Etude des fragments de fission au point de scission avec le modèle SPY

par Jean-François Lemaître (Lemaître)

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Jean-Luc Sida.

Le président du jury était Elias Khan.

Le jury était composé de Jean-Luc Sida, Elias Khan, Beatriz Jurado, Arjan Plompen, Dominique Durand, Olivier Sérot.

Les rapporteurs étaient Beatriz Jurado, Arjan Plompen.


  • Résumé

    Bien que découverte il y a 75 ans, la fission nucléaire fait toujours l'objet de recherches. En effet, la compréhension de ce phénomène présente encore des difficultés théoriques dues à sa complexité. Cela nécessite une bonne compréhension de la structure du noyau de l'atome ainsi qu'une description détaillée du mécanisme pilotant l'évolution du système fissionnant.Un nouveau modèle statistique, appelé SPY (Scission Point Yields), a été développé pour déterminer les caractéristiques des fragments (rendements de fission, énergie cinétique, énergie d¹excitation). Ce modèle est basé sur le modèle de Wilkins développé en 1976. Il consiste en une description statistique du processus de fission au point de scission où les fragments sont complètement définis. L'une des principales avancées du modèle SPY est l'introduction de la description microscopique de la structure nucléaire dans le calcul de l'énergie du système à la scission.Il permet d'étudier la relation entre les propriétés des fragments et leur structure nucléaire. Avec le modèle SPY, il est possible de calculer les propriétés des fragments et d'identifier les tendances globales pour environ 3000 noyaux fissionnants de Z=70 à Z=109, de la drip line neutron jusqu'à la drip line proton.Après une présentation générale de la version de référence du modèle SPY, les résultats obtenus pour la fission thermique de l'uranium 235 et la fission spontanée du californium 252 sont comparés aux données expérimentales. Une étude systématique sur l'ensemble des noyaux actuellement synthétisés est également menée avant d'étendre cette étude bien au-delà de la zone des noyaux synthétisables. Deux développements seront ensuite détaillés. Le premier concerne la manière de calculer l'énergie d'interaction coulombienne entre les deux fragments. Les distributions de charges issues de calculs microscopiques seront introduites afin d'améliorer le calcul de l'énergie d'interaction coulombienne. La possibilité de redéfinir le point de scission du système grâce à ces distributions de charge sera également discuté.Le deuxième développement porte sur le lien entre la modélisation du noyau et les observables associées aux fragments de fission. D'une part, différents modèles du noyau pour le calcul de l'énergie individuelle des fragments, tel que le modèle de la goutte liquide, seront envisagés et l'impact du choix de la modélisation du noyau sera étudiée.D'autre part, l'impact de la prise en compte de la structure nucléaire des fragments dans le calcul des densités d'états sur les observables sera étudié.

  • Titre traduit

    Fission fragments study at scission point with SPY model


  • Résumé

    Although discovered 75 years ago, nuclear fission is still under investigation. Indeed, the understanding of this phenomenon still presents theoretical difficulties due to its complexity. This requires a good understanding of the structure of atomic nucleus and at the same time a detailed description of the mechanisms driving the evolution of a fissioning system.A new statistical scission point model named SPY (Scission Point Yields) is developped to model the fission mechanism and determine nascent fragments characteristics (yields, kinetic energy, excitation energy). This model is based on the Wilkins model developed in 1976. It consists in a statistical description of the fission process at the scission point where fragments are completely defined and well separated. One of the main advance brought by SPY model is the introduction of microscopic description of the nuclear structure in the calculation of the energy of the system at scission. Therefore, this model can be regarded as a theoretical laboratory for fission modeling since it allows to study the relationship between fission fragments properties and their nuclear structure.With SPY, we were able to calculate the properties of fragments and to identify global trends for about 3000 fissioning nuclei from Z=70 to Z=109 and from proton drip line to neutron drip line.After a general presentation of SPY model, results for thermal fission of uranium 235 and spontaneous fission of 252 californium are compared with experimental data. A systematic study over all currently synthesized nuclei is also done before extending this study beyond the synthesizable nuclei area. Finally the main developments of the model performed will be detailed.The first one is related to calcultation of the Coulomb interaction energy between the two fragments. The charge distributions from microscopic calculations are introduced to improve the calculation of the energy of Coulomb interaction. The ability to redefine the scission point of the system thanks to these distributions will also be discussed. The second development concerns the relationship between nucleus modeling and observables related to fission fragments. On the one hand, different models of the nucleus to calculate the individual energy of the fragments, such as liquid drop model, will be considered and the impact of the choice of the nucleus modeling will be studied. On the other hand, the impact of the inclusion of the nuclear structure of the fragments in the calculation of states densities on observable will be studied.


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