L'utilisation des lasers de puissance permet l'étude des propriétés de la matière dans des conditions extrêmes de température et de densité. En effet, l'interaction d'un laser de puissance sur une cible créée un plasma dont la température est suffisamment grande pour atteindre des degrés d'ionisation élevés. Ces conditions peuvent permettre, via divers processus, d'exciter le noyau dans un état nucléaire et notamment dans un état isomère. Un noyau d'intérêt pour étudier ces phénomènes est le 201 Hg. Ce travail de thèse s'inscrit dans le cadre du dimensionnement d'une expérience visant la mise en évidence de l'excitation du 201 Hg dans un plasma laser.La première partie de ce manuscrit présente la détermination des taux d'excitation nucléaire dans les plasmas. Depuis une dizaine d'années les taux d'excitation sont déterminés en utilisant le modèle de l'atome moyen. Afin de valider ce modèle, un code, appelé ADAM (Au-Delà de l'Atome Moyen), a été développé afin de calculer le taux d'excitation nucléaire en DCA (Detailed Conguration Accounting). Il nous permettra d'en déduire un domaine thermodynamique en température et densité où les taux d'excitation déterminés avec le modèle de l'atome moyen sont pertinents.La deuxième partie présente le couplage des taux d'excitation nucléaire avec un code hydrodynamique afin d'en déduire, pour différentes intensités laser, le nombre de noyaux qu'il serait possible d'exciter par tir laser. Enfin, dans une dernière partie,les premières approches expérimentales qui serviront au dimensionnement d'une expérience sur une installation laser sont présentées. Ces approches sont basées sur la détection et la détermination de la quantité d'ions multichargés obtenue loin de la cible (~80 cm). Pour cela, un déviateur électrostatique a été utilisé. / The use of high power lasers allows the study of the properties of matter in extremeconditions of temperature and density. Indeed, the interaction of a power laser and atarget creates a plasma in which the temperature is high enough to reach important degrees of ionization. These conditions can allow the excitation of the nucleus. Anucleus of interest to study the processes of nuclear excitation is the 201 Hg. Thiswork aims to design an experiment where the 201 Hg excitation will be observed in aplasma produced by a high power laser. The first part of this manuscript presents the calculation of the expected nuclear excitation rates in the plasma. For about ten years, nuclear excitation rates have been calculated using the average atom model. To validate this model a code named ADAM (french acronym for Beyond The Average Atom Model) was developed to calculate the nuclear excitation rates under the DCA (Detailed Configuration Accounting) hypothesis. ADAM allows us to deduce the thermo dynamical domain where the nuclear excitation rates determined with the average atom model are relevant. The second part of this manuscript presents the coupling of the excitation rate calculation with a hydrodynamic code to calculate the number of excited nuclei produced in one laser shot for different laser intensity. Finally, in the last part, first experimental approaches which will be used to design an experiment on a laser installation are presented. These approaches are based on the detection and determination of the amount of multicharged ions obtained far from the target (~80 cm). For this purpose, an electrostatic analyzer was used.

Les fonctions d'excitation de fusion-évaporation des systèmes 70Zn+150Nd et 86Kr+130,136Xe sont mesurées pour une énergie d'excitation du noyau composé (216,220,222Th) variant de 7 MeV à 70 MeV (soit 4 à 5 MeV par nucléon d'énergie incidente), auprès de l'UNILAC du laboratoire de recherche GSI, Darmstadt (Allemagne). Après désexciation par évaporation (xn, pxn et αxn), les noyaux résiduels sont séparés du faisceau principal et des autres produits de réaction par le filtre de vitesse SHIP et implantés dans un détecteur à localisation. Les énergies caractéristiques des alphas de décroissance de ces noyaux permettent de les identifier et de déduire leur taux de production. Les fonctions d'excitation expériementales de fusion-évaporation sont comparées avec celles menant aux mêmes noyaux composés obtenus par d'autres combinaisons projectile et cible et avec celles calculées par un code développé au GSI. Ce code permet d'évaluer l'évolution des probabilités de fusion avec l'énergie incidente pour chaque système. La variation des sections efficaces et de la probabilité de fusion est étudiée en fonction des variables macroscopiques et microscopiques des noyaux projectiles et cibles. Dans la synthèse de noyaux super-lourds, ces résultats démontrent quantitativement l'intérêt d'utiliser des partenaires de fusion riches en neutrons d'une part et à couche fermée d'autre part (la section efficace de fusion augmente d'un facteur 9 par paire de neutrons supplémentaires). Par contre, la présence d'une couche fermée dans le noyau composé n'influence pas la section efficace de fusion. Il sera moins difficle de synthétiser des noyaux de Z supérieur à 110 à partir de faisceaux secondaires de projectiles enrichis en neutrons, ce qui permettra aussi d'atteindre les isotopes des noyaux super-lourds proches des vallées de stabilité.

Ce manuscrit de thèse décrit le développement d'un faisceau d'électrons intense et bref qui s'insère dans le cadre de la recherche sur les propriétés nucléaires de la matière au sein des plasmas chauds et denses. Afin d'obtenir un tel faisceau, une nouvelle source a été imaginée, dont le principe est basé sur l'extraction des électrons d'un plasma produit par une impulsion laser intense. La caractérisation du plasma produit par laser lors de son expansion fait l'objet d'une première partie expérimentale de ce manuscrit. Ensuite, une différence de potentiel électrique de l'ordre de quelques kV appliquée sur le plasma lors de son expansion montre que l'extraction des électrons est un processus dynamique. Ces observations expérimentales sont validées par des études numériques à l'aide du code de simulation Particle-In-Cell "XOOPIC". Enfin, les distributions en surface et en énergie des électrons extraits du plasma sont déterminées expérimentalement et numériquement tout au long de l'expansion du plasma, ce qui fait l'objet d'une ultime partie de ce manuscrit. Pour cela, un détecteur de type Faraday Cup est utilisé. Une analyse de l'intensité d'émission du courant d'électrons via un modèle numérique met en évidence la présence d'un pré-plasma fournissant un champ électrique extracteur supplémentaire. / This Ph.D thesis describes the development of an intense and brief electron beam and forms part of the research on the nuclear properties of matter in hot and dense plasmas. In order to obtain such a beam, a new source has been created, the principle is based on the extraction of electrons from a plasma produced by an intense laser pulse. The characterization of the laser-produced plasma during its expansion is the subject of a first experimental part of this thesis. Then, an electrical potential of the order of a few kV applied to the plasma during its expansion shows that the extraction of the electrons is a dynamic process. These experimental observations are validated by numerical studies using Particle-In-Cell simulation code "XOOPIC". Finally, the surface and energy distributions of the electrons extracted from the plasma are determined experimentally and numerically throughout the plasma expansion, which is the final part of this thesis. For this, a Faraday Cup type detector is used. An analysis of the emission intensity of the electron current with a numerical model shows the presence of a pre-plasma providing an additional extracting electric field.

Ce travail, à la fois expérimental et théorique, présente l’étude d’un processus d’excitation nucléaire, appelé NEET (Nuclear Excitation by Electron Transition), faisant intervenir un cou-plage entre le noyau et le cortège électronique. Dans celui-ci, une désexcitation électronique peut induire une excitation nucléaire si les transitions nucléaire et atomique sont résonantes et ont la même multipolarité. Le noyau de84Rbest un bon candidat pour mettre en évidence ce processus dans un plasma créé par laser car il possède une transition de basse énergie (environ 3 keV) entre l’état isomérique (Jπ= 6−,T1/2= 20,26min) et l’état Jπ= 5−(T1/2= 9ns). Afin d’évaluer un taux d’excitation par effet NEET, il est nécessaire de décrire les états atomiques dans un plasma et de caractériser précisément la transition nucléaire.Afin d’obtenir une description précise des états atomiques dans un plasma, une méthode de calcul de structure atomique a été développée. Cette méthode est basée sur le code de physique atomique MCDF (Multi-Configuration Dirac-Fock) et emploie une technique de sélection des configurations électroniques les plus probables en tenant compte des propriétés du plasma. Cette méthode de calcul a été validée par l’interprétation d’un spectre X émis par un plasma de Rb produit avec le laser PHELIX du GSI à une intensité de6×1014W/cm2.L’énergie de la transition nucléaire entre les états6−et5−n’était pas connue avec une précision suffisante (∼200eV) pour une évaluation précise du taux d’excitation par effet NEET.Deux expériences de spectroscopie γ ont alors été réalisées auprès des accélérateurs ELSA duCEA/DAM/DIF et Tandem de l’IPN d’Orsay. Elles ont permis d’améliorer de plus d’un ordre de grandeur la précision sur l’énergie de cette transition.A l’issue de ce travail, une évaluation du taux d’excitation par effet NEET dans un plasma a été réalisée afin de dimensionner une expérience. D’après celle-ci, le plasma doit avoir une température suffisamment élevée (de l’ordre de 400 eV) afin d’obtenir un nombre d’isomères excités suffisant pour être détectés. / This experimental and theoretical work deals with the Nuclear Excitation by Electron Tran-sition (NEET) process which involves a coupling between the nucleus and its electron cloud. In this process, an electron de-excitation can induce a nuclear excitation if the atomic and nuclear transitions are resonant and have the same multipolarity. This process could be observed in a laser created plasma of 84Rb because this nucleus has a low energy transition (around 3 keV) between the isomeric state (Jπ= 6−,T1/2= 20,26m) and theJπ= 5−(T1/2= 9ns) state. To evaluate a NEET excitation rate, the atomic states in plasma must be described and the nuclear transition must be precisely characterised.To describe the atomic states in plasma, a method based on a MCDF (Multi-ConfigurationDirac-Fock) code was developed. This one uses a procedure to select the most probable atomic configurations according to the plasma properties. This method was checked by the interpretation of a X-rays spectrum emitted by a Rb plasma. This plasma was produced by the PHELIXlaser of the GSI laboratory at an intensity of6×1014W/cm2.The energy of the nuclear transition between the states6−and5−was not accurate enough for the NEET rate evaluation. Twoγ-rays spectroscopy experiments were conducted at the ELSA accelerator from CEA/DAM/DIF and at the Tandem accelerator from the Orsay laboratory. The accuracy of the nuclear transition energy was improved of more than one order of magnitude. In this work, the NEET rate was evaluated to predict an experiment. The Rb plasma must have a high temperature (around 400 eV) to obtain a sufficient number of excited isomers and therefore to make possible the detection.