Thèse soutenue

Détermination du moment angulaire de fragments de fission par la mesure de rapports isomériques

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Auteur / Autrice : Jehaan Nauzer Nicholson
Direction : Olivier SérotGrégoire Kessedjian
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Mécanique des fluides procédés énergétique,
Date : Soutenance le 10/09/2021
Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Ingénierie - matériaux mécanique énergétique environnement procédés production (Grenoble ; 2008-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Etudes de PHysique (CEA Cadarache)
Jury : Président / Présidente : Elsa Merle
Examinateurs / Examinatrices : Ulli Köster, Lydie Giot
Rapporteurs / Rapporteuses : Philippe Dessagne, Stephan Oberstedt

Mots clés

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Résumé

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Cette thèse a été réalisée au CEA Cadarache au sein du Laboratoire d'Etudes de Physique en collaboration avec le Laboratoire de Physique Subatomique et Corpusculaire (LPSC) et l'Institut Laue-Langevin (ILL) à Grenoble. Dans le cadre de cette collaboration, un programme de mesure des rendements de fission des actinides d'intérêt pour les cycles du combustible actuels et innovants a été développé depuis plusieurs années. Ces rendements de fission interviennent dans les études du cycle du combustible principalement pour le calcul de l'inventaire en fin de cycle ainsi que pour la détermination des rayons gamma prompts émis par les fragments de fission.Près de huit décennies se sont passée [1] depuis la découverte de la fission, mais le processus de fission n’est toujours pas correctement prédit par les modèles. Certains aspects tels que la génération du moment angulaire du processus de fission ne sont pas clairement compris. Quelques théories ont été développées pour tenter d'expliquer ce processus de génération de moment angulaire. Cette thèse vise à améliorer la compréhension de la génération du moment angulaire des fragments de fission à travers de nouvelles mesures des propriétés des produits de fission.La première partie du travail de thèse consiste à mesurer et analyser plusieurs rapports isomériques de produits de fission en fonction de leur énergie cinétique. Les expériences ont été réalisées auprès du spectromètre LOHENGRIN [2] situé à l'Institut Laue-Langevin en utilisant une cible 241Pu. Au cours de la campagne expérimentale de dix jours, le spectromètre LOHENGRIN a été utilisé pour sélectionner les produits de fission d'intérêt à différentes énergies cinétiques. Le dispositif expérimental se compose de deux détecteurs (clover) possédant quatre cristaux de germanium de haute pureté (HPGe) chacun et d'une chambre d'ionisation. Une coïncidence est utilisé entre la chambre d'ionisation et les détecteurs HPGe pour identifier la désexcitation des états isomériques dont la durée de vie est de l’ordre de la micro-seconde. La mesure de la désintégration de l'état fondamental est obtenue par analyse du spectre gamma associé à cette désintégration. Pour calculer des rapports isomériques, les intensités des rayons gamma issu de la littérature, et les efficacités des détecteurs HPGe sont nécessaires. Nous devons également ajouter quelques corrections avant de pouvoir obtenir nos rapports isomériques.Pour caractériser les détecteurs HPGe et obtenir les efficacités des détecteurs, une deuxième expérience a été réalisée en utilisant plusieurs sources ponctuelles. Des simulations ont été réalisées à l'aide de MCNP [3] permettant de modéliser le dispositif expérimental. Les efficacités simulées ont été comparées aux efficacités expérimentales mesurées afin de déterminer les paramètres des détecteurs HPGe. En utilisant les paramètres intrinsèques de chaque détecteur, le dispositif expérimental de mesures des rapports isomériques a été simulé.La deuxième partie de la thèse concerne la modélisation des produits de fission à l'aide d'un code Monte Carlo; FIFRELIN [4] développé au CEA. Ce code permet de simuler le processus de fission et le processus de désexcitation des fragments de fission tout en déterminant un grand nombre d'observables de fission. En confrontant les résultats obtenus avec ce code et ceux mesurés à l'ILL, le moment angulaire des produits de fission peut être déduit. A travers cette thèse, nous visons également à créer une base de données des rapports isomériques existants afin de valider le code FIFRELIN.[1] L. Meitner et al, Nature, vol. 142, no. 3615, p. 239, 1939.[2] P. Armbruster et al, Nuclear instruments and Methods, vol. 139, pp. 213-222, 1976.[3] J. F. Briesmeister, MCNP-A General Monte Carlo N-Particle Transport Code, Version 4C, Los Alamos National Laboratory, April 2000.[4] O. Litaize, et al, The European Physical Journal A, vol. 51, p. 177, 2015.