Sujet :

Etude de la dissipation dans le processus de fission

Contexte :

Parmi les différentes réactions nucléaires, la fission est sans aucun doute l’une des plus difficiles à décrire, reflétant la diversité des aspects dynamiques du problème à N corps. Lors de ce processus dynamique, le noyau se retrouve dans des états de déformations extrêmes aboutissant à la formation de deux fragments. La sensibilité des propriétés de fission par rapport au noyau étudié ou aux conditions initiales atteste de la richesse du phénomène dans lequel interviennent différents aspects de structure comme les effets de couches ou la superfluidité.

Objectif de la thèse :

Dans ce cadre, les études réalisées au CEA se concentrent jusqu’ici sur la fission d’actinides à l’hypothèse adiabatique : à chaque étape du mouvement collectif le noyau est considéré dans son état de minimum d’énergie. Seuls les degrés de libertés collectifs (typiquement des variables de déformation) sont alors utilisés. Néanmoins les mécanismes de brisure de paires de nucléons ont été expérimentalement observés et l’énergie dissipée dans les excitations individuelles (ou intrinsèques) de ces nucléons est estimée de l’ordre de 15-20 MeV au moment de la scission. Ce sujet de thèse s’intéresse à la prise en compte des états excités de basse énergie du noyau pour décrire la fission de basse énergie, jusqu’à quelques MeV au-dessus de la barrière de fission.

Déroulement de la thèse :

Pour cela, le Schrödinger Collective Intrinsic Model (SCIM) a été récemment développé en généralisant la méthode de la coordonnée génératrice (GCM) couramment utilisée pour décrire la fission. Dans le SCIM des excitations à 2 quasi-particules sont prises en compte et l’équation de type Schrödinger du modèle est régie par un Hamiltonien comprenant les couplages entre les différents degrés de libertés collectifs et intrinsèques choisis. Dans un premier temps, les différents termes de cet Hamiltonien collectif-intrinsèque entre états excités seront dérivés et calculés numériquement. Il s’agira de déterminer l’importance des différents termes du Hamiltonien et ainsi comprendre la nature des couplages dominants entre états quantiques du noyau.
D’autre part, en GCM, la fonction d’onde du noyau se propage sur une surface d’énergie potentielle dont chaque point correspond à l’état d’énergie minimale du noyau pour une déformation fixée. La seconde partie de la thèse sera dévolue à la mise en oeuvre du SCIM : la fonction d’onde du noyau fissionnant se propagera ici sur les différentes surfaces d’énergie potentielle générées par les excitations intrinsèques et l’état de minimum d’énergie grâce aux différents couplages précédemment étudiés.
L’application du SCIM sera alors réalisée sur des actinides d’intérêt. L’estimation de l’énergie dissipée dans les excitations intrinsèques permettra une bien meilleure estimation de la distribution de l’énergie disponible à la scission dans l’énergie cinétique totale de fission, l’émission de neutrons prompts ou de photons. Ces applications seront permises grâce aux ressources exceptionnelles de calcul du CEA DAM.
Cette thèse s’inscrira dans le cadre d’une collaboration internationale entre le CEA DAM, l’Australian National University (Canberra, Australie), l’Universidad Autonoma de Madrid (Espagne) et le Lawrence Berkeley national laboratory (Berkeley, USA) et sera co-dirigé par Rémi BERNARD de l’Université de Canberra (Australie).

Directeur de thèse et école doctorale :

PILLET Nathalie
ED 576 – Particules, Hadrons, Energie, Noyau, Instrumentation, Imagerie, Cosmos et Simulation (PHENIICS)
Université Paris-Saclay

Encadrant :

PILLET Nathalie
CEA/DAM Ile-de-France – Bruyères-le-Châtel, 91297 Arpajon
Tél. : 01.69.26.40.00. – nathalie.pillet@cea.fr