Le travail présenté dans ce manuscrit regroupe quatre études par spectroscopie gamma de quatre noyaux produits par une réaction de fission induite par protons de 25 MeV, sur une cible épaisse d'238U. Cette expérience a été menée au JYFL à Jyväskylä auprès du multidétecteur JUROGAM II. Dans ce manuscrit l'étude spectroscopique détaillée des noyaux : 84Se, 86Se, 83As et 98Y a été menée. Les trois premiers noyaux sont des noyaux sphériques se situant au voisinage de la couche magique N = 50. Leurs études peuvent permettre de mieux aborder l'évolution du gap de cette couche, mais aussi d'améliorer les interactions utilisées dans les calculs de modèle en couches permettant de reproduire leurs comportements. Huit nouvelles transitions ont pu être assignées à ces noyaux, ces résultats expérimentaux sont relativement bien en accord avec les calculs de modèle en couches effectués. Le noyau 98Y est un noyau possédant une coexistence de formes nucléaires. Alors que les états d'énergies inférieures à 500keV ont une configuration sphérique, les états situés au dessus sont déformés. Cinq nouvelles transitions ont été déterminées et ajoutées au schéma de niveaux existants, et deux calculs utilisant deux modèles collectifs ont été réalisés. Le premier utilisant le modèle GICM reproduit le comportement des états au dessous de 500keV et le deuxième QPRM reproduit les états prolate déformés permettant l'assignation d'un comportement sphérique à l'isomère (10-). / The work presented in this thesis includes four gamma-ray spectroscopy studies of four nuclei produced by fission induced by 25 MeV protons, on a thick target of 238U. This experiment was realized at JYFL in Jyväskylä with the multi-detector JUROGAM II. In this manuscript a detailed spectroscopic study of nuclei : 84Se, 86 Se, 83 As and 98Y was performed. The first three nuclei are spherical and they are on or adjacent to the N =50 shell closure. Their studies provide a better understanding of the possible decrease in energy of this shell closure, and also of the interactions used in shell-model calculations. Eight new transitions have been assigned to these nuclei and these experimental results are in a relatively good agreement with the shell-model calculations. In the nucleus 98Y a coexistence of nuclear shapes is observed. While the low-energy states below 500keV have a spherical configuration, higher lying states are deformed. Five new transitions were discovered and added to the existing levels scheme, and two calculations using two collective models have been made. The first set of calculations has used the GICM model to reproduce the behavior of states below 500keV and the second set of calculations has used QPRM to reproduce the prolate deformed states, and permitted the assignment of a spherical shape to the isomer (10-).

The general fission process is well known and is applied in nuclear power plants all over the world. However many properties of fission fragments are still not well understood. The angular momentum distribution of fission fragments is an important property to gain a better understanding of the fission process, and that can be derived indirectly from isomeric yield ratios. The goal of this project has been to develop a script in Python that runs the nuclear reaction code TALYS with the Total Monte Carlo method to calculate the isomeric yield ratio. The script generates a matrix consisting of excitation energies and angular momenta that is provided to TALYS. One matrix corresponds to one calculation of the isomeric ratio. Thus, the dependency of the isomeric yield ratio on these matrices can be observed. After looking into the matrices, the dependencies of the isomeric yield ratios on the excitation energies and the angular momentum distribution are observed. In this project, the calculated isomeric yield ratios are compared with the experimental value obtained from an experiment conducted in August of 2019 at the IGISOL-JYFLTRAP facility in Jyväskylä, Finland. It is worth mentioning that, fission system is of Uranium-238 which was induced by a proton beam at an energy of 25 MeV. The dependency of the isomeric yield ratio (IYR) on the angular momentum and the excitation energy has been investigated. However, it has proved more difficult than expected, to deduce an estimation for the angular momentum distribution. Another finding of this project is that the two codes used, GEF and TALYS sometimes produce inconstant results.

La fission nucléaire consiste en la brisure d'un noyau lourd, généralement un actinide, en deux noyaux plus légers (ou trois dans quelques rares cas). Ce phénomène a été découvert par Hahn et Strassman en 1938. Très rapidement Meitner et Frisch proposèrent une explication théorique pour ce processus à l'aide du modèle de la goutte liquide. Depuis les modèles n'ont cessé d'évoluer et de se complexifier à travers l'ajout de nouveaux mécanismes et l'observation de nouveaux phénomènes. L'amélioration des modèles est un enjeu important à la fois pour la compréhension fondamentale du processus de fission mais aussi pour les applications. En effet, le dimensionnement des réacteurs futurs s'appuie de plus en plus sur des simulations numériques. Il devient dès lors primordial de réduire les incertitudes associées aux données utilisées. Cela passe alors par la validation des hypothèses sous-jacentes des modèles de fission nucléaire.Dans le cadre de cette thèse, on s'intéresse à deux aspects de la fission nucléaire qui permettront de tester la robustesse des théories. L'un des aspects concerne l'étude des fragments de fission issus de la région de la symétrie à travers la mesure des rendements et des distributions en énergie cinétique. L'autre aspect étudié est le moment angulaire des fragments de fission.Afin d'accéder au moment angulaire des fragments de fission, l'une des possibilités est d'analyser les propriétés des particules promptes, qui est l'une des ambitions du projet FIPPS (FIssion Product Prompt gamma-ray Spectrometer). Une partie de ce travail a été de caractériser les propriétés des spectromètres magnétiques gazeux à travers des mesures expérimentales et le développement d'une simulation Monte Carlo.La seconde partie de ce travail a consisté en la mesure de rapports isomériques et en l'extraction de la distribution du moment angulaire des fragments de fission à l'aide d'un code de désexcitaiton nucléaire. La mesure d'un noyau doublement magique ($^{132}$Sn) permet de mettre en lumière les limites actuelles des modèles de fission.Enfin la dernière partie de ce travail porte sur la mesure des rendements et des distributions en énergie cinétique des fragments de fission. Certains modèles prédisent l'existence de modes dans la fission nucléaire. La région des masses symétriques est dès lors un lieu de choix pour vérifier la validité de ces affirmations.Il est à noter qu'en parallèle de ces études, un accent fort a été mis sur le développement de méthodes d'analyse s'appuyant sur des outils statistiques afin notamment d'améliorer l'évaluation des incertitudes expérimentales. / Nuclear fission consists in splitting a nucleus, in general an actinide, into smaller nuclei. Despite nuclear fission was discovered in 1939 by Hahn and Strassman, fission models cannot predict the fission observables with an acceptable accuracy for nuclear fuel cycle studies for instance. Improvement of fission models is an important issue for the knowledge of the process itself and for the applications. To reduce uncertainties of the nuclear data used in a nuclear reactor simulation, a validation of the models hypothesis is mandatory.In this work, two features of the nuclear fission were investigated in order to test the resistance of the theories. One aspect is the study of the symmetric fission fragments through the measurement of their yield and kinetic energy distribution. The other aspect is the study of the fission fragment angular momentum.Two techniques are available to assess the angular momentum of a fission fragment. The first one is to look at the properties of the prompt $gamma$. The new spectrometer FIPPS (FIssion Product Prompt gamma-ray Spectrometer), is currently under development at the ILL and will combine a fission filter with a large array of $gamma$ and neutron detectors in order to respond to these issues. The first part of this work is dedicated to the study of the properties of a Gas Filled Magnet (GFM) which is the type of fission filter considered for the FIPPS project.The second part of this work deals with the measurement of isomeric yields and evaluations of the angular momentum distribution of fission fragments. The study of the spherical nucleus $^{132}$Sn shed the light on the current limits of fission models.Finally, the last part of this work is about the measurement of the yields and kinetic energy distributions of symmetric fission fragments. Since models predict the existence of fission modes, the symmetry region is a suitable choice to investigate this kind of prediction.In parallel with all these studies, an emphasis on the development of new methods derived from statistical tools is achieved in order to better control the uncertainties and estimate the biases.

There is a brief introduction explaining the themes in the literature available to date and how this thesis aims to add to available material. In chapter one I give an account of early British research into nuclear science, including collaboration between British universities and the effect the MAUD Report had on accelerating the United States atomic programme. I introduce the main British scientists here . In chapter two I focus on diplomacy between Britain and the United States in the period up to the Quebec Agreement. The two countries had their own atomic programmes at this stage and I discuss the lead up to the amalgamation of both programmes in August 1943. Chapter three examines the British raids on German heavy water facilities and the efforts to stop Germany acquiring the means to make an atomic bomb before the Allies. Co-operation between the British and U.S teams at Los Alamos is discussed, along with the crucial role played by Britain in assisting the American scientists. The British nuclear spies are featured in chapter four, focusing on Alan Nunn May and Klaus Fuchs. Their actions are discussed along with their arrests and trials. Effects of their cases on British atomic diplomacy with the Americans are highlighted. The final section sums up the legacies of Britain¿s nuclear programme and its effect on British Cold War politics with America and the U.S.S.R. The fusion, or hydrogen, bomb is mentioned briefly and an overall assessment of the achievements of the British scientists is included.

Ce travail s'inscrit dans le cadre d'études de structures nucléaires réalisées en utilisant des réactions de fission induites par neutrons froids. Il décrit successivement les résultats d'une étude sur des noyaux ayant un nombre de neutrons N=50-60, sur le développement d'un marqueur d'événements de fission et enfin sur la production de l'isomère Pt-195m. Chacun des différents sous-thèmes trouve son origine dans la campagne EXILL qui s'est déroulée en 2012-2013 et durant laquelle un spectromètre de grande efficacité pour la détection des rayonnements γ (EXOGAM) a été utilisé auprès du réacteur à haut flux de neutrons de l'Institut Laue-Langevin (ILL). Dans la première partie de cette thèse, les noyaux d'intérêt ont été produits par fission induites par des neutrons sur les cibles fissiles U-235 et Pu-241. Des méthodes de spectroscopie γ ont été appliquées pour l'identification des fragments de fission, l'attribution des transitions γ à un noyau et l'analyse des durées de vie moyenne des états excités. L'analyse des durées de vie moyenne des états excités dans la plage de quelques picosecondes à quelques nanosecondes a été réalisée en utilisant deux méthodes complémentaires. Dans les deux cas, il s'agit de réaliser un spectre en temps construit à partir de la coincidence entre une transition qui alimente le niveau mesuré et une transition qui le désexcite. Les durées de vie moyenne pour les noyaux Kr-92, Kr-93 et Zr-101 sont présentées. Dans la seconde partie, les premiers résultats du développement d'un nouveau détecteur pour la discrimination des fragments de fission sont présentés. Ce marqueur d'événements de fission est destiné à être utilisé sur le spectromètre FIssion Prompt Product γ-ray Spectrometer (FIPPS) de l'ILL. Dans le cadre de cette étude, deux conceptions de détecteurs différentes, basées sur un scintillateur en plastique solide et un scintillateur liquide organique, ont été testées. Dans la troisième partie, la possibilité de la population spécifique de l'isomère de spin dans Pt-195 est examinée au regard particulièrement de son utilisation en tant que radio-isotope en médecine nucléaire. Une telle activation spécifique pourrait être réalisée grâce à l'existence d'états excités dont la structure permettrait une population ciblée dans le cas de l'utilisation de réactions de photo-excitation. La recherche de tels états a été initiée lors d'une expérience de capture de neutrons à EXILL dans laquelle des états potentiels ont été identifiés. L'activation de l'isomère par ces états a ensuite été testée avec des réactions photonucléaires à l'aide du faisceau haute intensité disponible auprès de l'installation γ HIGS de TUNL (Triangle Universities Nuclear Laboratory, Duke, USA). / Within the scope of atomic nuclear structure studies with neutron-induced reactions, this work presents the results of a fission fragment study in the N=50-60 region, the development of a fission event tagger, and the production of the isomer Pt-195m. Each of the different sub-topics has its origin in the 2012/13 EXILL campaign, where nuclear structure studies were carried out with neutron-induced reactions, and explored with a γ-efficient detector array. In the first part of this thesis, the neutron-rich region around neutron number N=50-60 was investigated with neutron-induced fission reactions on the fissile targets U-235 and Pu-241. Gamma spectroscopy methods were applied for the identification of the respective fission fragments, the assignment of γ transitions, and the analysis of lifetimes of excited states. The slope fit method as well as the recently developed generalized centroid difference method were used for the analysis of lifetimes in the low picoseconds to sub-nanoseconds range. Lifetimes for the nuclei Kr-92, Kr-93 and Zr-101 are presented. In the second part, first results of the development of a new detector for the discrimination of fission fragments are presented. This fission event tagger is intended to be used at the FIssion Product Prompt γ-ray Spectrometer (FIPPS) at the Institut Laue-Langevin. Within the scope of this study, two different detector designs, based on a solid plastic scintillator and an organic liquid scintillator, respectively, were tested. In the third part the possibility of the specific population of the spin-isomer in Pt-195 is discussed with special regard to its use as radioisotope in nuclear medicine. Such a specific activation could be realized via certain “doorway states” in photo-excitation reactions. The search for these doorway states was initiated within a neutron capture experiment at EXILL where potential states were found. The activation of the isomer via these states was tested afterwards with photonuclear reactions using the high intense γ-beam HIGS of the TUNL facility.