Les réactions induites par des nucléons dans le domaine d'énergie entre 20-200 MeV font depuis longtemps l'objet d'études intensives. Les processus d'évaporation et de pré-équilibre dans ces réactions ont une contribution importante à la section efficace de production. Plusieurs approches théoriques ont été proposées afin de l'expliquer et leur pouvoir prédictif doit être vérifié. Les résultats expérimentaux présentés dans ce travail représentent le seul ensemble complet de mesure pour des réactions du type (n, Xn) dans ce domaine d'énergie.<br />Réalisées au laboratoire TSL à Uppsala (Suède), les expériences ont eu comme objectif la mesure des sections efficaces doublement différentielles de production de neutrons dans des réactions induites par des neutrons de 96 MeV sur des cibles de Fe et de Pb, pour la première fois avec un seuil en énergie de 2 MeV et dans un domaine angulaire important (15°-98°). La détection des neutrons a été effectuée en utilisant deux dispositifs expérimentaux indépendants, DECOI&DEMON et CLODIA&SCANDAL, afin de couvrir tout le domaine d'énergie (2-100 MeV). Des sections efficaces doublement différentielles nous avons extrait les distributions angulaires, les distributions en énergie ainsi que les sections efficaces totales de production inélastiques.<br />Les résultats obtenus ont été comparés avec les prédictions données par deux des codes les plus utilisés, GEANT3 et MCNPX, ainsi qu'avec le modèle de simulation microscopique DYWAN choisi pour son originalité dans le traitement des réactions nucléon-noyau.

Nous avons construit les schémas de niveaux des deux noyaux 187Ir et 233Pa obtenus par la désintégration d'isotopes de période courte. Au cours de cette étude nous avons utilisé des techniques de spectrométrie rapide gamma et béta avec divers types de spectromètres et des techniques récentes de spectrométrie de coïncidences en ligne avec des ordinateurs. Afin de pouvoir rechercher systématiquement les transitions de faible énergie et éventuellement de multipolarité élevée, nous avons été amenés à mettre au point différents spectrographes béta adaptés à l'étude d'isotopes de périodes courtes, l'un muni d'un sas près du réacteur BR2 de Mol, un autre auprès du séparateur en ligne d'ISOLDE au CERN, et un troisième en ligne avec le réacteur à haut flux Osiris de Saclay. Nous avons pu construire jusqu'à 1 MeV le schéma de niveaux de 233Pa. L'observation de quelques transitions de très basse énergie a permis de comprendre la structure des niveaux inférieurs du schéma. L'étude du couplage de Coriolis entre les trois bandes de rotation bâties sur les états de plus bas spin provenant du niveau i 13/2, et qui est assez fort pour inverser l'ordre de la bande 3/2, montre que le couplage avec les autres états a aussi un rôIe important. L'analyse de ce couplage procure des indications sur le couplage deltaN = ± 2 entre les états 1/2+(400) et 1/2+(660). L'étude du noyau de 187lr a permis l'extension à un noyau plus déformé de la connaissance des niveaux de basse énergie des iridium impairs et en particulier du couplage de Coriolis entre les bandes 3/2+(402) et 1/2+(400). D'autre part, un groupe de niveaux de parité négative reliés à un niveau 11/2 semble inexpliqué par le modèle de Nilsson. Cette particularité, observée aussi dans les isotopes de l'iridium plus proches de la stabilité, semble due à une plus grande déformabilité du noyau qui changerait de forme dans ces états. Ces noyaux sont proches d'une région de transition de phase, illustrée dans le cas des isotopes pairs-pairs du platine par le passage entre A = 184 et A = 186 d'une déformation quadrupolaire positive à une déformation négative. La différence essentielle avec les autres isotopes impairs connus de l'iridium est qu'il existe un plus grand nombre de niveaux de parité négative. Un niveau 9/2-, mis en évidence par des transitions E3 et M2 + E3 en provenant, semble pouvoir être expliqué comme un état de quasi-particule. Dans le cas du noyau de 233Pa, le potentiel moyen semble bien défini; dans celui du noyau de 187Ir, le potentiel moyen est vraisemblablement instable, ce qui souligne la proximité d'une zone de transition de phase. Cette étude a permis d'élaborer les schémas de niveaux de deux noyaux de déformation moyenne situés dans des régions où d'importants mélanges de configuration doivent être pris en considération. Moyennant ces couplages, la plupart des niveaux semblent pouvoir être expliqués en termes de modèle à quasi-particule indépendante. Les données actuelles ont permis de traiter dans les deux noyaux des problèmes de couplage de Coriolis et d'aborder celui du couplage deltaN = ± 2 dans le 233Pa. Il faudrait, pour pouvoir traiter plus complètement ce dernier couplage, disposer d'un plus grand nombre de paramètres dont certains pourraient peut-être être fournis par des résultats de réactions nucléaires.

Mes recherches au cours des 21 dernières années ont débuté à IFICValencia, puis quelques années au GANIL et de Valencia à nouveau, et enfin au labo depuis 1994. Bien que mon passage à LPC représenté une forte variation thématique, j'ai fait un effort pour trouver un scénario qui suit la plupart des projets que j'ai participé, et ce scénario est la quête pour mesurer les distances nucléaire. Sur cette voie, je vais inclure la couverture des articles que j'ai trouvés significative, leur version complète peut être trouvée à la fin de ce document, dans leur ordre d'apparition.

Cette thèse porte sur le développement du DosiMap, un nouvel instrument de dosimétrie pour le contrôle des faisceaux de radiothérapie. Ce dispositif est basé sur l'utilisation d'un scintillateur plastique plan placé au sein d'un fantôme de polystyrène. La distribution lumineuse produite par le DosiMap sous irradiation, composée de scintillation et de rayonnement Čerenkov, est mesurée par une caméra CCD, puis analysée afin d'en déduire la distribution de dose déposée dans le scintillateur.<br />Ce dispositif possède un certain nombre d'avantages. Il est équivalent tissus, présente une bonne résolution spatiale et une réponse linéaire en énergie. Il permet également d'effectuer des mesures de dose immédiates, ce qui rend son utilisation adaptée à une utilisation clinique.<br />Après une introduction des notions de base de la radiothérapie, les différentes étapes du développement de cet instrument sont exposées dans ce mémoire. Différents scintillateurs plastiques ont, dans un premier temps, été testés afin de déterminer le mieux adapté à cette application. Seule la scintillation étant proportionnelle à la dose, la déconvolution de la scintillation et du rayonnement Čerenkov a ensuite été réalisée. Enfin, la caméra se trouvant en salle d'irradiation, il a été nécessaire de mettre au point un blindage afin de la protéger. La calibration en dose du dispositif ainsi que sa réponse dosimétrique sont alors exposées.<br />Ce travail a permis de mesurer des distributions de dose avec une incertitude inférieure à 2 % pour des faisceaux de photons homogènes. D'excellents résultats ont également été obtenus dans le cas de faisceaux modulés en intensité.

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La connaissance des poisons est fort ancienne. Si les premières intoxications observées ont eu pour origine la consommation, par ignorance ou par méprise de végétaux vénéneux, il semble que les premiers toxiques utilisés aient servi à empoisonner des flèches destinées à la chasse ou à la guerre. Le terme de toxique dérive d'ailleurs du mot grec "toxon" qui signifie "arc". L'utilisation durant la première Guerre Mondiale du fameux "gaz moutarde", jusqu'aux "Nerve Gases" et aux défoliants confirment que l'humanité s'est toujours préoccupée de trouver des moyens de tuer. De l'exécution de Socrate à la ciguë, à la Reine Catherine de Médicis qui fabriquait elle-même ses poisons dans son cabinet secret de Blois, on peut dire que la toxicologie classique a conduit aux premières études des inhibiteurs enzymatiques. La cinétique d'inhibition produite par une substance se liant réversiblement avec une enzyme fut développée dans une publication originale de MICHAELIS et MENTEN en 1913, mais il fallut attendre un certain nombre d'années avant que ce type d'inhibition fut caractérisé. L'isolement et la purification partielle de la première enzyme l'Uréase en 1926 par SUMMER fut l'étape déterminante pour la suite, car les études de l'inhibition de l'enzyme en solution devenaient alors possible. En 1930 alors que COOK démontrait expérimentalement le mécanisme de l'inhibition compétitive énoncée 17 ans plus tôt par MICHAELIS et MENTEN, à la même époque HALDANE établissait un autre type d'inhibition qu'il nommait "non compétitif ". Depuis SUMMER les études portant sur l'inhibition de l'enzyme en solution ou de suspension de cellules sont considérables et de grands noms restent attachés (WILSON, ALDRIDGE, NACHMANSON, MONOD), C'est sur ces travaux fondamentaux que reposent encore aujourd'hui les bases de l'enzymologie classique.

Les étoiles à neutrons ont été largement étudiées depuis que Baade and Zwicky ont postulé leur existence en 1934. Ces études ont été et sont réalisées à l'interface de différents domaines de la physique tels que : l'astrophysique en rayons X, l'observation des pulsars, la relativité générale et plus dernièrement les ondes gravitationnelles, la physique du solide, ainsi que la physique nucléaire. Dans cette thèse nous nous concentrerons sur la description des étoiles à neutrons dans le cadre de la physique nucléaire et précisément de la croûte interne de l'étoile. Ces étoiles sont caractérisées par une masse importante de l'ordre d'une à deux masses solaires dans un rayon de 10 km. Quant à leur structure interne elle peut être décrite en trois strates : la croûte externe, la croûte interne et le cœur. La croûte externe correspond à un réseau cristallin de noyaux atomiques et un gaz d'électrons relativistes. Vient ensuite la croûte interne, définie lorsque les noyaux de la croûte externe sont si riches en neutrons qu'ils les libèrent dans le milieu pour former un gaz. Ici, nous ne parlons plus de noyaux mais d'agrégats car tous les nucléons qui les composent ne sont plus systématiquement liés. Cette structure complexe et sa composition est à l'origine de nombreuses propriétés caractéristiques des étoiles à neutrons.C'est ainsi que nous construirons notre étude en trois parties. Tout d'abord nous commencerons par traiter le gaz de neutrons entourant les agrégats. Le gaz de neutrons que nous considérons uniforme ici est superfluide et devrait donc présenter un mode de Goldstone. Cette description sera effectuée à l'aide de la QRPA. Puis nous en viendrons à la description des agrégats. Dans ces conditions on s'attend à observer des cristaux de sphères, des cylindres et des plaques de matière nucléaire, que nous décrirons grâce à l'approximation ETF. Puis nous terminerons par la description de l'interaction entre les agrégats et le gaz au niveau dynamique, et ce dans le cadre de la théorie hydrodynamique. Ces résultats seront appliqués à l'astrophysique et en particuliers aux glitches. / Neutron stars have been extensively studied since Baade and Zwicky have proposed their existence in 1934. Their description is at the interface of numerous domains of physics, e.g., X-ray astrophysics, pulsar signal observation, general relativity and nowadays gravitational waves, solid state physics, and also nuclear physics. In this thesis we will concentrate on the nuclear physics description, especially of the inner crust. These stars are charaterized by their large mass from one to two solar masses, in a radius of 10 km. Their inner structure can be divded in three major layers: the outer crust, the inner crust and the core. The outer crust consists of nuclei coexisting with an electron gas to ensure charge neutrality. If one goes deeper into the crust, the ratio of neutrons with respect to the total nucleon number increases. Eventually, the excess of neutrons in the nuclei gets so high that they drip out from the nuclei and create a dilute neutron gas. From now on, we will speak of nuclear clusters instead of nuclei. This phenomenon defines the limit between the outer crust and the inner crust. This complicated structure and composition is at the origin of many characteristic properties of neutron stars. Hence, we will construct our work in three major parts. First, we start to account for the neutron gas surrounding the clusters, which we treat as uniform. Here, the neutron gas is assumed to be superfluid, and one can expect a Goldstone mode. This description will be done in the framework of QRPA. Second, we will focus on the study of properties of the clusters contained in the inner crust. Under these conditions we expect to see cystal of spheres, rods and plates of bound nucleons, that we will describe with the help of the ETF approximation. Third, we will finish by treating the interaction between the clusters and the gas with hydrodynamics. The results will be applied to astrophysics and in particular to glitches.

Une fermeture de sous-couche à N=70 dans le ¹¹⁰Zr a longtemps été considérée comme une explication possible du désaccord entre la théorie et les abondances observées des éléments lourds près de la masse 130 résultant du processus de capture rapide des neutrons (processus r). Le processus r n’est pas bien compris en partie à cause des incertitudes relatives aux mécanismes d'évolution de la structure en couches des noyaux riches en neutrons. La fermeture de sous-couche dans le ¹¹⁰Zr, bien qu’improbable, pourrait résulter d’une symétrie tétraédrique ou sphérique. Ces symétries laissent des indications distinctes sur la structure des niveaux de basse énergie et leur effet peut donc être détecté par une simple mesure de spectroscopie. Le système MINOS a été employé à l'installation de faisceaux d'isotopes radioactifs (RIBF) de RIKEN au Japon pour effectuer la première spectroscopie du ¹¹⁰Zr. MINOS, développé au CEA-IRFU, combine une cible de protons épaisse avec un dispositif de reconstruction de vertex de réaction pour permettre une spectroscopie à haute résolution des noyaux rares. Les états de basse énergie dans le ¹¹⁰Zr ont été peuplés par arrachage des protons de la cible MINOS, et les rayons gamma de désexcitation ont été détectés avec l'ensemble de scintillateurs DALI2. Les résultats sont compatibles avec un noyau bien déformé. Aucune preuve n’est obtenue pour une fermeture de sous-couche à N = 70 ni en faveur de la symétrie tétraédrique. Une étude complémentaire explore les sections efficaces inclusives pour les réactions (p,2p) et (p,pn) avec les noyaux riches en neutrons. Environ 60 sections efficaces inclusives ont été mesuré pour l’arrachage d'un nucléon sur la cible MINOS. La systématique (p,2p) montre une augmentation de la section efficace pour les noyaux fils de Z impair, ce qui révèle l'importance des corrélations d'appariement. Les sections (p,pn) sont plus grandes que les sections efficaces (p,2p), d'environ un facteur 10, distribuées aléatoirement autour de 60 mb. La comparaison avec les modèles semi-classiques suggère que ces deux systématiques peuvent être expliquées par le rôle important des corrélations d'appariement dans les systématiques de réactions directes induites par les noyaux exotiques. Enfin, des simulations électrostatiques ont été menés pour optimiser la cage de champ électrique de la chambre de projection temporelle MINOS, en vue d'une future application pour un nouveau programme de physique au CERN appelé PUMA. / A predicted N=70 subshell closure in ¹¹⁰Zr has long been considered a potential explanation for the disagreement between theory and observed abundances of the heavy elements near mass 130 resulting from the rapid neutron capture process (r-process). The r-process is not well understood, due in part to the uncertainties of the neutron-rich structure evolution mechanisms. A subshell closure in ¹¹⁰Zr, though unlikely, could result from either a tetrahedral or spherical symmetry. Each of these symmetries leaves distinct fingerprints on the low lying level structure, and thus can be discerned with a simple spectroscopy measurement. The MINOS system has been used at the Radioactive Isotope Beam Factory of RIKEN in Japan to perform the first spectroscopy of ¹¹⁰Zr. MINOS, developed at CEA-IRFU, combines a thick proton target with a vertex tracker to allow high resolution spectroscopy of rare nuclei. Low lying states in ¹¹⁰Zr were populated via proton removal on the MI- NOS target, and deexcitation gamma rays detected with the DALI2 scintillator array. Results are consistent with a well deformed nucleus. No evidence is found for a subshell closure at N=70 nor tetrahedral symmetry. A complementary study explores inclusive cross sections for (p,2p) and (p,pn) reactions with neutron rich nuclei. Approximately 60 inclusive cross sections have been measured for single nucleon removal on the MINOS target. The (p,2p) systematics reveal an enhanced cross section to odd-Z daughter nuclei, pointing to the importance of pairing correlations. The (p,pn) cross sections are approximately a factor of 10 larger than the (p,2p) cross sections, randomly distributed around 60 mb. Comparison with semi-classical models suggest that both these systematics can be explained by the important role of pairing correlations in direct reaction systematics for exotic nuclei. Finally, the electric field cage of the MINOS time projection chamber is optimized with electrostatic simulations in view of a future application as a pion tracker for antiproton-nucleus collisions in a new physics program at CERN called PUMA.