Les réactions nucléaires  
     
   
     
  Les modèles de réactions nucléaires  
     
 
Il y a beaucoup de réactions nucléaires possibles quand on envoie un projectile sur un noyau cible. Les probabilités de réactions (ou sections efficaces) dépendent de la nature et de l'énergie du projectile. La modélisation des réactions nucléaires reste donc complexe, malgré plus de cinquante années d'efforts, et ne cesse de progresser par des améliorations régulières des théories. Au CEA, on s'intéresse particulièrement aux réactions impliquant des neutrons, soit comme projectile, soit comme particule émise lors d'une réaction.
  
     
 
Envoyons un neutron sur un noyau.
  
     
 
 
Si le neutron sortant a la même énergie que le neutron projectile, on aura affaire à la réaction appelée diffusion élastique. L'énergie du neutron "émis" sera alors maximum. Le neutron peut aussi diffuser sur des états discrets du noyau cible qui vont générer autant de pics à haute énergie d'émission que d'états accessibles. On parle, dans ce cas, d'interaction directe et on utilise le modèle optique pour la décrire.
Le neutron peut aussi être absorbé par le noyau cible. Le noyau résultant de cette réaction peut être excité et tendre à se désexciter en émettant des particules. Ces particules auront une énergie d'émission faible. On observe un spectre d'évaporation qui est décrit avec le modèle du noyau composé. Alors que les réactions directes correspondent à des processus rapides, l'évaporation correspond à un processus lent durant lequel le système (cible + projectile) a le temps de s'équilibrer pour former un noyau composé.
Entre ces deux cas extrêmes existe une zone de recouvrement décrite par le modèle de pré-équilibre si l'énergie du projectile est inférieure a 200 MeV et par le modèle de cascade intra-nucléaire pour de plus hautes énergies.
Spectres d'émissions typique dans une réaction nucléaire. Les zones ou dominent les différents modèles utilisés pour décrire une réaction nucléaire sont indiquées.
 
 
 
     
 
Le calcul des sections efficaces nécessite d'enchaîner ces trois modèles afin de traiter de manière cohérente l'ensemble des voies ouvertes. Comme on le voit sur la figure ci-dessous, on utilise d'abord le modèle du potentiel optique qui permet de séparer les composantes de réactions directes par opposition aux processus où la particule incidente est absorbée par la cible (section efficace de réaction). Le potentiel optique fournit en outre des coefficients de transmission au modèle du noyau composé.
  
     
 
La section efficace de réaction est ensuite traitée par le modèle de pré-équilibre qui opère une deuxième séparation en décrivant les émissions rapides ayant lieu avant que le système n'atteigne une situation d'équilibre. Finalement, seule une fraction de la section efficace de réaction permet de former un noyau composé dont la décroissance va être décrite par le modèle du même nom. Comme indiqué sur le schéma ci-contre, tous les modèles alimentent directement les voies de sorties classiques. Seule la voie de fission est décrite exclusivement par le modèle du noyau composé.
  
Enchainement des modèles
 
 
 
     
 
Pour traiter tous ces modèles, des codes informatiques sont utilisés. Dans notre cas il s'agit du code TALYS, développé en collaboration avec le laboratoire NRG de Petten aux Pays-Bas qui permet de décrire les réactions nucléaires induites par des projectiles d'énergie inférieure à 200 MeV. Au delà de cette limite, le code de cascade intranucléaire BRIC est utilisé.
  
     
 
Lorsque le nombre de nucléons de la cible est petit, les modèles décrits précédemment s'appliquent mal. Il est alors préférable et même conseillé d'utiliser des approches exactes qui décrivent explicitement tous les nucléons en interaction.
  
     
 
  Consultez les expériences associées : Carmen au CEA/DAM Île-de-France