{"id":3621,"date":"2021-05-28T09:35:30","date_gmt":"2021-05-28T07:35:30","guid":{"rendered":"https:\/\/www.ganil-spiral2.eu\/?p=3621"},"modified":"2021-05-28T09:55:24","modified_gmt":"2021-05-28T07:55:24","slug":"le-proton-acteur-montant-de-la-fission","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.ganil-spiral2.eu\/fr\/2021\/05\/28\/le-proton-acteur-montant-de-la-fission\/","title":{"rendered":"Le proton, acteur montant de la fission"},"content":{"rendered":"\n
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Les protons pourraient bien jouer un r\u00f4le cl\u00e9 dans la fission des noyaux. Ce ph\u00e9nom\u00e8ne, \u00e0 rebours des th\u00e9ories qui privil\u00e9giaient une action dominante des neutrons, a tout d\u2019abord \u00e9t\u00e9 observ\u00e9 dans la fission de noyaux lourds autour de l\u2019uranium. Aujourd\u2019hui, une exp\u00e9rience men\u00e9e au GANIL avec le spectrom\u00e8tre VAMOS++, d\u00e9montre qu\u2019il est \u00e0 l\u2019\u0153uvre aussi dans la fission des noyaux plus l\u00e9gers autour du plomb, et pourrait d\u00e8s lors concerner un vaste domaine de la carte des noyaux. Un r\u00e9sultat paru dans la revue PRL[1]<\/sup>.<\/strong><\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n

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Quand de nouveaux neutrons et protons s\u2019incrustent de force dans un noyau atomique, ils cr\u00e9ent une v\u00e9ritable pagaille qui conduit parfois \u00e0 la cassure du noyau en deux fragments avec \u00e9mission de neutrons : c\u2019est la fission. Ce ph\u00e9nom\u00e8ne, abondamment d\u00e9crit et m\u00eame exploit\u00e9 pour produire de l\u2019\u00e9lectricit\u00e9 nucl\u00e9aire au quotidien, n\u2019en demeure pas moins une \u00e9nigme pour les physiciens nucl\u00e9aires. Ils s\u2019interrogent notamment sur la \u00ab pagaille \u00bb qui pr\u00e9c\u00e8de la fission. Dans la m\u00eal\u00e9e, deux acteurs sont \u00e0 l\u2019\u0153uvre, les neutrons, tenus par l\u2019entremise de la force nucl\u00e9aire, et les protons, nucl\u00e9ons charg\u00e9s, qui cumulent l\u2019effet attractif de celle-ci et celui r\u00e9pulsif de leur charge \u00e9lectrique. Lequel du neutron ou du proton est donc \u00e0 la man\u0153uvre ?<\/p>\n

Le r\u00f4le des neutrons en question<\/strong><\/p>\n

Longtemps les neutrons et les effets quantiques de la force nucl\u00e9aire ont \u00e9t\u00e9 vus comme les meneurs. Mais depuis quelques ann\u00e9es le vent commence \u00e0 tourner. Des simulations de plus en plus pr\u00e9cises, prenant en compte des ph\u00e9nom\u00e8nes jusque-l\u00e0 n\u00e9glig\u00e9s ou seulement r\u00e9cemment observ\u00e9s, men\u00e9es sur des ordinateurs de plus en plus puissants commen\u00e7aient \u00e0 l\u00e9zarder le pi\u00e9destal des neutrons. Qui plus est, dans le groupe des actinides, celui des noyaux lourds dont fait partie l\u2019uranium, plusieurs exp\u00e9riences indiquaient que les protons jouaient le premier r\u00f4le. Mais il \u00e9tait impossible de g\u00e9n\u00e9raliser.<\/p>\n

Pour trancher, il fallait aller observer des r\u00e9actions de fission dans d\u2019autres r\u00e9gions de la charte nucl\u00e9aire, et notamment pour des noyaux plus petits et donc bien moins fissibles. C\u2019est la prouesse r\u00e9alis\u00e9e lors d\u2019une exp\u00e9rience men\u00e9e au GANIL aupr\u00e8s du nouvel instrument VAMOS++, par une collaboration dont Christelle Schmitt, physicienne nucl\u00e9aire \u00e0 l\u2019IPHC est la porte-parole, et Antoine Lemasson coordinateur scientifique de l\u2019instrument. Cette exp\u00e9rience a permis d\u2019observer, comme pour les noyaux lourds, la signature de l\u2019influence des protons, mettant d\u00e9finitivement le r\u00f4le de ces nucl\u00e9ons au centre de la fission des noyaux et rel\u00e9guant les neutrons quasi au rang de spectateurs. \u00ab Avec cet article nous montrons que ce sont les m\u00eames lois qui s’appliquent dans des r\u00e9gions lointaines constate Christelle Schmitt. Le ph\u00e9nom\u00e8ne est g\u00e9n\u00e9ral \u00bb. Le changement de paradigme est total.<\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n\n\n\n

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Le spectrom\u00e8tre VAMOS++ au GANIL. Il permet d’identifier pr\u00e9cis\u00e9ment le nombre de protons et de neutrons de tous les ions qui le traversent. \/ Image Ph. Stoppa CEA<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

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Un bilan tr\u00e8s pr\u00e9cis des r\u00e9actions de fission<\/strong><\/p>\n

L\u2019exp\u00e9rience men\u00e9e au GANIL a consist\u00e9 \u00e0 projeter, 10 jours durant, un faisceau de noyaux de x\u00e9non (Xe 124) sur une cible de fer (Fe 56) avec une \u00e9nergie suffisante pour produire par fusion des noyaux de mercure (Hg 178). Ces derniers, excit\u00e9s, vont dans la majorit\u00e9 des cas rel\u00e2cher leur \u00e9nergie via l\u2019\u00e9mission de quelques neutrons et protons, mais quelques-uns vont le faire par fission en deux \u00ab gros \u00bb fragments de taille variable et excit\u00e9s. Ce peut \u00eatre un grand ou un petit, ou deux moyens, etc. En tout, les scientifiques ont observ\u00e9 plus de 300 combinaisons diff\u00e9rentes de couples de fragments \u00e9mis par les r\u00e9actions de fission. L\u2019analyse m\u00e9ticuleuse de ces produits permet de faire un bilan tr\u00e8s pr\u00e9cis de la r\u00e9partition des protons et neutrons dans les deux fragments et d\u2019en tirer des conclusions sur la fameuse pagaille qui a pr\u00e9c\u00e9d\u00e9 l\u2019\u00e9clatement du mercure.<\/p>\n

En l\u2019occurrence, l\u2019\u00e9quipe a pu d\u00e9terminer si des neutrons de d\u00e9sexcitation \u00e9taient \u00e9mis par les fragments juste apr\u00e8s la fission, avant m\u00eame qu\u2019ils n\u2019aient p\u00e9n\u00e9tr\u00e9 le spectrom\u00e8tre. Cette observation est d\u00e9terminante, car ces neutrons signent l\u2019\u00e9tat de d\u00e9formation des fragments au point de rupture. R\u00e9sultat, certains fragments sont apparus clairement tr\u00e8s d\u00e9form\u00e9s, ce qui montre que pour fissionner, le noyau a d\u00fb au pr\u00e9alable s\u2019\u00e9tirer et se d\u00e9former parfois grandement avant de se rompre en deux. Or, dans l\u2019hypoth\u00e8se o\u00f9 la fission serait l\u2019\u0153uvre des neutrons, les effets quantiques dominants emp\u00eacheraient de telles d\u00e9formations.<\/p>\n

\"Fission\n
Image : IN2P3 E. Jullien \/ GANIL A. Lemasson<\/figcaption>\n<\/figure>\n

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Le nombre de neutrons initial du fragment ne change rien<\/strong><\/p>\n

Mais ce n\u2019est pas tout, le choix du mercure comme noyau d\u2019\u00e9tude ne rel\u00e8ve pas du hasard, bien au contraire. Les produits de fission les plus gros de ce noyau sont aussi les m\u00eames que les plus petits \u00e9mis par la fission des actinides d\u00e9j\u00e0 \u00e9tudi\u00e9s. A ceci pr\u00eat, qu\u2019ils ont parfois un nombre de neutrons diff\u00e9rent.  \u00ab Nous avons ainsi pu comparer la d\u00e9formation de noyaux plus ou moins riches en neutrons et constater que cette diff\u00e9rence n\u2019avait pas d\u2019impact, explique Christelle Schmitt. En somme, les neutrons n\u2019ont pas d\u2019influence sur la d\u00e9formation qui conduit le noyau \u00e0 se scinder en deux, ce param\u00e8tre d\u00e9pend essentiellement des protons. \u00bb En une exp\u00e9rience, l\u2019\u00e9quipe conjointe de l\u2019IPHC et du GANIL a donc apport\u00e9 deux pierres fondamentales \u00e0 la compr\u00e9hension de la fission : le ph\u00e9nom\u00e8ne passe par une d\u00e9formation du noyau quel que soit l\u2019\u00e9l\u00e9ment concern\u00e9 et il implique les protons bien plus que les neutrons.<\/p>\n

\"D\u00e9tecteur\n
D\u00e9tecteur compl\u00e9mentaire ajout\u00e9 au spectrom\u00e8tre VAMOS pour prendre en compte les deux fragments de fission qui sont \u00e9mis dans des directions diff\u00e9rentes. \/ Image Christelle Schmitt IPHC<\/figcaption>\n<\/figure>\n

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Sans l\u2019instrument VAMOS++ du GANIL cette mesure n\u2019aurait pas \u00e9t\u00e9 possible. VAMOS++ est un spectrom\u00e8tre tr\u00e8s particulier qui identifie les noyaux en les chahutant sur un parcours de 8 m de long avec une combinaison de champs magn\u00e9tiques et \u00e9lectriques. Chaque noyau qui le traverse y suit donc une trajectoire unique qui trahira de fa\u00e7on tr\u00e8s pr\u00e9cise, le nombre de ses protons, celui de ses neutrons et son \u00e9nergie. Pour cette exp\u00e9rience et pour la premi\u00e8re fois, VAMOS++, qui ne peut mesurer que le fragment de fission \u00e9mis dans sa direction, a \u00e9t\u00e9 augment\u00e9 d\u2019un second bras d\u2019analyse con\u00e7u par une \u00e9quipe de physiciens de New Delhi et qui a permis l\u2019analyse conjointe du fragment partenaire. C\u2019est cette combinaison, en mesure de faire un bilan complet et tr\u00e8s pr\u00e9cis de la fission, qui s\u2019est r\u00e9v\u00e9l\u00e9e gagnante.<\/p>\n

[1] Experimental Evidence for Common Driving Effects in Low-Energy Fission from Sublead to Actinides<\/a><\/p>\n

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