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Nouvelles scientifiques

 

Paris, le 21 février 2005

 

Spallation U 238 : plus d'un millier de nucléides en un seul coup

 

Une équipe de physiciens de l'IN2P3/CNRS(1), du CEA, de GSI(2) et de l’Université de Saint Jacques de Compostelle a pu produire et analyser le plus grand nombre d'éléments (de l'azote à l'uranium) et d'isotopes (1400) jamais observés au cours d’une seule expérience de physique nucléaire. Les données issues de cette analyse permettront de franchir un pas supplémentaire dans nombre de domaines, depuis la fission nucléaire sous ses aspects fondamentaux jusqu’à la gestion des déchets nucléaires.

 

Les alchimistes du Moyen-Âge ont essayé en vain de transmuter des éléments dans leurs creusets à partir de divers ingrédients comme l'argent, le mercure et quelques acides. Il a fallu attendre le XXe siècle pour réussir à en transmuter certains mais aussi à en créer de nouveaux. Aujourd’hui, un grand pas en avant a été franchi grâce à une expérience récente utilisant l'uranium et l'hydrogène comme "ingrédients" et un accélérateur de particules comme "creuset" pour "cuire" ces ingrédients jusqu’à des températures de plusieurs milliards de degrés. Cette expérience a consisté à envoyer sur une cible fixe d'hydrogène un faisceau d'ions uranium (U 238) accélérés à haute énergie (1 A.GeV) par le synchrotron du GSI.

Au cours de ce type de collision, il se produit une réaction nucléaire dite de spallation qui se déroule en deux étapes. Tout d’abord, une succession d'interactions a lieu au cœur des noyaux d’uranium, entre ses nucléons et les protons de la cible. Pendant cette "cascade intranucléaire", les noyaux atteignent un état très excité. Ils se désexcitent ensuite en émettant des particules légères et des résidus lourds ou alors ils fissionnent et tous les fragments ainsi produits quittent la cible vers l'avant avec une grande vitesse. La technique de cinématique inverse permet alors de sélectionner, vers l'avant, ces fragments de désexcitation (résidus du projectile et fragments de fission) qui peuvent ensuite être identifiés.
Si, à l’inverse, une cible d'uranium avait été irradiée par un faisceau de protons (le proton est un noyau d'hydrogène dépouillé de son électron), l’identification des fragments n’aurait pas été possible car beaucoup d’entre eux n'auraient pas quitté la cible ou l'auraient quittée dans toutes les directions avec plus ou moins d'électrons résiduels.

Dépouillés de leurs électrons, les produits de réaction ont pu être séparés et détectés avec une grande efficacité. Qu’ils soient stables ou instables, tous les fragments de fission et résidus lourds ont été identifiés suivant leur numéro atomique Z et leur nombre de masse A. Leur énergie cinétique a été déterminée de même que leurs sections efficaces de production, c’est-à-dire leur probabilité de production, dont les valeurs se sont situées entre 50 mb et 10 μb avec une erreur inférieure à 15 %.
Ce travail a ainsi permis de collecter et d’établir la carte des sections efficaces de production de la plupart des nucléides de la carte des noyaux, celle qui figure sur les murs de tous les laboratoires de physique nucléaire du monde.
Ces données sont précieuses notamment pour l'étude des réacteurs hybrides, pour la conception des accélérateurs du futur visant à produire des isotopes rares et pour la compréhension des aspects fondamentaux des réactions qui y interviennent.

 

image

Tous les nucléides identifiés sont présentés sur la carte des noyaux (nombre de protons en vertical et nombre de neutrons en horizontal). Leurs sections efficaces mesurées expérimentalement sont indiquées avec un code couleur.

 

(1) Institut de physique nucléaire d’Orsay (IPNO)
(2) Gesellschaft für schwerionenen forschung, laboratoire allemand de physique nucléaire à Darmstadt

 

Pour en savoir plus

Contact chercheur

  • Monique Bernas, Tél : 01 69 15 77 80

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