[PDF] Étude expérimentale et théorique de la structure nucléaire des

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THÈSE

Pour obtenir le grade de

DOCTEUR DE LA COMMUNAUTE UNIVERSITE

GRENOBLE ALPES

Spécialité

: 2MGE : Matériaux, Mécanique, Génie civil,

Electrochimie

Arrêté ministériel : 25 mai 2016

Présentée par

Yvan Gratchev

Thèse dirigée par

Gabriela THIAMOVA, Maitre de Conférences,

Grenoble INP, et

codirigée par

Gary Simpson

, Chargé de recherche, CNRS-LPSC co-encadrant Aurélien Blanc, l'ILL préparée au sein du

Laboratoire Laboratoire de Physique

Subatomique et Cosmologie

dans l'École Doctorale I-MEP2 - Ingénierie - Matériaux, Mécanique, Environnement, Energétique, Procédés,

Production

Étude expérimentale et théorique de la

structure nucléaire des isotopes de sélénium riches en neutrons.

Thèse soutenue publiquement le

13 novembre 2017,

devant le jury composé de

Monsieur Alain Astier

Chargé de recherche au CSNSM (Orsay), Rapporteur

Monsieur David Verney

Directeur de recherche à l'IPNO (Orsay), Rapporteur

Monsieur Gilbert Duchêne

Directeur de recherche à l'IPHC, Examinateur

Monsieur Eric Liatard

Professeur de l'Université de Grenoble Alpes, (Grenoble), Examinateur

Monsieur François De Oliveira Santos

Directeur de recherche au GANIL (Caen), Examinateur

Résumé

Le présent manuscrit de thèse regroupe les études par spectroscopieγdes noyaux84-88Se produits par une réaction de fission froide induite par neutrons thermiques, sur une cible de

235U. Cette expérience a été réalisée à l"Institut Laue-Langevin à Grenoble auprès

du multi-détecteurs EXILL. Les données brutes recueillies par EXILL ont été traitées et

analysées afin de déterminer la structure des noyaux étudiés. Grâce à cette étude spectro-

scopique détaillée, un premier schéma de niveaux d"

88Se a été établi pour la première fois

et de nouveaux états excités ont été assignées à d"autre isotopes de sélénium (

84,85,86,87Se).

Des calculs théoriques utilisant le modèle en couches (SM), le modèle collectif algébrique

(ACM) et le modèle quasiparticule plus phonon (QPM), ont été effectués pour interpréter

la structure nucléaire et la forme du noyau d"intérêt

88Se. Selon ces modèles, le noyau88Se

estγ-instable et peut être interprété comme un noyau transitoire et sa structure nucléaire

a été bien reproduite par le modèle en couches et le modèle ACM. Les calculs du modèle

QPM indiquent que le degré de collectivité de l"état2+2du88Se est faible parce que une composante neutronique reste dominante dans la structure de la bandeγ.

Abstract

The present thesis manuscript includes theγ-ray spectroscopy studies of84-88Se. A fa- vourable fission reaction for their study is

235U(nth,f). The measurement was performed

at the PF1B cold-neutron beam facility of the Institut Laue-Langevin (ILL), Grenoble. This fission reaction has been used in conjunction with the EXILL Ge array to study ex- cited states in the neutron-rich Se nuclei. Thanks to this spectroscopic study, a first level scheme of

88Se was established and new excited states were assigned to other selenium

isotopes. Theoretical calculations using the shell model (SM), the algebraic collective mo- del (ACM) and the quasiparticle plus phonon model (QPM) were performed in order to interpret the nuclear structure and the shape of the nucleus of interest

88Se. According to

these models, the nucleus

88Se isγ-unstable and can be interpreted as a transitional nu-

cleus. The shell-model calculations using a

78Ni core and the ACM calculations reproduce

the decay scheme of

88Se well. The QPM calculations show that the collectivity of second

state2+2of88Se is weak and that this state contains a strong quasiparticle component.

Remerciements

L"écriture des quelques mots qui suivent constitue la dernière étape des trois années de doctorat passées au sein du Laboratoire de Physique Subatomique et Cosmologie à Grenoble. J"espère sincèrement avoir pu exprimer ma gratitude tout au long de ces années et qu"il ne s"agit que d"une simple immortalisation sur papier... A l"issue du travail de

cette recherche, je suis convaincue que la thèse est loin d"être un travail solitaire. En effet,

je n"aurais jamais pu réaliser ce travail doctoral sans le soutien d"un grand nombre de

personnes dont la générosité, la bonne humeur et l"intérêt manifestés à l"égard de ma

recherche m"ont permis de progresser dans cette phase délicate de "l"apprenti-chercheur". Mes remerciements s"adressent en premier lieu à ma directrice de thèse, Madame Gabriela Thiamova pour sa confiance et ses conseils qui m"ont permis de progresser sans cesse durant ces 3 ans. Je tiens à lui remercier pour ses multiples conseils et pour toutes

les heures qu"elle a consacré à diriger cette recherche. J"aimerais également lui dire à quel

point j"ai apprécié son grand soutien. Elle fut d"une aide précieuse dans les moments les

plus délicats. Enfin, j"ai été extrêmement sensible à ses qualités humaines d"écoute et de

compréhension tout au long de ce travail doctoral. Je suis heureux d"avoir pu faire sa connaissance et je suis fier de pouvoir la compter au nombre de mes amis. Je tiens à remercier mon co-encadrant Monsieur Aurélien Blanc qui a emmené son aide et ses conseils pour mes préparations aux séminaires des doctorants de l"ILL sans lesquels ma recherche serait certainement moins riche. Je remercie Monsieur Gary Simpson pour son accueil, le temps passé ensemble, les discussions sur différentes thèmes de la physique et le partage de son expertise. Grâce aussi à sa confiance j"ai pu m"accomplir totalement dans mes recherches. J"aimerais également remercier tout particulièrement Monsieur Mourad Ramdhane qui m"a beaucoup aidé et n"a jamais compté son temps ni son énergie. J"ai apprécié sa

grande disponibilité et son respect sans faille des délais serrés de relecture des documents

que je lui ai adressés. Ses remarques étaient toujours pertinentes et ses conseils furent irremplaçables. Je tiens également à remercier Anissa Boukhemiri, Blaise-Maei Retailleau, Sébastien Curtoni, Laura Ferraris-Bouchez pour leur amitié. Ce fut une joie de vous avoir comme voisins de "bureau", ce qui nous permettait de nous saluer chaque matin et d"échanger nos 5 nouvelles. Je remercie Mohamed Zeloufi et Abderrahmane Ghimouz pour ses humours et nos discutions autour d"un café. Mes remerciements vont aussi à mon ami, Mahfoud Yamouni, j"apprécie ta gentillesse et ta franchise, tes qualités humaines font de toi une personne exceptionnelle. Thanks to Kimiko Yamashita for all the time passed to discuss, and for all the fun we have had. Je remercie tout d"abord les membres de mon jury, à savoir Messieurs Eric Liatard, Gilbert Duchêne et François de Oliveira Santos. Parmi ces personnes je tiens à remercier tout particulièrement les deux rapporteurs Monsieur Alain Astier et Monsieur David Verney qui étaient également présents au soutenance de ma thèse. Je remercie Monsieur Bernard Bouterin et Madame Catherine Biscarat pour avoir résolu certains de mes problèmes informatiques. Mes reconnaissances vont à mes parents et ma petite soeur bien aimée, Ludmila, qui ont représentés pour moi un véritable soutien dans les moments difficiles. Leur soutien a remonté mon moral et mon bonheur durant les épreuves difficiles endurées au cours de ces 3 ans de thèse. Cette thèse a été l"objet d"une collaboration entre le Laboratoire Physique Subato- mique&Cosmologie et l"Institut Laue-Langevin. J"en profite pour remercier toutes les personnes du groupe NNP à l"ILL. Je remercie tout ceux que j"oublie et qui ont contribué de près ou de loin au bon déroulement de la thèse.

Saint Martin Le Vinoux, 28 Juin 2017Y. N. Grachev

Table des matières

1 Introduction

1

I Études expérimentales

2 Dispositif expérimental et méthode d"analyse

5

2.1 L"instrumentation et l"expérience

6

2.1.1 Motivation de l"expérience

6

2.1.2 Détecteurs germanium

9

2.1.2.1 Principe des détecteurs semi-conducteurs

9

2.1.2.2 JonctionN-P. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10

2.1.2.3 Les processus d"interaction photon-matière dans un détecteur

12

2.1.2.4 Détecteurs EXOGAM de type Clovers

14

2.1.3 Dispositif expérimental d"EXILL

15

2.2 Méthode d"analyse et étalonnage

19

2.2.1 Méthode de tri

20

2.2.2 L"Add-Back dans les Clovers

21

2.2.3 Efficacité des détecteurs EXOGAM et le facteurf. . . . . . . . . .23

2.2.4 Alignement en temps des Clovers

27

2.2.5 Alignement en énergie des Clovers

29

2.2.6 PRD-calibration

31

2.2.7 Cube triple-γen coïncidences. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

3 Techniques d"analyse et les résultats expérimentaux

37

3.1 Cas du couple de fragment de fission Se/Ce

38

3.1.1 Identification des isotopes de Se

38

3.1.2 Corrélation en masse

43

3.1.3 Résultats expérimentaux

44

3.1.3.1 Schéma de niveaux du

84Se. . . . . . . . . . . . . . . . . 45

3.1.3.2 Schéma de niveaux du

85Se. . . . . . . . . . . . . . . . . 54

Table des matières

3.1.3.3 Schéma de niveaux du

86Se. . . . . . . . . . . . . . . . . 58

3.1.3.4 Schéma de niveaux du

87Se. . . . . . . . . . . . . . . . . 67

3.1.3.5 Schéma de niveaux du

88Se. . . . . . . . . . . . . . . . . 74

3.1.4 Intensités relatives

83

II Études théoriques

4 L"approche macroscopique

89

4.1 Mouvement collectif dans les noyaux

90

4.1.1 Mode vibrationnel

90

4.1.2 Mode rotationnel

92

4.2 Modèle collectif algébrique (ACM)

94

4.2.1 Introduction au modèle ACM

95

4.2.2 Sous-modèle de l"oscillateur harmonique sphérique

99

4.2.3 Sous-modèle Wilets-Jean

101

4.2.4 Sous-modèle du rotateur rigide

103

4.3 Modèle quasiparticule plus phonon

104

4.3.1 Modèle en couches déformé (modèle de Nilsson)

105

4.3.2 L"approximation BCS

109

4.3.3 L"approximation RPA (Random Phase Approximation)

109

4.3.4 Une base théorique du modèle QPM

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