De la phénoménologie à la microscopie, une nouvelle approche pour l’évaluation des sections efficaces de fission

Challenging fission cross section simulation with long standing macro-microscopic model of nucleus potential energy surface

• Auteur / Autrice : Pierre Tamagno
• Direction : Mourad Aiche
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Astrophysique, plasmas, nucléaire
• Date : Soutenance le 19/10/2015
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences physiques et de l’ingénieur (Talence, Gironde ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : : Université Bordeaux-I (1971-2013)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Etudes de PHysique (CEA Cadarache)
• Jury : Président / Présidente : Igor Tsekhanovich
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Peter Möller, Philippe Quentin, Olivier Bouland, Olivier Sérot
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Heloise Goutte, Arjan Koning

Mots clés

Mots clés contrôlés

Plutonium

Sections efficaces (physique nucléaire)

Mots clés libres

Physique nucléaire

Évaluation, modèle macro-microscopique

FRLDM

FRDM

Sections efficaces

Hauser-Feshbach

Barrière de fission

GPU

Évaluation

Nuclear physics

Evaluation

Macroscopic-microscopic model

FRLDM

FRDM

Cross section

Hauser-Feshbach

Fission barrier

GPU

Résumé

Les travaux présentés visent à améliorer les modèles de physique nucléaireutilisés dans l’évaluation des sections efficaces neutroniques de fission. Le résultat deces travaux donne les clefs pour une percée significative dans ce domaine et a permisd’étendre fortement les capacités du code d’évaluation CONRAD. Les sections partiellesétant naturellement corrélées entre-elles pour respecter la valeur de la section totale, cesaméliorations bénéficient à l’ensemble des sections partielles. Un cadre solide pour lamodélisation des processus concurrent à la fission a dû être établi sur le modèle du codede référence TALYS. Après s’être assuré de la fiabilité et de la cohérence du cadre, lesinvestigations spécifiques concernant la fission ont pu être réalisées. Les perspectivesd’applications offertes par les modèles macro-microscopiques FRDM et FRLDM ont étéanalysées. Ces modèles ont été implémentés et validés sur des données expérimentaleset des benchmarks. Afin d’obtenir des temps de calcul compatibles avec les besoins del’évaluation, des méthodes numériques sophistiquées ont été sélectionnées et une partiedes calculs a été portée sur GPU. Ces modèles macro-microscopiques peuvent être utiliséspour construire des surfaces d’énergie potentielle qui sont à leur tour traitées afin d’obtenirdes barrières de fission à une dimension, puis des coefficients de transmission fission. Cesderniers sont alors utilisés dans le cadre de modélisation des sections efficaces moyennesdu domaine statistique sur la base d’un modèle Hauser-Feshbach. Les résultats de cetteapproche seront présentés sur le cas du 239Pu(n,f).

The work presented here aims to improve models used in the fission crosssectionevaluation. The results give insights for a significant breakthrough in this fieldand yielded large extensions of the evaluation code CONRAD. Partial cross sections areinherently strongly correlated together as of the competition of the related reactions mustyield the total cross section. Therefore improving fission cross section benefits to all partialcross sections. A sound framework for the simulation of competitive reactions hadto be settled in order to further investigate on the fission reaction; this was implementedusing the TALYS reference code as guideline. After ensuring consistency and consistencyof the framework, focus was made on fission. Perspective resulting from the useof macroscopic-microscopic models such as the FRDM and FRLDM were analyzed; thesemodels have been implemented and validated on experimental data and benchmarks. Tocomply with evaluation requirements in terms of computation time, several specific numericalmethods have been used and parts of the program were written to run on GPU.These macroscopic-microscopic models yield potential energy surfaces that can be used toextract a one-dimensional fission barrier. This latter can then be used to obtained fissiontransmission coefficients that can be used in a Hauser-Feshbach model. This method hasbeen finally tested for the calculation of the average fission cross section for 239Pu(n,f).