Étude de la fission nucléaire de l'uranium 238 induite par la capture de neutrons rapides

Fast-neutron-induced fission of uranium-238

• Auteur / Autrice : Baptiste Fraïsse
• Direction : Vincent Méot, Gilbert Belier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique nucléaire
• Date : Soutenance le 24/07/2024
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Particules, Hadrons, Énergie et Noyau : Instrumentation, Imagerie, Cosmos et Simulat
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Matière sous conditions extrêmes (Bruyères-le-Châtel, Essonne ; 2021-....) - Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (France). Direction des applications militaires (Île-de-France)
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Faculté des sciences d'Orsay
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Physique (2020-....)
• Jury : Président / Présidente : Alain Letourneau
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Xavier Ledoux, Abdelhazize Chebboubi, Jonathan Wilson, Christelle Schmitt
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Xavier Ledoux, Abdelhazize Chebboubi

Mots clés

Mots clés contrôlés

Neutrons

Réactions nucléaires

Fission nucléaire

Mots clés libres

Fission nucléaire

Réactions nucléaires

Neutronique

Nuclear fission

Nuclear reactions

Neutrons

Résumé

La fission nucléaire est un phénomène physique exothermique exploité dans de nombreux dispositifs. Pourtant, elle est encore mal comprise et imprécisément décrite par les modèles théoriques. En effet, il s'agit d'un processus dynamique d'une extrême complexité au cours duquel un noyau atomique lourd se déforme jusqu'à la création de deux fragments. Ces derniers, généralement peuplés dans des états excités, se désexcitent en émettant des neutrons et un intense rayonnement gamma.Cette thèse soumet des mesures d’observables inédites dans la fission de l'uranium 238 induite par la capture de neutrons de 1 à 30 MeV : les distributions de probabilité complètes du nombre de neutrons émis, l'énergie totale moyenne du rayonnement gamma et le nombre moyen de photons associés.Le dispositif expérimental est constitué du détecteur SCONE, mis en œuvre pour la première fois, et d'un faisceau de neutrons produit par l'installation NFS du Grand accélérateur national d’ions lourds (GANIL). Les distributions du nombre de neutrons sont exploitées afin de remonter, pour la première fois sur la base de données purement expérimentales, aux sections efficaces partielles des voies de première, deuxième et troisième chances. Connaissant ainsi le système fissionnant moyen jusqu’à de hautes énergies incidentes, le nombre de photons est interprété à l’aide d'un modèle théorique microscopique prenant un moment angulaire en voie d’entrée pour simuler la capture du neutron.

Nuclear fission is an exothermic reaction used in many devices. However, it is still poorly understood and imprecisely described by theoretical models. A fissioning nucleus undergoes an extremely complex process leading to the creation of two fragments. Generally populated in excited states, they promptly de-excite by neutrons and gamma-rays emissions. This work submits measurements of new observables in the fast-neutron-induced fission of uranium-238 from 1 to 30 MeV : the complete prompt neutron-multiplicity distributions, the average prompt gamma-rays multiplicity and total energy.The experimental setup is made up of a fission chamber, a new large solid-state organic scintillator (SCONE), and the NFS neutron beam from GANIL (Caen, France). From prompt neutron-multiplicity distributions, the partial multi-chance channels cross-sections are extracted for the first time from experimental data. Then, the average fissioning system is better known up to high incident energies and the prompt gamma-rays multiplicities can be compared to a microscopic theoretical model boosted by an initial angular momentum that simulates the capture of the incident neutron.