Lors de réactions nucléaires dissipatives, un transfert important d'énergie se produit entre le projectile et la cible. Une partie de l'énergie mécanique initiale est emmagasinée sous forme d'énergie thermique dans les noyaux en interaction. Afin de suivre l'évolution de leur comportement lorsque cette énergie augmente, deux techniques de calorimétrie ont été utilisées : l'une dite " calorimétrie 3D " validée et optimisée au cours de cette thèse ; l'autre dite " calorimétrie standard ", déjà très utilisée par la communauté scientifique. Celles-ci ont permis de reconstruire les caractéristiques de Quasi-Projectiles chauds, produits lors de réactions entre systèmes symétriques ou quasi-symétriques. Les avantages et les inconvénients de chacune d'elles ont été étudiés grâce à deux générateurs d'événements, HIPSE et ELIE, modélisant les processus physiques intervenant lors de ces collisions mais qui diffèrent par le scénario de formation du noyau chaud. Cette étude systématique a permis de déterminer pour quelle température et quelle énergie d'excitation par nucléon, des noyaux de masse intermédiaire passent d'un état de liquide nucléaire chaud à un état de gaz nucléaire. Les informations obtenues par la " calorimétrie 3D " ont permis aussi d'isoler en partie la composante dite de prééquilibre. Ce résultat a été confirmé expérimentalement par une nouvelle utilisation du degré de liberté d'isospin (rapport neutron/proton), comme 'marqueur' dans l'espace des vitesses.

The connection between phase shifts and the ANC has been explored in the frame of the effective range theory. The main result is that, in practice and under rather simple requirements, scattering states (phases shifts) can be correctly described and connected with bound states via the effective range function, and therefore, ANCs can be accurately determined thanks to the analytic properties of this function. This result has an important impact in stellar evolution due to the ANC and phases shifts are directly connected with capture cross sections which, for instance, determine partially the stage and evolution of stars.<p><p>As a first step, the effective range function is approximated via the effective range expansion which shows that a successful phase-shift description depends on how precise the effective range parameters are determined. Thus, a technique to compute accurately these parameters is developed here. Its construction is based on a set of recurrence relations at low energy, that allows a compact and general description of the truncated<p>effective range expansion. Several potential models are used to illustrate the effectiveness<p>of this technique and to discuss its numerical limitations. The results shows that a very good precision of the effective-range parameters can be achieved; nevertheless, to describe experimental phase shifts several effective-range parameters can be needed, which shows a limitation for practical applications.<p><p>As a second step, the effective range function is analyzed theoretically in an arbitrary energy range. This analysis shows that this function can be decomposed in such a way that contributions of bound states, resonances and background can be separated in a similar way as in the phenomenological R-matrix. In this new form experimental data can be better fitted because the free parameter space is reduced considerably,<p>and therefore, extrapolations are better handled. By construction, the method agrees with the scattering matrix properties which allows a simple calculation of resonances (locations and widths) and asymptotic normalization constants (ANCs). Several tests are successfully performed via potential models. Phase shifts for the 2 + partial wave of the 12C+α are analyzed with this method. They are correctly described including both<p>resonances at Ec.m. = 2.7 and 4.4 MeV. For the 6.92 MeV (2+) exited state of 16O, the ANC estimation 112(8) × 10 3 fm^−1/2 is obtained taking into account statistical errors. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Durant le milieu des années quatre-vingt, le développement des faisceaux radioactifs a permis l’étude de noyaux exotiques situés à la limite de la stabilité nucléaire. Parmi ceux-ci, l’6He possède une structure particulière constituée d’un cœur α et de deux neutrons de valence faiblement liés. Il fait partie des noyaux à halo. Il s’agit également d’un système possédant au moins un état lié à trois amas (α+n+n) alors qu’aucun des sous-systèmes à deux amas (α+n ou n+n) n’est lié. Un tel système est dit borroméen. Deux autres exemples de systèmes borroméens sont le 9Be=n+α+α et le 12C=α+α+α. Les noyaux borroméens possèdent un ou deux états liés dont les propriétés sont maintenant bien connues. En revanche, les propriétés des états du continu le sont moins. Il existe aussi des systèmes à trois amas non liés mais caractérisés par une ou plusieurs résonances étroites à basse énergie. Par exemple, nous pouvons citer le 6Be=α+p+p et le 9B=p+α+α qui sont les noyaux miroirs de l’6He et du 9Be. L’étude des états du continu à trois corps est un sujet important de la recherche en physique nucléaire actuelle.<p><p>D’un point de vue théorique, les modèles en amas permettent de décrire les noyaux possédant une structure à plusieurs corps. En particulier, les modèles en amas microscopiques tiennent compte de tous les nucléons et le principe de Pauli est traité de manière exacte à l’aide de l’opérateur d’antisymmétrisation. Les modèles microscopiques, plus réalistes, requièrent de longs temps de calculs et sont difficiles à implémenter.<p><p>Dans le présent travail, nous avons développé une méthode de calcul semi-analytique plus rapide et plus précise qu’une méthode purement numérique. Notre modèle est basé sur la méthode des coordonnées génératrices dans le formalisme hypersphérique. Les états du continu sont étudiés à l’aide de la méthode des déphasages. Ces derniers sont obtenus à partir de la méthode de la matrice R microscopique.<p><p>Avec ce modèle, nous avons étudié les effets d’antisymmétrisation dans les noyaux d’6He, 6Be, 9Be, 9B et 12C. Nous avons montré que ces effets restent non négligeables mêmes à grandes distances dans le cas des noyaux 9Be, 9B et du 12C. <p><p>Nous avons ensuite étudié les états du continu du 6He et du 6Be. Nous avons déterminé des valeurs théoriques pour les propriétés des résonances connues expérimentalement. Nos résultats sont en bon accord avec l’expérience. Nous avons également observé des structures larges dans les déphases associés aux états 0+ et 1- de l’6He et 1- du 6Be.<p><p>Finalement, nous avons étudié les états du 12C à travers la collision 8Be+α. Dans notre calcul, le 8Be est considéré comme un système comportant deux amas α. Nous avons montré que les états 2+ et 4+ du 8Be devaient être pris en compte pour une étude appropriée des états 0+, 2+ et 4+ du 12C. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

La recherche théorique en physique des ions lourds se fait essentiellement avec des simulations numériques de leurs collisions. Cependant, pour que la description soit fondamentale, les calculs doivent se dérouler sur les constituants élémentaires des noyaux: les nucléons. Ces réactions produisent des sources excitées qui ne sont que des nuages de nucléons à la sortie de la simulation dynamique. Pour pouvoir procéder à la désexcitation de ces sources et ensuite à la comparaison expérimentale, une importante étape doit être franchie en construisant des fragments depuis la distribution des nucléons dans l'espace des phases. Appelée "clusterisation", cette reconnaissance peut être faite selon diverses approches, toutes devant produire un portrait statique très similaire sur une distribution de nucléons en fin de réaction dite de "freeze-out". Aussi, il est aussi très intéressant d'étudier la formation de ces fragments avant le freeze-out, i.e. dans la phase d'expansion. Des modèles existent déjà, utilisant un critère énergétique en recherchant la partition la plus liée (minimisation de l'énergie totale). Ce projet propose un critère entropique, soit la maximisation de l'entropie sous contraintes. Parmi les contraintes envisagées, l'énergie des partitions sera retenue en première approximation. Dans ce contexte, la clusterisation se fera donc par minimisation de l'énergie libre d'Helmoltz. L'étude des différentes façons de regrouper les nucléons en fragments et ainsi former des configurations pose un important problème de combinatoire. L'exploration de ces partitions sera faite à l'aide d'un calcul Monte Carlo (algorithme de Metropolis). Etant donné la contrainte utilisée dans la maximisation de l'entropie, le seul paramètre intensif associé devant être déterminé dans le calcul Monte Carlo est la température. Cette dernière sera extraite selon des règles de "correspondance", qui seront établies entre des ensembles statistiques à l'équilibre thermodynamique, dont les propriétés sont bien connues, et un ensemble hors équilibre constitué des différentes voies de la réaction sous clusterisation. Ces différentes voies sont produites par la dynamique qui est, dans ce projet, décrite par la Dynamique Moléculaire Antisymétrisée (AMD). L'étude de la clusterisation dynamique se fera sur des événements centraux de la réaction ⁴⁰Ca -I- ⁴⁰Ca à 35AMeV. Elle permettra d'évaluer le temps de formation des fragments puis mesurera l'effet de la température des sources sur leur formation.

L'évolution des nombres magiques en fonction du nombre de neutrons est aujourd'hui un axe de recherche majeur en physique nucléaire. Cette évolution qui se traduit par des modifications profondes de la structure de ces noyaux exotiques, se manifeste expérimentalement par des changements rapides de collectivité et de forme. Dans cette thèse nous avons étudié les noyaux situés autour du 68Ni produits par collisions dites profondément inélastiques au GANIL. Les noyaux d'intérêts ont été sélectionnés et identifiés grâce au spectromètre VAMOS. Les rayonnements gamma permettant d'étudier leur structure ont été détectés par EXOGAM autour du point cible ainsi que par un dispositif spécifique installé au plan focal de VAMOS afin d'identifier les isomères pour une des deux expériences. Dans la première, nous avons observé un nouvel état isomère dans le 68Ni dont la configuration basée sur un état intrus proton nous renseigne sur les effets de couches Z=28 et N=40. De nouvelles transitions ont également été identifiées dans les noyaux de Co, Fe et Mn de masse impaire. Dans la seconde expérience, nous avons mesuré la durée de vie des premiers états excités des noyaux 63,65Co en utilisant une méthode utilisant l'effet Doppler. La mesure de ces temps de vie nous permet d'accéder aux probabilités de transitions électromagnétiques, donc à la collectivité. Des comparaisons avec différents modèles théoriques (modèle en couches et champs moyen) nous permettent d'aller plus loin dans l'interprétation et d'avoir des informations supplémentaires sur l'interaction entre les protons et les neutrons ainsi que sur l'évolution de la collectivité dans cette région de masse.

Ce travail de thèse se compose d'une partie théorique et d'une partie expérimentale. Nous combinons et utilisons les codes de transport de haute énergie LAHET, de basse énergie MCNP et le code d'activation CINDER. Nos calculs de validation des codes montrent que LAHET néglige la dissociation coulombienne du deutéron. En ajoutant cette contribution, nous obtenons un bon accord avec les données. Nous concluons également que LAHET reproduit bien la production d'isotopes si le modèle de fission ORNL est utilise pour des cibles avec z > 90. Le modèle de fission RAL donne des distributions isotopiques trop larges et ne reproduit pas les données en valeur absolue. Nous examinons différentes combinaisons de faisceaux (projectile, énergie), de cibles de spallation et de cœur de réacteur pour la production de neutrons, l'amplification d'énergie et la production de faisceau radioactif par fission. Nous montrons que les réactions (d, xn) pourraient apporter un certain nombre d'avantages importants, comparées aux réactions (p, xn). Nous concluons que l'utilisation de deutérons au lieu de protons devrait conduire a des intensités de faisceau primaire plus élevées, a un prix réduit du système et a moins de problèmes de radioprotection. Dans le projet SPIRAL Phase-II au GANIL, nous proposons la combinaison d(100 MeV)+Be→xn+U pour une production optimum de noyaux riches en neutron dans la région de masse 75≤A≤160. Cependant, la production de gaz de tritium dans la cible de conversion devrait être soigneusement étudiée. Nous prouvons également que l'utilisation des cibles de conversion de métal plus lourd peut poser des problèmes de radioprotection plus graves. Notre travail expérimental est directement relié aux investigations théoriques. Nous mesurons les distributions en énergie de protons produits par des deutérons de 100 et de 200 MeV sur 8 cibles minces (Be, C, Al, Ni, Nb, Ta, Pb et U) et dans la région angulaire 8° ≤ θp ≤ 120°. Les deux expériences ont été réalisées au LNS (Saclay, france) et au NAC (Faure, Afrique du Sud). Les données de bonne qualité (10% en valeur absolue et un seuil en énergie de 4-8 MeV) sont bien reproduites par le modèle LAHET amélioré pour les réactions (d, xp) et, par conséquent, pour les réaction (d, xn).

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La recherche en médecine et en biologie s'appuie sur des appareils de mesure divers qui facilitent le diagnostic et le suivi du traitement. Parmi ces appareils, ceux visant l'imagerie moléculaire, par exemple la tomographie d'émission par positrons (TEP), se démarquent par leur capacité à apercevoir les signes distinctifs des maladies comme le cancer dès les premiers stades, et ce grâce à des traceurs métaboliques et/ou fonctionnels spécifiques. En plus du diagnostic, ces appareils permettent de mieux comprendre et étudier ces maladies en vue de développer de nouveaux ou meilleurs traitements. Pour appuyer les biologistes et médecins dans leur travail, les développeurs cherchent toujours à améliorer la qualité des images TEP, notamment grâce à la mesure du temps de vol (TDV) des rayons ionisant issus du positron. Le Groupe de Recherche en Appareillage Médical de Sherbrooke propose un concept de détecteur novateur destiné aux scanners TEP avec TDV, suivant la chaîne de détection connue d'un cristal scintillateur, un photodétecteur et l'électronique de lecture. L'architecture proposée exploite une matrice de photodiodes à avalanche monophotonique (PAMP) à numérisation directe plutôt que par somme en courant. Cette méthode permet de distinguer et compter individuellement chaque photon lumineux sortant du scintillateur, à condition que l'électronique frontale soit assez rapide dans les conditions d'utilisation normale. Afin de maximiser ce potentiel, toute l'électronique doit être intégrée à même le photodétecteur. Puisque l'électronique de détection et de traitement partage a priori la même surface de semi-conducteur, les concepteurs doivent choisir un équilibre entre la surface sensible et le niveau d'intelligence intégrée. Or, la densité croissante des canaux de détection TEP exige de plus en plus de traitement en temps réel pour avoir un appareil d'intérêt pour les biologistes. L'intégration verticale apparaît comme la solution naturelle pour ce problème en permettant de placer les circuits intelligents sous la matrice de photodétection. Ce projet de doctorat vise la conception de l'architecture d'acquisition et l'intégration des sous-systèmes électroniques de ce microsystème. Ces travaux ont mené au développement d'un discriminateur de bruit numérique sans dégradation de la mesure temporelle, à la fabrication et la caractérisation d'un prototype d'architecture à intégration verticale avec un circuit de conversion temps numérique (CTN) par canal, et enfin à une étude qui guidera les développements futurs pour la conception de détecteurs à plusieurs CTN. Ces contributions sont détaillées en trois articles distincts intégrés à la thèse. La recherche conclu que pour le cristal LYSO, d'avoir un ou quelques CTN précis et à faible gigue est plus importante que d'en avoir en grand nombre. Par contre, pour les matériaux à venir, ce nombre de CTN aura aussi un impact significatif sur le résultat final, changeant ainsi le paradigme initial de conception du microsystème.

L'existence éventuelle de multineutrons liés, suggérée par de récents résultats expérimentaux serait susceptible de remettre radicalement en cause bien des certitudes établies sur l'interaction nucléon-nucléon. Nous avons choisi d'utiliser la réaction 8He(d,6Li) pour mesurer le spectre d'énergie du système 4n afin d'y rechercher la présence d'un pic signant l'existence éventuelle d'un noyau lié neutre : le « Tetraneutron », ou bien celle d'un état résonant à basse énergie d'excitation. Cette étude a été menée au GANIL en utilisant le faisceau secondaire de 8He de 15.8 A.MeV fourni par SPIRAL. L'ensemble de détecteurs Silicium à pistes MUST a été utilisé pour mesurer les angles d'émission et les énergies des 6Li, et en déduire la masse manquante du système des quatre neutrons. Une nouvelle expérience réalisée en 2004 avec une statistique plus élevée et une meilleure détermination du fond n'a pas permis de confirmer l'existence de la structure étroite observée en 2002 à une énergie d'environ 2.5 MeV .L'analyse des résultats démontre cependant la présence de fortes corrélations entre les quatre neutrons émis.

Des données obtenues avec le multidétecteur INDRA portant sur des réactions $^{129}$Xe + $^{nat}Sn à 25 AMeV ont montré la présence inattendue de fragments ayant une charge largement supérieure (autour de Z=70) à celles du projectile ou de la cible, qui sont de Z=54 et Z=50 respectivement. Les collisions impliquant des noyaux dont le produit des charges est supérieur à 2700 sont dominées par les transferts très inélastiques. Pour Xe+Sn, ce produit est 2700. Suite à ces observations, une série d'expériences a été effectuée en utilisant les réactions $^{129}$Xe + $^{nat)$Sn à 8, 12, 15, 20 et 25 AMeV. Il sera alors possible de déterminer si ces résidus sont produits par fusion incomplète, par d'importants transferts de masse lors de collisions profondément inélastiques ou encore par la fission très asymétrique d'un système composite. Le présent travail présentera les résultats expérimentaux obtenus lors de l'analyse de ces expériences. On montrera que des résidus lourds ayant une charge supérieure à 70 sont produits avec une section efficace de production de $10^-2$ mb. Les distributions angulaires montrent que ces résidus peuvent être produits par la fusion incomplète du projectile et de la cible. L'étude des produits en coïncidence avec les résidus montrent qu'un système composite s'est formé pour ensuite subir une fission qui mène au résidu et à un fragment plus petit. Enfin, la comparaison des résultats avec un modèle phénoménologique, HIPSE, confirme la validité du modèle pour ce régime énergétique.