ETUDE DE LA COMPÉTITION NEUTRON/GAMMA DANS LA DÉSEXCITATION DES FRAGMENTS DE FISSION

STUDY OF NEUTRON/GAMMA COMPETITION IN THE DE-EXCITATION PROCESS OF FISSION FRAGMENTS

• Auteur / Autrice : Malia Mehdi
• Direction : Matthieu Lebois
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Physique nucléaire
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2023
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Particules, hadrons, énergie et noyau : instrumentation, imagerie, cosmos et simulation (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Physique des deux Infinis Irène Joliot-Curie
• Partenaire(s) de recherche : référent : Université Paris-Saclay. Faculté des sciences d’Orsay (Essonne ; 2020-....)

Mots clés

Mots clés libres

Mécanisme de fission

Simulation GEANT4

Spectroscopie gamma

Spectroscopie neutron

Fission process

Neutron spectroscopy

Gamma spectroscopy

GEANT4 simulations

Résumé

Le processus de fission est un mécanisme de réaction nucléaire qui a été découvert à la fin des années 30. Il a connu un intérêt très fort de par ses potentielles applications civiles ou militaires. Nombres de campagnes expérimentales ont été dédiées à mesurer et à caractériser l'émission neutron ou gamma lors de la formation et de la désexcitation des fragments de fission. Souvent, elles ont été motivées par l'utilité de ces données nucléaires pour la sécurité des réacteurs, ou pour d'autres applications. Néanmoins, l'émission de particule lors du processus de désexcitation caractérise l'état dans lequel de fragment de fission a été produit juste après la scission du noyau père en deux noyaux fils. Cet état est pour l'instant toujours difficile à prédire théoriquement si ce n'est inconnu. Il est communément admis, que le fragment de fission va tout d'abord favoriser l'émission de neutron afin de minimiser le plus efficacement possible l'énergie du système. Proche du seuil d'émission, le fragment va commencer à émettre des gammas (d'abord statistiques, puis de structure) afin d'évacuer l'énergie d'excitation restante. Si les neutrons sont les principaux porteurs d'énergie, les gammas sont ceux qui vont permettre d'évacuer le moment angulaire produit lors de la réaction. Aussi, pour être capable de reconstruire l'état initial du fragment de fission juste après la scission, il est nécessaire de caractériser les deux types d'émission simultanément. Ce projet de thèse vise à répondre à ces questions. Pour cela, il va s'intégrer au nouveau projet de recherche intitulé FRØZEN (Fission Reaction at Orsay with Zero Emission of Neutron). Ce programme comporte deux volets expérimentaux : 1) La caractérisation statistique de la dépendance des propriétés de l'émission gamma dans la fission en fonction de la multiplicité neutron. Le setup expérimental sera basé sur l'utilisation de TETRA (détecteur neutron présent sur l'installation locale) et des LaBr3 (détecteurs gamma) ainsi que d'une chambre d'ionisation pour la détection de la fission spontanée du 252Cf. 2) La caractérisation de de la dépendance des propriétés de l'émission gamma dans la fission en fonction de la multiplicité neutron fragment par fragment. Cela fera l'objet d'une proposition d'expérience pour la future campagne nu-ball2 qui aura lieu auprès d'ALTO en 2022. La réalisation, le suivi des expériences, l'analyse de données seront au centre du travail de thèse fourni par l'étudiant.

The fission process is a nuclear reaction mechanism that was discovered in the late 1930s. It has been of great interest because of its potential civil and military applications. Numerous experimental campaigns have been dedicated to measuring and characterizing the neutron or gamma emission during the formation and de-excitation of fission fragments. They have often been motivated by the usefulness of these nuclear data for reactor safety or other applications. Nevertheless, particle emission during the de-excitation process characterizes the state in which the fission fragment was produced just after the splitting of the father nucleus into two son nuclei. This state is for the moment still difficult to predict theoretically if not unknown. It is commonly accepted, that the fission fragment will first of all favor the neutron emission in order to minimize the energy of the system as efficiently as possible. Close to the emission threshold, the fragment will start to emit gammas (first statistical, then structure transitions) in order to evacuate the remaining excitation energy. If the neutrons are the main energy carriers, the gammas are those which will make it possible to evacuate the angular momentum produced during the reaction. Therefore, in order to be able to reconstruct the initial state of the fission fragment just after splitting, it is necessary to characterize both types of emission simultaneously. This thesis project aims at answering these questions. For this, it will be integrated into the new research project entitled FRØZEN (Fission Reaction at Orsay with Zero Emission of Neutron). This program has two experimental components: 1) The statistical characterization of the dependence of gamma emission properties in fission on neutron multiplicity. The experimental setup will be based on the use of TETRA (neutron detector present on the local installation) and LaBr3 (gamma detectors) as well as an ionization chamber for the detection of spontaneous fission of 252Cf. 2) The characterization of the dependence of the properties of the gamma emission in fission as a function of the neutron multiplicity fragment by fragment. This will be the subject of a proposal for an experiment for the future nu-ball2 campaign which will take place at ALTO in 2022. The realization, the follow-up of the experiments, the data analysis will be at the center of the thesis work provided by the student.