<p>The reaction cross section gives the probability that a particle will undergo a nonelastic process when passing through a nuclear medium. Therefore reaction cross section data are of importance both for theoretical studies and for applications in such diverse fields as medicine, biology, astrophysics and accelerator-driven transmutation of nuclear waste.</p><p>There exist many data sets with angular distributions of elastic scattering, but very few measurements of the complementary reaction cross section have been performed. The measurement is in principle simple but has in practice proved to be very difficult to perform, and the relatively limited amount of experimental data displays some serious inconsistencies.</p><p>Results from measurements of reaction cross sections are presented for:</p><p>• ³He on ⁹Be, ¹²C, ¹⁶O, ²⁸Si, ⁴⁰Ca, ^58,60Ni, ^{112,116,118,120,124}Sn and ²⁰⁸Pb at 96, 138 and 167 MeV</p><p>• protons on ¹²C, ⁴⁰Ca, ⁹⁰Zr and ²⁰⁸Pb at six energies in the energy range 80-180 MeV, and on </p><p>⁵⁸Ni at 81 MeV. </p><p>Experimental uncertainties were 3-9% for ³He and 1.5-8% for protons.</p><p>The apparatus and the experimental method used for the measurements of reaction cross sections, using a modified attenuation technique, is described. The detection method enables simultaneous measurements of reaction cross sections for five different sizes of the solid angles in steps from 99.0 to 99.8% of the total solid angle. The final results are obtained by extrapolation to the full solid angle.</p><p>Experimental results are compared with predictions from optical model calculations using phenomenological global optical potentials.</p><p>Phenomenological parametrizations of reaction cross sections for scattering of projectiles on targets are presented. The parametrizations show that reaction cross sections are very sensitive to matter distributions at very large radii of both the projectile and the target. For protons the derived relations makes it possible to predict the reaction cross sections on targets for which no experimental data exist.</p>

Reaction cross sections were measured for protons at 65.5 MeV, for deuterons at 37.8, 65.5, 97.4 MeV, for 3He at 96.4, 137.8, 167.3 MeV, and for 4He at 69.6, 117.2, 163.9 and 192.4 MeV. Targets were 9Be, 12C, 16O, 28Si, 40,48Ca, 58,60Ni, 112,116,118,120,124Sn and 208Pb. 48Ca and 118Sn targets were used only for some of the measurements. Rest of the targets have been measured for all energies and projectiles but 4He at 69.6 MeV where reaction cross sections were measured for 9Be, 12C, 16O, 28Si, 40Ca targets. A modification of a standard attenuation technique was used. Details of the experimental design are presented. Experimental uncertainties were 2-3% for p, 3% for d and 3-10% for 3,4He. A strong forward peaking of the reaction products was observed for 3,4He. Therefore the standard reaction cross section measurement technique was not applicable for these projectiles. The forward peaking is also responsible for the increase of experimental uncertainties for these projectiles. The forward peaking of the reaction products is not known for other projectiles and has also not been observed with 3,4He at different - both higher and lower - energies. Possible explanations for this phenomenon are discussed. Optical model calculations of the reaction cross sections are in good agreement with the measured values. The measurements were performed with beams from the Gustav Werner cyclotron at the The Svedberg Laboratory, Uppsala.

The reaction cross section gives the probability that a particle will undergo a nonelastic process when passing through a nuclear medium. Therefore reaction cross section data are of importance both for theoretical studies and for applications in such diverse fields as medicine, biology, astrophysics and accelerator-driven transmutation of nuclear waste. There exist many data sets with angular distributions of elastic scattering, but very few measurements of the complementary reaction cross section have been performed. The measurement is in principle simple but has in practice proved to be very difficult to perform, and the relatively limited amount of experimental data displays some serious inconsistencies. Results from measurements of reaction cross sections are presented for: • 3He on 9Be, 12C, 16O, 28Si, 40Ca, 58,60Ni, 112,116,118,120,124Sn and 208Pb at 96, 138 and 167 MeV • protons on 12C, 40Ca, 90Zr and 208Pb at six energies in the energy range 80-180 MeV, and on 58Ni at 81 MeV. Experimental uncertainties were 3-9% for 3He and 1.5-8% for protons. The apparatus and the experimental method used for the measurements of reaction cross sections, using a modified attenuation technique, is described. The detection method enables simultaneous measurements of reaction cross sections for five different sizes of the solid angles in steps from 99.0 to 99.8% of the total solid angle. The final results are obtained by extrapolation to the full solid angle. Experimental results are compared with predictions from optical model calculations using phenomenological global optical potentials. Phenomenological parametrizations of reaction cross sections for scattering of projectiles on targets are presented. The parametrizations show that reaction cross sections are very sensitive to matter distributions at very large radii of both the projectile and the target. For protons the derived relations makes it possible to predict the reaction cross sections on targets for which no experimental data exist.

L'analyse dans des dépôts anciens des isotopes cosmogéniques in-situ, déjà largement employés dans les sédiments de rivières actuelles, a le potentiel de fournir des enregistrements haute résolution, sur des échelles de temps de 10 Ma, de taux de dénudations intégrés sur des bassins versant entiers. Nous avons étendu avec succès cette méthode à des sédiments des piedmonts du Tian-Shan (Chine) et de l'Himalaya (collines Siwaliks, Népal). Ces deux zones sont au coeur de débats sur l'évolution des relations climat/érosion/tectonique depuis ~10 Ma. Quatre sections au Tian-Shan, couvrant ~9 Ma, et une large étendue spatiale autour de cette chaîne, ne montrent pas de brusque accélération de l'érosion il y a ~3-5 Ma. Au contraire, nous observons à l'échelle régionale une augmentation progressive (× 4 entre 9 et 4 Ma) puis une stabilisation entre 4 Ma et l'actuel. Ces résultats suggèrent une influence limitée des cycles glaciaires quaternaires sur les taux d'érosion dans cette zone. Un enregistrement dans les sédiments himalayens ne montre également pas d'augmentation significative de l'érosion depuis ~6.5 Ma. Il est en revanche probablement le témoin de réorganisation des systèmes de drainages et d'évolutions tectoniques dans cette région. Avec ces études, nous avons ainsi pu produire pour la première fois des enregistrements haute résolution de taux d'érosion depuis ~10 Ma, grâce aux isotopes cosmogéniques. Cette méthode étant potentiellement applicable dans de nombreux contextes géologiques et climatiques, elle permettra indubitablement des avancées importantes dans la compréhension des processus de surface actuels et passés.

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L'4He et l'3He sont des systèmes modèles pour comprendre les propriétés quantiques de la matière fortement corrélée. C'est pour cette raison que plusieurs études ont été consacrées à la compréhension de leur dynamique. A basses températures où les effets quantiques jouent un rôle essentiel, les excitations élémentaires dans l'4He sont décrites par un mode collectif d'excitations: phonon-roton. Par contre pour un système d'3He la description est plus complexe, le spectre d'excitation a deux composantes: un mode collectif (zéro-son) et un continuum d'excitations incohérentes de type particule-trou. Les deux sont bien décrites par la théorie de Landau des liquides de Fermi qui trouve sa validité pour des petits vecteurs d'onde. Jusqu'à présent, on supposait que la dynamique dans les liquides de Fermi à vecteurs d'onde élevés était essentiellement incohérente. Cette thèse porte sur l'exploration, par diffusion inélastique de neutrons, des excitations collectives dans l'3He liquide 2D adsorbé sur un substrat de graphite. Un tel travail expérimental requiert trois ingrédients essentiels : un réfrigérateur à dilution afin de travailler à basses températures, un spectromètre temps de vol afin de mesurer le facteur de structure dynamique du système et un substrat solide (graphite exfolié ZYX) pour la préparation de films d'3He-2D par physisorption. Nos expériences sur ces films d'3He déposés en deuxième couche sur de l'4He solide adsorbé sur le graphite nous ont permis de faire les observations suivantes : à petit vecteur d'onde, le zéro-son est plus proche de la bande particule-trou que celui observé dans le cas de l'3He massif, tandis qu'à fort vecteur d'onde le mode collectif entre dans le continuum et réapparait de l'autre côté. Cette nouvelle branche, observée pour la première fois, est aujourd'hui décrite par la théorie dynamique à N-corps développée par nos collaborateurs de l'université Johannes Kepler de Linz, Autriche. Au cours de ce travail de thèse plusieurs techniques expérimentales ont été développées, en particulier, un réfrigérateur à dilution sans fluide cryogénique robuste adapté à des expériences de diffusion neutronique. Son optimisation a permis de réduire le temps de refroidissement de ce type de réfrigérateurs.

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L'amélioration de la précision et de la justesse des techniques basées sur les isotopes cosmogéniques passe par la mise au point de nouveaux protocoles analytiques, l'affinement des méthodes existantes et la calibration de leurs taux de production. Des tests spécifiques ont ainsi permis d'améliorer la technique standard d'analyse du 3He cosmogénique (3Hec) dans les olivines et les pyroxènes, grâce à l'identification d'une perte de 3Hec lors de l'étape préliminaire de broyage. De même, un nouveau protocole de traitement chimique a été mis au point pour la mesure du 10Bec in situ dans ces minéraux. L'utilisation de ces méthodes affinées sur des phénocristaux naturels conduit à proposer de nouveaux taux de production de 128±5 at.g-1.a-1 pour le 3Hec dans les olivines et de 4.4±0.6 at.g-1.a-1 pour le 10Bec dans les clinopyroxènes. Ces valeurs sont obtenues par calibration sur des coulées basaltiques du Mt Etna (Sicile, 38°N), du Mauna Loa et du Mauna Kea (Hawaii, 19°N) qui ont été datées par K-Ar ou 14C entre 1.47±0.05 et 149±23 ka. La fiabilité de la méthode de datation par 3Hec a été mise à profit pour établir avec précision la chronologie du dernier retrait glaciaire du Mauna Kea (Hawaii). L'âge du dernier maximum glaciaire (DMG) local a été contraint entre 19 et 16 ka. Ces datations ont de plus été valorisées par simulation numérique des conditions paléoclimatiques. Il a ainsi été établi que le refroidissement en haute altitude (> 3000 m) du Pacifique Central était de l'ordre de 7±1°C au DMG. Le réchauffement post glaciaire n'a été significatif qu'à partir de ~15 ka, ce résultat confirmant le comportement isolé de cette zone par rapport au reste du Pacifique. Enfin, il a été montré que les objets géologiques ayant enregistrés des expositions anciennes (ou fossiles) ont le potentiel pour quantifier des paramètres aussi variés que la mesure de paléoaltitudes, de paléo-taux d'érosion ou la vitesse d'émission des grandes provinces volcaniques. Les incertitudes et les limites de ces nouvelles méthodes ont été à la fois évaluées par simulation numérique et testées sur des objets géologiques.

Le sujet de ce travail est la conception d'une caméra bolométrique à bas niveau de bruit pouvant contenir jusqu'à un millier de pixels. Ce type d'architecture est proposé pour la réalisation d'une nouvelle génération d'instruments dédiés à l'astronomie millimétrique. La caméra offrira d'intéressantes perspectives pour la cosmologie et la physique galactique. Nous avons défini les spécifications de la chaîne optique et des détecteurs, pour une utilisation optimale du radiotélescope de 30m de l'IRAM. Nous avons ouvert la voie à la réalisation de matrices de bolomètres par des procédés de microfabrication. Une partie importante du travail est consacrée à la caractérisation électrique de couches minces thermométriques de NbSi à très basse température (0,1 K). Nous avons étudié le problème du multiplexage des signaux, afin de mesurer un grand nombre de détecteurs en évitant les inconvénients liés au câblage. Nous proposons une électronique de proximité fonctionnant à très basse température.

As novel engineered nanoparticles such as single-walled carbon nanotubes (SWCNT) are extensively used in nanotechnology due to their superior properties, it becomes critical to fully understand their biodistribution and effect when accidently inhaled. There fore, development of animaging technique which allow longitudinal in vivo follow-up of SWCNT effect based on their intrinsic properties is highly desirable. Non invasive free-breathing hyperpolarized 3He lung MRI protocol was developed complementary to proton systemic MR protocol to allow monitoring SWCNT based on their intrinsic iron impurities after intrapulmonary exposition. Combined toproton lung MRI and ex vivo optical and electron microscopy at different time points, this protocol represents a powerful multimodality imaging techniques which allows a full characterization of the biodistribution and biological impacts of iron containing SWCNT. SWCNT was found to produce granulomatous and inflammatory reactions in a time and dose dependent manner with their bio persistenc eafter intrapulmonary exposition.From biological impact evaluations after intrapulmonary exposition towards biomedical applications, SWCNT hold promise for applications in nanomedicine field with their distinct architecture and their novel physicochemical properties. The biodistribution and pharmacological profile of various well-dispersed pristine and functionalized SWCNT were assessed in blood and target tissues after their intra venous administration by longitudinal in vivo susceptibility weighted MRI and their potential effect on liver metabolism by ex vivo HRMAS 1H NMR. No presence ofacute toxicological effect (variation in liver metabolism) was observed confirmed by the absence of clustering in NMR spectra using Principal Component Analysis (specific biomarkers of toxicity).