Sur N=50, une experience a ete realisee en fevrier 2001 sur la ligne ISOL PARRNe dont l'objet etait de mesurer les premiers etats excites du 83Ge (Z=32, N=51) en etudiant la decroissance beta du 83Ga produit par fission de 238U. La precision extreme du dispositif experimental, couplee au fonctionnement des sources a plasma chaud a permis d'atteindre des informations spectroscopiques des isotopes de Ge au dela de la couche magique N=50. Deux transitions ont ete attribuees au 83Ge : a 867 keV et a 1238 keV. Le schema de niveau du 83Ge a pu etre interprete en terme de particule individuelle : les etats excites de ce noyau sont dus aux couplages entre le neutron celibataire au dela de N=50 et le reste du noyau. Sur N=40, nous avons cherche a determiner la valeur de la probabilite de transition de l'etat fondamental vers le premier etat excite notee B(E2) dans les noyaux de 70Ni (N=42) et de 74Zn (N=44) a partir de reaction d'excitation coulombienne. Ces noyaux exotiques sont produits par fragmentation d'un faisceau primaire de 76Ge sur une cible de 58Ni, selectionnes par le spectrometre LISE, puis interagissent avec une cible secondaire de Pb utilisee pour induire l'excitation coulombienne. A l'issue de cette analyse, les B(E2) suivant ont ete obtenus : B(E2,70Ni)=860(170) e2fm4, B(E2,74Zn)=1960(140) e2fm4. Ces valeurs ont ete confrontees d'une part a des calculs variationnels que j'ai realises, d'autre part a des calculs de modele en couches publies. Ces calculs mettent en evidence l'aspect complexe des noyaux de Ni, qui bien que situes sur une fermeture de couche en protons (Z=28), ne semblent pas avoir un comportement typique de noyaux semi magiques.

Les nombres magiques ou fermetures de couche sont une des caractéristiques importantes de la structure nucléaire, mais qui sont modifiés loin de la vallée de stabilité. La détermination de l'énergie de liaison, via des mesures de masse sur les noyaux exotiques, représente un des plus grands challenge dans l'étude de la structure nucléaire à cause de la précision importante qui est nécessaire, et du faible taux de production, ainsi que les courtes durées de vie. Afin de résoudre le problème, deux spectromètres de masse ISOLTRAP et MISTRAL peuvent être utilisés, tous les deux situés à ISOLDE/CERN (Genève). MISTRAL est un spectromètre de masse à transmission pour les noyaux de courtes durées de vie, et ISOLTRAP est un spectromètre de masse basé sur l'utilisation de pièges de Penning, qui effectue des mesures de masses de haute précision. Cette thèse décrit les techniques pour repousser les limites de ces deux instruments complémentaires: un système de refroidissement de faisceau pour améliorer la sensibilité de MISTRAL et une procédure d'optimisation pour améliorer la définition des champs de piégeage d'ISOLTRAP. Des mesures très précises ont été effectuées avec ISOLTRAP afin d'augmenter le nombre de noyaux très bien connus dans la table de masse, et afin d'examiner le cas de deux nouveaux nombres magiques N = 32 et N = 40. Les résultats montrent un surplus d'énergie de liaison pour le 56Cr32 dû à la présence d'une probable déformation. Un faible effet<br />apparait pour le 68Ni40, peut-être dû à une compétition avec la demi-couche à N = 39, la présence d'une fermeture de couche à N = 40 est exclue par nos résultats.

Afin de sonder la persistance de la fermeture de couches à N=50 pour les isotopes de nickel, une expérience a été réalisée au RIBF (RIKEN, Japon) pour produire des noyaux autour du ⁷⁸Ni par fission en vol d'un faisceau de ²³⁸U. Les spectromètres BigRIPS et ZeroDegree ont été utilisés pour la purification et la sélection des noyaux d'intérêt. La décroissance de ces noyaux a été observée avec le dispositif EURICA pour la détection des rayonnements gamma, couplé avec le détecteur à particules chargées WAS3aBi.L'analyse des corrélations entre l'implantation des ions ⁷⁹′⁸⁰Cu et leur décroissance, ainsi que les spectres de décroissance gamma en simple et double coïncidence, nous ont permis de proposer un schéma de niveaux excités pour le ⁷⁹Zn, avec assignation de spin et parité pour la plupart des états. Nous avons aussi mis une contrainte entre 3hbar et 5hbar sur la valeur du spin de l'état fondamental du ⁸⁰Cu. La comparaison avec un modèle schématique de couplage cœur-particule nous a permis d’interpréter le schéma de niveau et de proposer des hypothèses sur la nature des états observés. Les énergies des états de particule individuelle extraites du calcul théorique indiquent la persistance du gap N=50 à Z=28. / In order to investigate the persistence of the N=50 gap for the Nickel isotopes, an experiment has been performed at RIBF (RIKEN, Japan) to produce exotic nuclei around ⁷⁸Ni by in-flight fission of a ²³⁸U beam. The BigRIPS and ZeroDegree spectrometers were used to purify and select the nuclei of interest. Their decay was detected with the EURICA detector for γ-ray detection, coupled with the charged particle WAS3aBi detector. The analysis of the correlations between the ion implantation and their decay, as well as the γ decay spectra in simple and double coincidence allowed us to propose a level scheme of the excited states for the ⁷⁹Zn, and we assigned the spin and parity for most of the states. We also constrained the spin value for the fundamental state of the ⁸⁰Cu, between 3hbar and 5hbar. Comparison with a core-particle coupling model allowed us to interpret the level scheme and propose hypothesis about the nature of the observed states. The single particle state energies extracted from the theoretical calculation indicate the persistence of the N=50 gap at Z=28.

La théorie covariance de la fonctionnelle de la densité (CDF), basée sur un petit nombre de paramètres ajustables, a été utilisée avec succès pour décrire l’état fondamental et les états excités des noyaux de la carte nucléaire, pour A>12. Cette approche permet de décrire les systèmes nucléaires finis avec un Lagrangien hadronique universel résolu dans le cadre de l'approche Relativiste-Hartree-Fock-Bologuibov (RHFB). Ce modèle est également utilisé pour l'étude des étoiles compactes, car il peut être étendu à des densités élevées où la relativité restreinte ne peut pas être ignoré. Ce modèle peut également être étendu pour inclure la contribution des hypérons et ainsi que d'autres particules exotiques. Dans ce travail, la description et des prédictions basées sur l'approche RHFB pour les noyaux dans des conditions extrêmes de la masse, d'isospin et de température sont présentés.Dans la première partie de cette thèse, nous explorons l'apparition de nouvelles fermetures de couches sphériques pour des noyaux super-lourds, où les fermetures de couches sont caractérisées en termes de gap à deux nucléons. Les résultats dépendent légèrement des Lagrangians effectifs utilisés, mais les nombres magiques au-delà de ^{208} Pb sont prédit pour un nombre de protons Z=120 et 138, et pour un nombre de neutrons N=172, 184, 228, et 258. Les effets de couche sont sensibles à différents termes de champ de moyen, tels que le couplage spin-orbite, la masse scalaire et la masses effective, ainsi que l'interaction de tensorielle de Lorentz. Ces termes ont des poids différents dans les Lagrangians effectifs employées, expliquant les variations, somme toute petites, dans leurs prédictions. Employant le modèle RHFB le plus avancé, nous avons trouvé que le nucléide ^{304} 120 est favorisée comme étant le prochain noyau sphérique doublement magique au-delà de ^{208} Pb.Dans la deuxième partie de cette thèse, nous étudions l'apparition de nouveaux nombres magiques pour les noyaux de masse intermédiaire riches en neutrons, et nous analysons le rôle des interactions pseudo-vecteur et de tensorielle de Lorentz. Basé sur la transformation de Foldy-Wouthuysen, nous discutons en détail le rôle joué par les différents termes des interactions pseudo-vecteur et de tensorielle de Lorentz. Dans l'apparition des nouveaux nombres magiques N=16 , 32 et 34. Les noyaux ^{24} O ^{48} Si et ^{52,54} Ca sont prédits avec un grand gap au niveau de Fermi et un gap d'appariement zéro (^{24} O,^{54}Ca ) ou quasi-nul (^{48} Si,^{54} Ca), les rendant candidats pour de nouveaux nombres magiques des noyaux riches en neutrons. Nous constatons que les interactions de Lorentz pseudo-vecteur et tensorielle induisent des évolutions très spécifiques des énergies à une particule, ce qui pourrait signer la présence et la nécessité d'approches relativistes avec des interactions d'échanges de mésons.Dans la dernière partie de cette thèse, nous étudions les transitions de phase et excitations thermiques des deux noyaux stables et faiblement liés. Les prédictions de divers Lagrangiens relativistes et des différentes interactions d'appariement sont discutées. La température critique de la transition d'appariement dépend linéairement du gap d'appariement à température nulle, et cette dépendance est similaire pour une interaction de portée nulle ou bien finie. Les calculs présentés montrent des caractéristiques intéressantes des corrélations d'appariement à température finie, comme la persistance d'appariement et les phénomènes de re-entrance superfluide. En outre, nous analysons la réponse thermique de certains noyaux.En conclusion, le travail présenté dans cette thèse montre des résultats très intéressants et nouveaux pour trois des questions les plus importantes en physique nucléaire: la quête d'un nouvel îlot de stabilité dans la région des super-lourds, l'apparition de nouveaux nombres magiques dans les noyaux exotiques, et la réponse d'un système finis aux excitations thermiques. / The covariant density functional (CDF) theory with a few number of parameters has been successfully employed to describe ground-state and excited-states of nuclei over the entire nuclear landscape for A > 12. It describes finite nuclear systems with a universal hadronic Lagrangian, which is solved considering the relativistic-Hartree-Fock-Bologuibov approach (RHFB). This model is also employed for the study of compact stars, since it can be extended to high densities where special relativity cannot be ignore. This model can also be extended to include the contribution of hyperons and as well as other exotic particles. In this work, the description and some predictions based on RHFB approach for nuclei under extreme conditions of mass, isospin and temperature are presented.In the first part, we explore the occurrence of spherical shell closures for superheavy nuclei, where shell closures are characterized in terms of two-nucleon gaps. The results depend slightly on the effective Lagrangians used, but the magic numbers beyond ^{208}Pb are generally predicted to be Z = 120 and 138 for protons, and N = 172, 184, 228, and 258 for neutrons. Shell effects are sensitive to various terms of the mean-field, such as the spin-orbit coupling, the scalar and the effective masses, as well as the Lorentz-tensor interaction. These terms have different weights in the effective Lagrangians employed, explaining the (relatively small) variations in the predictions. Employing the most advanced RHFB model, we founded that the nuclide ^{304}120 is favored as being the next spherical doubly-magic nucleus beyond ^{208}Pb.In the second part, we investigate the formation of new shell gaps in intermediate mass neutron-rich nuclei, and analyze the role of the Lorentz pseudo-vector and tensor interactions. Based on the Foldy-Wouthuysen transformation, we discuss in detail the role played by the different terms of the Lorentz pseudo-vector and tensor interactions in the appearance of the N=16, 32 and 34 shell gaps. The nuclei ^{24}O, ^{48}Si and ^{52,54}Ca are predicted with a large shell gap and zero (^{24}O, ^{52}Ca) or almost zero (^{48}Si, ^{54}Ca) pairing gap, making them candidates for new magic numbers in neutron rich nuclei. We find that the Lorentz pseudo-vector and tensor interactions induce very specific evolutions of single-particle energies, which could clearly sign their presence and reveal the need for relativistic approaches with exchange interactions.In the last part, we study the phase transitions and thermal excitations of both stable and weakly-bound nuclei. The predictions of various relativistic Lagrangians and different pairing interactions are discussed. The critical temperature of the pairing transition is found to depend linearly on the zero-temperature pairing gap, and this dependence is similar for a zero-range or a finite-range pairing interaction. The present calculations show interesting features of the pairing correlations at finite temperature, such as the pairing persistence and pairing re-entrance phenomena. Also, we analyze the thermal response of some nuclei.In conclusion, the work presented in this thesis shown interesting and new results for three of the most important questions in nuclear physics: the quest for a new island of stability in the superheavy region, the appearance of new magic numbers in exotic nuclei, and the response of finite-systems to thermal excitations.

Aujourd'hui, nous sommes tous témoins d'une compétition des installations en pays différents pour étudier les régions inconnues de noyaux riches en neutrons. Beaucoup d'efforts sont consacrés à comprendre le rôle de l'excès de neutrons et son influence sur les noyaux dans les environs de coquilles de neutrons fermées. Un des moyens pour étudier la structure nucléaire est via la désintégration bêta. Une fois un noyau est prouvé d'exister, ses propriétés de désintégration bêta, comme T1/2 et Pn (probabilité de l'émission de neutrons de bêta-retardés), qui sont relativement faciles à mesurer, peuvent fournir les premiers indices sur la structure nucléaire. Sur le site de processus-r des «points d'attente» (noyaux sur des coquilles de neutrons fermés) ont des effets importants sur la dynamique processus-r ainsi que sur la distribution de l'abondance des éléments. Les conditions astrophysiques exactes en vertu de desquelles la synthèse nucléaire a lieu ne sont pas connus avec certitude. Parce que les noyaux participant en processus-r sont difficiles à synthétiser même aujourd'hui et à étudier expérimentalement, les paramètres nécessaires pour les calculs du processus-r sont principalement dérivés de modèles théoriques. Comme on l'a vu récemment, la plupart des théories n'ont pas réussi à reproduire des ensembles de données nouvellement mesurées près de fermetures de couche. Avec de nouvelles données expérimentales déjà (ou bientôt) disponibles les approches théoriques peuvent être ajustées. Comme émission de neutrons retardée bêta devient plus importante voie le canal dominant en désintégration des noyaux loin d'un stabilité, l'utilisation d'un détecteur de neutrons approprié afin d'étudier leurs propriétés est indispensable. C'est pour mener la recherche appropriée que dans le cadre de la thèse, en étroite collaboration avec le JINR (Dubna) un nouveau système de détection a été construit. Il se compose de 80 compteurs de ³He, un détecteur 4π de bêta et un HPGe afin de mesurer simultanément l'activité de gamma, bêta et neutrons. Le développement d'un tel système de détection, actuellement installé sur ALTO, a été le premier objectif de la thèse. Puis, au cours de deux campagnes expérimentales menées pour examiner les propriétés de désintégration bêta de noyaux riches en neutrons dans le proximité de N = 50, N = 82 la capacité de travail du système de détection produit a été prouvée. Dans le région de ⁷⁸Ni : le temps de vie et de la probabilité de l'émission de neutrons bêta retardés pour ⁸º,⁸²,⁸³,⁸⁴Ga ont été mesurés. Nous sommes les premiers à observer la structure de ⁸¹,⁸² Ge via spectroscopie gamma spectre conditionnée par bêta et par neutron. Grâce à la détection des neutrons les intensités absolues de la désintégration bêta ont été proposées pour la première fois. Dans le région de ¹³²Sn les temps de vie de ¹²³Ag, ¹²⁴Ag, ¹²⁵Ag et ¹²⁷In, ¹²⁸In ont été mesurées. Pour la première fois l'émission de neutrons retardés bêta a été observée pour le cas de ¹²⁶Cd, sa valeur Pn également mesurée. Sur la base des données obtenues, nous arrivons à la conclusion que, pour déterminer la contribution relative de désintégrations permises et interdites les efforts théoriques doivent être faites en traversant la couche N = 50. Alors que dans le région de N = 82 plus de données expérimentales sont nécessaires. / Nowadays we are all witnesses of a competition of facilities at different countries to study unknown regions of neutron rich nuclei. Much efforts are devoted to understand the role of neutron excess and its influence on nuclei in vicinity of closed neutron shells. One of the means to investigate nuclear structure is in beta-decay. Once a nucleus is proven to exist, its beta-decay properties, such as T1/2 and Pn (probability of beta-delayed neutron emission), which are relatively easy to measure, can provide the first hints on the nuclear structure. On the r-process site, "waiting points"(nuclei on closed neutron shells) has significant effects on the r-process dynamics and the abundance distribution. The actual side and the astrophysical conditions under which the nuclear synthesis takes place are still not certainly known - since r-process nuclei are difficult to produce and to study experimentally, input parameters for r-process calculations are mostly derived from theoretical models. As it has been seen lately, most of the theories have failed to reproduce newly measured data sets near shell closures. With new experimental data already (or shortly) available theoretical approaches can be adjusted. Since a beta-delayed neutron emission becomes strong if not dominating decaying channel for nuclei far stability, a proper neutron detector to study their properties is indispensable. To conduct the appropriate investigations, in the frame of the present thesis, in close collaboration with JINR (Dubna) a new detection system was constructed. It consists of 80 ³He-filled counters, 4π beta detector and a HPGe in order to measure simultaneously beta, gamma, neutron activity. The development of such a detection system system, currently installed at ALTO ISOL facility, was the first objective of the thesis. Then, during two experimental campaigns conducted to investigate beta decay properties of neutron rich nuclei in the neighborhood of N=50, N=82 the workability of the newly produced detection system was proven. In the vicinity of ⁷⁸Ni: half- lives and probability of beta-delayed neutron emission for ⁸º,⁸²,⁸³,⁸⁴Ga were measured. We were the first to observe the structure of ⁸¹,⁸² Ge via beta neutron gated gamma spectra. Thanks to the neutron detection channel the absolute intensities of beta decay were proposed for the first time. In the vicinity of ¹³²Sn the half lives of ¹²³Ag, ¹²⁴Ag, ¹²⁵Ag and ¹²⁷In, ¹²⁸In was measured. For the first time the beta delayed neutron emission was observed for ¹²⁶Cd, its Pn value also measured. Based on the data obtained we come to the conclusion that to figure out the relative contribution of allowed and forbidden decays more theoretical efforts should be done crossing the N=50 shell. Whereas in the vicinity of N=82 shell more experimental challenge are required.