La fission  
     
 
La fission
Sections efficaces de fission
Nature des fragments et énergie libérée
 
     
  Nature des fragments de fission et énergie libérée  
     
 
Une étude ab initio des distributions de fragments de fission a été entreprise par le Groupe de structure nucléaire du Service de Physique Nucléaire de la Direction des Applications Militaires du CEA. L'objectif est de connaître, entre autres résultats, les taux de production des produits de fission.
 
     
 
Dans la fission binaire de basse énergie qui nous intéresse actuellement, la fission apparaît comme un processus lent, qui peut être schématisé comme un noyau qui s'allonge et se déforme de façon symétrique ou asymétrique pour se séparer, en fin de compte, en deux fragments de même masse ou de masses différentes en un gros fragment et un petit fragment. La connaissance de la masse des fragments de fission représente "les distributions en masse des fragments de fission".
 
     
 
Dans l'approche utilisée, le noyau est décrit dans un plan fonction de son élongation et de son asymétrie. Notons que l'ensemble des points « exits », positions où le système se casse en deux fragments, constitue ce que l'on appelle communément la ligne de scission.
 
     
 
 
Pour chaque couple de déformations (élongation,asymétrie), l'énergie du système est déterminée et la fission résulte de l'évolution temporelle d'un paquet d'onde dans la surface d'énergie potentielle ainsi obtenue. Les distributions en masse sont calculées à partir du flux de la fonction d'onde collective à travers la ligne de scission.
   
 
La surface d'énergie potentielle est calculée à l'aide de la méthode de champ moyen de Hartree-Fock-Bogoliubov où le seul ingrédient des calculs est la force d'interaction entre deux nucléons la force effective D1S développée par D. Gogny. L'exemple fourni ci-contre, montre la surface d'énergie potentielle obtenue pour le noyau d'238U en fonction des variables élongation-asymétrie.
  Surface d'énergie potentielle de l'238U
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L'évolution temporelle est réalisée à l'aide de la méthode de la coordonnée génératrice dépendante du temps. Grâce à l'approximation de recouvrement gaussien, l'équation à résoudre est une équation de type Schrödinger à deux dimensions, où les paramètres d'inertie dépendent des déformations. Le principal avantage de cette méthode est le fait que le Hamiltonien collectif qui gouverne l'évolution temporelle est complètement déterminé par les calculs microscopiques et ne contient pas de paramètres ajustables.
 
     
 
La première application de cette méthode est consacrée à la distribution en masse des fragments de fission de basse énergie de l'238U, noyau largement étudié expérimentalement, où des comparaisons théorie-expérience permettent de tester la méthode. Les résultats obtenus sont montrés sur la figure ci-contre et comparés aux données évaluées. Nous notons que l'accord théorie-expérience est satisfaisant même si la fission très asymétrique est un peu sous-estimée. Dans un futur proche, nous allons nous attacher à décrire les distributions en charge et les énergies cinétiques des fragments de fission de ce système. De plus, d'autres systèmes plus exotiques pour lesquels de récentes expériences ont mis en évidence des distributions en masse à trois bosses vont être étudiés.
 
Distribution en masse des fragments de fission  
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  Modèle statistique de point de scission bas&ecute; sur des ingrédients microscopiques  
     
 
Parallèlement, un autre projet permettant de calculer les distributions en masse et en charge des fragments de fission est conduit dans le Groupe Modélisation et Evaluation des Données du Service de Physique Nucléaire de la Direction des Applications Militaires du CEA. Le but de cette étude est de produire de façon systématique les courbes de distribution en masse, en excluant tout paramètre phénoménologique, dans le cadre d'un modèle statistique simple. Ces distributions en masse, non ajustées sur des données expérimentales, pourront ultérieurement être utilisées dans les codes de calcul des multiplicités des neutrons prompts de fission, ainsi dans ceux du calcul de leur spectre, qui sont fondamentaux pour la prédiction des réactions nucléaires en chaîne.
 
     
 
L'hypothèse forte du modèle utilisé, dit modèle statique de point de scission, est de considérer qu'on peut calculer les distributions des fragments de fission à partir d'un seul point de l'évolution temporelle du système fissionnant, appelé point de scission. L’ "histoire" du système est alors simulée par l’hypothèse d'équilibre entre les degrés de liberté du système, qui suppose que le processus de fission est suffisamment lent pour qu’un équilibre thermodynamique soit atteint au moment où la répartition des nucléons entre chaque fragment est décidée. Au point de scission, le système fissionnant a une probabilité égale de se trouver dans chaque état quantique accessible sous les contraintes du système et donc, le rendement d’une paire de fragments donnée ne dépend que de la densité d’états quantiques.
 
     
 
La définition du point de scission est une donnée essentielle du modèle : nous choisissons de le déterminer à partir des informations obtenues sur le point "exit" dans la description dynamique totalement microscopique présentée ci-dessus. L’énergie disponible au point de scission est évaluée au moyen de potentiels microscopiques obtenus à partir d’un calcul Hartree-Fock-Bogoliubov avec la force D1S de Gogny et nous utilisons pour la densité d’états une formule de Modèle Superfluide Généralisé.
 
 
Distribution en masse et charge du 226Th.
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Les surfaces de distributions de fragments en masse et en charge (figure ci-dessus), permettent notamment de reproduire correctement l’évolution qualitative du rapport fission asymétrique/fission symétrique pour les différents isotopes d’actinides et à différentes énergies d’excitation, comparativement aux résultats expérimentaux (Résultats préliminaires) (figure ci-contre).
 
L'utilisation d’un modèle statique, de part sa rapidité en termes de temps de calcul, permet d’étudier facilement les rendements de fragments pour différents noyaux pères ou différentes énergies d'excitation, rendant ainsi possible des études systématiques.
Evolution de la compétition entre la fission symétrique et asymétrique pour les isotopes du thorium de A=222 à A=228 : comparaison entre résultats du calcul (en noir) et l'expérience (en bleu).
 
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  Consultez les expériences associées : la fission à Los Alamos
 
   
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