Academic literature on the topic 'Rendement de fission'

La fission nucléaire, bien que connue depuis 80 ans, reste un défi théorique. La complexité et la multiplicité des interactions au sein d’un noyau fissionnant rend la modélisation du phénomène de fission délicate. Les modèles de fission nucléaire peinent à reproduire les observables. Parmi ces observables, les rendements de fissions sont pourtant des ingrédients clés pour la physique des réacteurs. S’ils ne peuvent être prédis efficacement, il est nécessaire de les mesurer.Les bibliothèques de données nucléaires évaluées, qui condensent la connaissance actuelle de ces rendements de fission, présentent pourtant des incertitudes importantes, ainsi que des divergences.Depuis quelques années, une collaboration entre le CEA, le CNRS et l’Institut Laue Langevin (ILL) vise à mesurer avec précision les rendements de la fission induite par neutron thermique pour des actinides d’importance pour les cycles Uranium-Plutonium et Thorium-Uranium, afin de compléter les connaissances actuelles et également fournir des données de référence pour le test de modèles.En particulier, au cours de cette thèse, des données expérimentales, acquises sur le spectromètre de masse LOHENGRIN à l’ILL de Grenoble (France), ont été analysées pour le 239Pu(nth,f) et le 241Pu(nth,f). Deux types de rendements ont été déterminées : des rendements en masse, à l’aide d’une chambre d’ionisation, et des rendements isotopiques, par spectrométrie γ avec des détecteurs Ge.Grâce à un protocole expérimental rigoureux testant la reproductibilité des observables et une méthode d’analyse innovante, adaptée en particulier à l’estimation des covariances et à leurs propagations, les rendements en masse obtenus présentent des incertitudes réduites et une matrice de covariance expérimentale complète. Celle-ci est essentielle pour la compréhension et l’utilisation des données mesurées.Les rendements isotopiques obtenus sont fortement dépendants des données de structure nucléaire, et présentent de facto des incertitudes importantes. L’amélioration future des données de structure permettra, grâce aux outils d’analyse développés, de réduire l’incertitude des rendements isotopiques mesurés.D’autres observables d’intérêts ont pu être extraites des mesures, en particulier la distribution de l’énergie cinétique moyenne des produits de fission en fonction de leur masse, ainsi que la polarisation de charge pour une partie du pic lourd. Ces données sont complémentaires aux rendements et présentent un intérêt pour les modèles et les futures évaluations<br>Nuclear fission, although known for 80 years, remains a theoretical challenge. The complexity and multiplicity of interactions within a splitting nucleus make the modelling of the fission phenomenon delicate. Nuclear fission models struggle to replicate observables. Among these observables, however, fission yields are key ingredients for reactor physics. If they cannot be predicted effectively, it is necessary to measure them.The evaluated nuclear data libraries, which condense the current knowledge of these fission yields, nevertheless present significant uncertainties, as well as discrepancies.For several years, a collaboration between the CEA, the CNRS and the Laue Langevin Institute (ILL) has aimed at accurately measuring the yields of thermal neutron induced fission for actinides of importance for the Uranium-Plutonium and Thorium-Uranium cycles, in order to complete current knowledge and also provide reference data for model testing.In particular, during this thesis, experimental data acquired on the LOHENGRIN mass spectrometer at the ILL in Grenoble (France) were analysed for 239Pu(nth,f) and 241Pu(nth,f). Two types of yields were determined: mass yields, using an ionization chamber, and isotopic yields, by spectrometry γ with Ge.Thanks to a rigorous experimental protocol testing the reproducibility of the observables and an innovative analytical method, adapted in particular to the estimation of covariances and their propagation, the mass yields obtained present reduced uncertainties and a complete experimental covariance matrix. This is essential for understanding and using the measured data.The isotopic yields obtained are highly dependent on the nuclear structure data, and de facto present significant uncertainties. The future improvement of the nuclear structure data will allow, thanks to the analysis tools developed, to reduce the uncertainty of the isotopic yields measured.Other observables of interest have been extracted from the measurements, in particular the average kinetic energy distribution of the fission products as a function of their mass, as well as the charge polarization for part of the heavy peak. These data are complementary to fission yields and are of interest for models and future evaluations

La fission nucléaire consiste en la brisure d'un noyau lourd, généralement un actinide, en deux noyaux plus légers (ou trois dans quelques rares cas). Ce phénomène a été découvert par Hahn et Strassman en 1938. Très rapidement Meitner et Frisch proposèrent une explication théorique pour ce processus à l'aide du modèle de la goutte liquide. Depuis les modèles n'ont cessé d'évoluer et de se complexifier à travers l'ajout de nouveaux mécanismes et l'observation de nouveaux phénomènes. L'amélioration des modèles est un enjeu important à la fois pour la compréhension fondamentale du processus de fission mais aussi pour les applications. En effet, le dimensionnement des réacteurs futurs s'appuie de plus en plus sur des simulations numériques. Il devient dès lors primordial de réduire les incertitudes associées aux données utilisées. Cela passe alors par la validation des hypothèses sous-jacentes des modèles de fission nucléaire.Dans le cadre de cette thèse, on s'intéresse à deux aspects de la fission nucléaire qui permettront de tester la robustesse des théories. L'un des aspects concerne l'étude des fragments de fission issus de la région de la symétrie à travers la mesure des rendements et des distributions en énergie cinétique. L'autre aspect étudié est le moment angulaire des fragments de fission.Afin d'accéder au moment angulaire des fragments de fission, l'une des possibilités est d'analyser les propriétés des particules promptes, qui est l'une des ambitions du projet FIPPS (FIssion Product Prompt gamma-ray Spectrometer). Une partie de ce travail a été de caractériser les propriétés des spectromètres magnétiques gazeux à travers des mesures expérimentales et le développement d'une simulation Monte Carlo.La seconde partie de ce travail a consisté en la mesure de rapports isomériques et en l'extraction de la distribution du moment angulaire des fragments de fission à l'aide d'un code de désexcitaiton nucléaire. La mesure d'un noyau doublement magique ($^{132}$Sn) permet de mettre en lumière les limites actuelles des modèles de fission.Enfin la dernière partie de ce travail porte sur la mesure des rendements et des distributions en énergie cinétique des fragments de fission. Certains modèles prédisent l'existence de modes dans la fission nucléaire. La région des masses symétriques est dès lors un lieu de choix pour vérifier la validité de ces affirmations.Il est à noter qu'en parallèle de ces études, un accent fort a été mis sur le développement de méthodes d'analyse s'appuyant sur des outils statistiques afin notamment d'améliorer l'évaluation des incertitudes expérimentales<br>Nuclear fission consists in splitting a nucleus, in general an actinide, into smaller nuclei. Despite nuclear fission was discovered in 1939 by Hahn and Strassman, fission models cannot predict the fission observables with an acceptable accuracy for nuclear fuel cycle studies for instance. Improvement of fission models is an important issue for the knowledge of the process itself and for the applications. To reduce uncertainties of the nuclear data used in a nuclear reactor simulation, a validation of the models hypothesis is mandatory.In this work, two features of the nuclear fission were investigated in order to test the resistance of the theories. One aspect is the study of the symmetric fission fragments through the measurement of their yield and kinetic energy distribution. The other aspect is the study of the fission fragment angular momentum.Two techniques are available to assess the angular momentum of a fission fragment. The first one is to look at the properties of the prompt $gamma$. The new spectrometer FIPPS (FIssion Product Prompt gamma-ray Spectrometer), is currently under development at the ILL and will combine a fission filter with a large array of $gamma$ and neutron detectors in order to respond to these issues. The first part of this work is dedicated to the study of the properties of a Gas Filled Magnet (GFM) which is the type of fission filter considered for the FIPPS project.The second part of this work deals with the measurement of isomeric yields and evaluations of the angular momentum distribution of fission fragments. The study of the spherical nucleus $^{132}$Sn shed the light on the current limits of fission models.Finally, the last part of this work is about the measurement of the yields and kinetic energy distributions of symmetric fission fragments. Since models predict the existence of fission modes, the symmetry region is a suitable choice to investigate this kind of prediction.In parallel with all these studies, an emphasis on the development of new methods derived from statistical tools is achieved in order to better control the uncertainties and estimate the biases

Ce document présente la mesure de rendements isotopiques issus de la fission de l'U238 obtenus suite à l'expérience SOFIA réalisée au GSI à Darmstadt (août 2012). Cette expérience novatrice utilise la technique de la cinématique inverse relativiste, qui présente plusieurs avantages : les fragments de fissions sont focalisés vers l'avant dans un cône de faible ouverture angulaire (grande efficacité géométrique), et possèdent un état de charge nul ce qui facilite considérablement la mesure des rendements élémentaires. Le dispositif SOFIA se compose tout d'abord d'une cible active, dans laquelle a lieu la fission par excitation coulombienne et d'une chambre d'ionisation qui permet à la fois la mesure de la charge nucléaire et de l'angle horizontal des deux fragments en coïncidence. La mesure des masses est faite en déterminant le rayon de courbure des fragments, déviés par un puissant aimant (ALADIN), grâce à deux détecteurs de positions (MWPC), et par une mesure de temps de vol, qui nécessite une résolution extrême d'environ 40 ps FWHM pour que la séparation des isotopes lourds voisins soit acceptable. L'analyse des données montre que les objectifs initiaux ont étés remplis, puisque la séparation isotopique est atteinte sur toute la gamme des fragments de fission. Un effet pair-impair significatif est observé dans les rendements en charge, dont le spectre présente, comme attendu, une valeur moyenne pour la charge lourde très proche de Z = 54. L'effet pair-impair neutron présente, étonnamment, une amplitude et une forme très similaire à celle mesurée sur des fissions en neutrons thermiques. Le rapport pic/vallée des distributions en masses indiquent que l'énergie d'excitation est proche des 14 MeV attendus. Enfin, nos mesures sont très souvent comparées au code GEF qui donne des résultats toujours très proches des nôtres<br>The isotopic fission yields of U 238 following the SOFIA experiment, conducted at the GSI facility (Darmstadt), are presented here. This experiment takes advantage of the inverse kinematics technique at relativistic energies. Benefits are several : fission fragments are highly focused (high geometrical efficiency) and are also completely stripped, which greatly simplifies their nuclear charge measurement. The first detector of the SOFIA setup is an active target in which fission occurs via electromagnetic excitation, followed by an ionization chamber to measure the nuclear charge and the horizontal angle of both fission fragments. The masses are deduced by the bending radius measurement of the fragments, deflected by a strong magnet (ALADIN), thanks to two position detectors (MWPC), and also by a highly resolved time-of-flight measurement (40 ps FWHM) so that heavy neighboring isotopes can be separated. The data analysis shows that the main goals are achieved since the isotopic separation is reached over the whole range of the fission fragments. A strong even-odd effect is seen in the charge spectrum, which also exhibits a mean heavy charge close to Z = 54. Surprisingly, the neutron even-odd effect of the light region is seen to be very close to the one in thermal neutron induced fission. The peak-to-valley ratio of the mass spectrum confirms that the mean excitation energy at fission is close to the expected one (14 MeV). The GEF code is used for comparison and always gives results very close to ours

Bien que découverte il y a 75 ans, la fission nucléaire fait toujours l'objet de recherches. En effet, la compréhension de ce phénomène présente encore des difficultés théoriques dues à sa complexité. Cela nécessite une bonne compréhension de la structure du noyau de l'atome ainsi qu'une description détaillée du mécanisme pilotant l'évolution du système fissionnant.Un nouveau modèle statistique, appelé SPY (Scission Point Yields), a été développé pour déterminer les caractéristiques des fragments (rendements de fission, énergie cinétique, énergie d¹excitation). Ce modèle est basé sur le modèle de Wilkins développé en 1976. Il consiste en une description statistique du processus de fission au point de scission où les fragments sont complètement définis. L'une des principales avancées du modèle SPY est l'introduction de la description microscopique de la structure nucléaire dans le calcul de l'énergie du système à la scission.Il permet d'étudier la relation entre les propriétés des fragments et leur structure nucléaire. Avec le modèle SPY, il est possible de calculer les propriétés des fragments et d'identifier les tendances globales pour environ 3000 noyaux fissionnants de Z=70 à Z=109, de la drip line neutron jusqu'à la drip line proton.Après une présentation générale de la version de référence du modèle SPY, les résultats obtenus pour la fission thermique de l'uranium 235 et la fission spontanée du californium 252 sont comparés aux données expérimentales. Une étude systématique sur l'ensemble des noyaux actuellement synthétisés est également menée avant d'étendre cette étude bien au-delà de la zone des noyaux synthétisables. Deux développements seront ensuite détaillés. Le premier concerne la manière de calculer l'énergie d'interaction coulombienne entre les deux fragments. Les distributions de charges issues de calculs microscopiques seront introduites afin d'améliorer le calcul de l'énergie d'interaction coulombienne. La possibilité de redéfinir le point de scission du système grâce à ces distributions de charge sera également discuté.Le deuxième développement porte sur le lien entre la modélisation du noyau et les observables associées aux fragments de fission. D'une part, différents modèles du noyau pour le calcul de l'énergie individuelle des fragments, tel que le modèle de la goutte liquide, seront envisagés et l'impact du choix de la modélisation du noyau sera étudiée.D'autre part, l'impact de la prise en compte de la structure nucléaire des fragments dans le calcul des densités d'états sur les observables sera étudié<br>Although discovered 75 years ago, nuclear fission is still under investigation. Indeed, the understanding of this phenomenon still presents theoretical difficulties due to its complexity. This requires a good understanding of the structure of atomic nucleus and at the same time a detailed description of the mechanisms driving the evolution of a fissioning system.A new statistical scission point model named SPY (Scission Point Yields) is developped to model the fission mechanism and determine nascent fragments characteristics (yields, kinetic energy, excitation energy). This model is based on the Wilkins model developed in 1976. It consists in a statistical description of the fission process at the scission point where fragments are completely defined and well separated. One of the main advance brought by SPY model is the introduction of microscopic description of the nuclear structure in the calculation of the energy of the system at scission. Therefore, this model can be regarded as a theoretical laboratory for fission modeling since it allows to study the relationship between fission fragments properties and their nuclear structure.With SPY, we were able to calculate the properties of fragments and to identify global trends for about 3000 fissioning nuclei from Z=70 to Z=109 and from proton drip line to neutron drip line.After a general presentation of SPY model, results for thermal fission of uranium 235 and spontaneous fission of 252 californium are compared with experimental data. A systematic study over all currently synthesized nuclei is also done before extending this study beyond the synthesizable nuclei area. Finally the main developments of the model performed will be detailed.The first one is related to calcultation of the Coulomb interaction energy between the two fragments. The charge distributions from microscopic calculations are introduced to improve the calculation of the energy of Coulomb interaction. The ability to redefine the scission point of the system thanks to these distributions will also be discussed. The second development concerns the relationship between nucleus modeling and observables related to fission fragments. On the one hand, different models of the nucleus to calculate the individual energy of the fragments, such as liquid drop model, will be considered and the impact of the choice of the nucleus modeling will be studied. On the other hand, the impact of the inclusion of the nuclear structure of the fragments in the calculation of states densities on observable will be studied

Les rendements de fission sont des données importantes pour les applications nucléaires ainsi que pour les modèles théoriques qui cherchent à reproduire ces distributions. Les rendements des produits de fission légers pour de nombreux noyaux ont été mesurés par le passé sur le spectromètre Lohengrin. Mais la méthode expérimentale utilisée, détection par chambre à ionisation, ne permet pas la séparation des isotopes pour les produits de fission lourds. Pour valider la méthode dans cette région et compléter les bibliothèques, les rendements isobariques de l’235U(nth,f), du 239Pu(nth,f) et du 241Pu(nth,f) ont été mesurés. La mise en place d’un nouveau dispositif de détection gamma sur le spectromètre a permis de déterminer les rendements isotopiques du 239Pu(nth,f). De plus les distributions en charge ionique et en énergie cinétique des produits de fission ont été étudiées, et ont mis en évidence la présence d'isomères nanosecondes pour certains de ces noyaux<br>In spite of the huge amount of fission yield data available in different libraries, more accurate values are still needed for nuclear energy applications and to improve our understanding of the fission process. Thus measurements of fission yields were performed at the mass spectrometer Lohengrin at the Institut Laue-Langevin in Grenoble, France. The mass separator Lohengrin is situated at the research reactor of the institute and permits the placement of an actinide layer in a high thermal neutron flux. It separates fragments according to their atomic mass, kinetic energy and ionic charge state by the action of magnetic and electric fields. Coupling with a high resolution ionization chamber the experiment was used to investigate the mass and isotopic yields in the light mass region. Almost all fission yields of isotopes from Th to Cf have been measured at Lohengrin with this method. It has been extended in this work to the heavy mass region for the reactions 235U(nth,f), 239Pu(nth,f) and 241Pu(nth,f). For these higher masses an isotopic separation is no longer possible. That is why a new method was undertaken with the reaction 239Pu(nth,f) to determine the isotopic yields by gamma spectrometry. During these experiments the ionic charge state and kinetic energy distributions have been measured. Nanosecond isomers have been discovered for some nuclei thanks to a non gaussian charge state distribution. The kinetic energy distributions present very interesting structures which have been also discussed