre d'électrons émis par le dépôt.
 
Décroissance des 235mU détectés
 
 
 
     
 
 
L'isomère de l'uranium 235 est complètement atypique puisque son énergie d'excitation n'est que de 76,8 eV. Cette énergie est trop basse pour qu'il puisse émettre des rayonnements gamma. Ainsi il décroît par conversion interne, c’est-à-dire par éjection d'un électron du cortège électronique. On utilise un détecteur d’électrons composé d'un déviateur électrostatique, qui ne dévie que les électrons de très basse énergie et d'un compteur d'électrons baptisé channeltron. L'énergie de ces électrons est si faible que leur libre parcours moyen dans le dépôt n’est que de 10 angstrœms. Cela complique singulièrement leur détection car ils interagissent beaucoup avec le dépôt d'uranium et sont même sensibles à l'état de surface. Ainsi, leur énergie est imprévisible et la seule signature de cet isomère est sa période qui vaut environ 27 minutes. Une deuxième conséquence est que l’efficacité de détection associée aux dépôts n’est pas du tout reproductible.
 
Détecteur d'électrons Channeltron
 
 
     
 
L’étape clé de l’expérience est la mesure de l’efficacité de détection pour chaque dépôt. Lors de la préparation du dépôt, on y ajoute une quantité connue d'isomère de l'uranium 235. Ces isomères sont obtenus à partir d'une source mère de plutonium 239 qui par décroissance alpha forme à 100% cet isomère. Un comptage des électrons émis permet alors de mesurer la fraction des électrons détectés, c’est-à-dire l’efficacité de détection.
 
     
 
L'irradiation des dépôts d'uranium est faite dans le réacteur CALIBAN implanté sur le centre CEA/DAM de Valduc. C'est un assemblage critique d'uranium 235 très enrichi. Les échantillons sont disposés dans une cavité au centre de ce massif. Le réacteur fonctionne en mode pulsé mono-coup et délivre une fluence neutron de l'ordre de 3.1014 neutron/cm2, sur une durée d’environ 60 micro-secondes. Les échantillons sont récupérés environ une demi-heure après le tir puis mis en place dans le détecteur d’électrons. La quantité d’isomères formée lors du tir est alors déterminée grâce à la décroissance temporelle de l’isomère et la section efficace peut être déduite de cette mesure.
 
     
 
  Consultez le thème de recherche correspondant : l'isomérie
 
   
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