Les études de structure et de spectroscopie réalisées sur les noyaux radioactifs durant les trois dernières décennies ont montré que la structure en couches des noyaux évolue vers la drip-line et que de nouveaux nombres magiques peuvent apparaître. Les noyaux doublement magiques sont très rares mais ils représentent des tests très contraignants pour les théories et leur modélisation de l'interaction nucléaire.Dans ce contexte, nous avons étudié la structure et la spectroscopie du noyau doublement magique d'oxygène 24, situé à la drip-line neutron, via la diffusion élastique et inélastiques de protons (p,p'). L'expérience a été effectuée à RIKEN sur la ligne BigRIPS, avec le faisceau de noyaux d'oxygène 24 produit à 263 MeV/n par RIBF à une intensité inégalée (1780/s), et le détecteur de particules chargées de dernière génération MUST2. L'analyse des données de cette thèse a permis de reconstruire : le spectre en énergie d'excitation du noyau d'oxygène 24 jusqu'à 35 MeV à partir de la cinématique des protons diffusés en utilisant la méthode de la masse manquante, et la distribution angulaire entre 4 et 30 degrés c.m. de la section efficace élastique exclusive (p,p) via une triple coïncidence noyau-proton-noyau. Sous le seuil de séparation de deux neutrons (S2n) la statistique est trop faible pour obtenir les deux états excités mesurés par deux expériences menées à plus basse énergie incidente. Au dessus du S2n des structures sont observées pour la première fois grâce à la gamme étendue accessible en énergie d'excitation. La mesure des états excités situés à ces énergies permettrait de tester les études théoriques menées sur les excitations dipolaires de basse énergie des noyaux légers riches en neutrons. La statistique obtenue pour la diffusion élastique de protons est suffisante pour extraire la distribution angulaire exclusive (p,p) des isotopes d'oxygène 24,23,22,21. Ces résultats constituent une référence inédite pour étudier le potentiel d'interaction proton-noyau autour de 260 MeV/n. La comparaison entre les données élastiques et les calculs de réaction réalisés à partir d'un potentiel microscopique, dépendant de la densité du noyau et construit avec la matrice G, nous indique que ce potentiel est satisfaisant; mais que l'inclusion, dans un futur modèle en voies couplées à haute énergie, de l'élastique et du knockout de quelques neutrons apparaît nécessaire. Les rayons quadratiques moyens des derniers isotopes pair-pair liés d'oxygène ont pu être estimés : rm(22O)=3+-0.1 fm et rm(24O)=3.25+-0.2 fm.

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

Les travaux effectués au cours de cette thèse au sein du groupe de structure nucléaire de l’IPN d’Orsay s’articulent autour de la production, en vue d’une étude par spectroscopie gamma, de noyaux exotiques riches en neutron de la couche fp. Dans ce cadre, nous avons mis en place, auprès de l’accélérateur Tandem d’Orsay, un multi-détecteur au germanium baptisé ORGAM, destiné à la spectroscopie gamma à haute résolution. Au cours de l’année 2008-2009, les détecteurs amenés à composer ORGAM ont été testés individuellement, ainsi que le dispositif annexe de réjection Compton, en coopération avec la division instrumentation du laboratoire. Parallèlement, le système d’alimentation automatique en azote liquide, destiné au maintien des détecteurs à basse température, a été amélioré et fiabilisé. L’ensemble du dispositif a été mis en place sur une ligne de faisceau de l’accélérateur tandem avec le concours du personnel technique de l’accélérateur.La première expérience utilisant le dispositif ORGAM a été réalisée en juillet 2009. Cette expérience, dont les données ont été analysées dans le cadre de ce travail, visait à étudier les collisions profondément inélastiques entre un faisceau de 36S accéléré à 154 MeV, et une cible de 70Zn. Un dispositif permettant la détection des particules chargées émises à grand angle a été utilisé afin d’identifier les fragments de ces collisions. Il n’a pas été possible, du fait du fond important induit par la diffusion élastique du faisceau dans la cible, d’identifier directement ces fragments. L’étude des coïncidences gamma-gamma avec le détecteur ORGAM a cependant permis de mettre en évidence de nombreuses cascades de photons désexcitant des noyaux potentiellement produits par les réactions d’intérêt.Les données recueillies au cours d’une autre expérience, réalisée auprès du tandem d’Orsay en 2005, ont été analysées dans le cadre de ce travail. Cette expérience, visant à produire par fusion évaporation entre un faisceau de 14C à 25 MeV et une cible de 48Ca, les noyaux de 59Mn et de 57Cr, a permis d’établir une partie du spectre en énergie d’excitation de ces noyaux, jusqu'à une énergie d’excitation supérieure à 3 MeV.Une étude théorique des noyaux de chrome impairs de la couche fp a été tentée à l’aide d’un modèle phénoménologique de couplage intermédiaire. Ce modèle a permis une description satisfaisante du 53Cr. Les prédictions du modèle, qui ne prend pas en compte l’interaction entre nucléons de valence, se sont avérées beaucoup moins satisfaisante pour les noyaux de 55Cr et 57Cr. / This PhD thesis was prepared within the nuclear structure group of IPN Orsay. The work presented aimed to produce neutron rich fp shell nuclei through heavy ion collisions at the tandem accelerator of IPN, and to study them using gamma spectroscopy. For this purpose, a germanium gamma array called ORGAM, and dedicated to high resolution gamma spectroscopy, was set up at the tandem accelerator. During the year 2008/2009, the individual germanium detectors were tested and repaired, as well as their ancillary anti-Compton shielding. At the same time, the liquid nitrogen auto-fill system was improved for better reliability. The array was finally set up on a beam line of the accelerator.The first experiment using the ORGAM array was performed in July 2009. This experiment aimed to study fully damped deep-inelastic collisions between a 36S beam accelerated to 154 MeV, and a 70Zn target. An additional charged particle detection system was used to detect interesting fragments emitted at backward angles. It was not possible to separate these fragments from the background induced by backscattered ions from the beam. Nevertheless, the study of gamma-gamma coincidences detected with the ORGAM array allowed to identify gamma cascades de-exciting nuclei potentially produced through the mechanism of interest. Data accumulated during another experiment performed at the tandem accelerator in 2005 were analyzed. Fusion-evaporation reaction between a 25 MeV, 14C beam focused on a 48Ca target produced the 57Cr and 59Mn nuclei, whose energy spectra were established up to 3 MeV.We attempted to study theoretically odd Chromium isotopes with a simple model based on the intermediate coupling scheme. This model, which doesn’t take into account correlation between valence nucleons, described in satisfactory way the semi-magic + 1 neutron, 53Cr, but failed to do so for mid-shell nuclei 55Cr and 57Cr.

Les facteurs spectroscopiques nous renseignent sur l'occupation des couches nucléaires et peuvent être extraits par des réactions directes comme le transfert à basse énergie et le knockout aux énergies intermédiaires. L’étude récente de noyaux radioactifs de la couche sd ayant une large différence d'énergie de séparation, DeltaS=Sp-Sn~20 MeV, montre que les sections efficaces d’arrachage d’un nucléon très lié sont considérablement réduites par rapport aux prédictions théoriques. Cette tendance n’est pas observée pour des noyaux moins exotiques, jusqu’à DeltaS~12 MeV, par réaction de transfert (d,p).Pour comprendre l'origine de cette réduction, nous avons réalisé deux expériences complémentaires sur un noyau présentant une large différence d’énergie de séparation l’14O : (i) le knockout d'un nucléon au NSCL, 14O (53 MeV/n) et 16C (75 MeV/n), sur une cible de 9Be; (ii) le transfert d'un nucléon avec le faisceau d’14O à 18 MeV/n de SPIRAL, 14O(d,t)13O et 14O(d,3He)13N, étudié avec le dispositif MUST2. L'analyse des données présentée en détails dans ce manuscrit conduit à des facteurs spectroscopiques incompatibles entre ces deux expériences lorsqu'un neutron fortement lié est enlevé ou transféré de l'14O. Dans le cas du knockout, la section efficace mesurée est fortement réduite par rapport aux prédictions basées sur un modèle eikonal et le modèle en couches. La distribution en moment parallèle de l’13O mesurée après l’arrachage d’un neutron présente par ailleurs une forme qui n’est pas reproduite par le modèle eikonal. Dans le cas du transfert, une telle réduction n'est pas observée et le rapport entre expérience et théorie est compatible avec ce qui est obtenu pour les noyaux stables. Ces résultats suscitent de nouveaux développements théoriques pour la modélisation du mécanisme de réaction dans ces cas extrêmes où le nucléon enlevé est fortement lié. / The distribution of spectroscopic strength in nuclei can be extracted from direct-reaction cross section measurements, as one-nucleon knockout at intermediate energy or transfer at low energy. The study of deeply-bound nucleon removal from several sd-shell nuclei having a large difference of proton-neutron separation energies, DeltaS=Sp-Sn~20 MeV, exhibits experimental cross sections about four times smaller than theoretical predictions from state-of-the-art calculations. This trend is not observed from (d,p) transfer reactions with nuclei having smaller separation energy asymmetry, DeltaS~12 MeV.To investigate the origin of this reduction, we have performed two complementary experiments for the 14O case having a large energy asymmetry: (i) one-nucleon knockout from 14O (53 MeV/n) and 16C (75 MeV/n) on a 9Be target at the NSCL; (ii) one-nucleon transfer reaction using SPIRAL beam, 14O(d,t)13O and 14O(d,3He)13N at 18 MeV/n, and the MUST2 array. The analysis of the data presented in this document leads to a discrepancy between the spectroscopic factors extracted from these two experiment when a deeply-bound neutron is removed from 14O. In the neutron knockout from 14O, the cross section is strongly reduced compared to predictions based on an eikonal model and shell model spectroscopic factors. Moreover, several deviations from the eikonal prediction are observed on the shape of the parallel momentum distribution of the ejectile 13O. For the transfer 14O(d,t)13O, such a reduction is not observed and results are in agreement with stable nuclei values. These results call for new theoretical developments concerning the description of the reaction mechanism when a deeply-bound nucleon is removed from a nucleus.

A l'aide de deux réactions de transfert (d,3He), la première avec MUST2 au GANIL et la deuxième avec le split-pole à Orsay, nous avons déterminé la position des états trous de protons dans les noyaux riches en neutrons : le 71Cu (N=42) et le 69Cu (N=40).A partir de la désintégration beta et de la spectroscopie laser, on sait que l'état excité f5/2 chute brutalement en énergie pour N>40 et devient même l'état fondamental dans le 75Cu. Cette chute en énergie a été expliqué par des travaux théoriques notamment à cause de la force tenseur entre les protons et les neutrons. La prédiction sur le partenaire spin-orbite f7/2 est qu'il devrait sentir également un effet à cause de cette force. Expérimentalement, les états trous de proton f7/2 ne sont pas connus pour N>40. Dans le 71Cu, deux états 7/2- sont connus autour de 1 MeV d'énergie d'excitation et sont des possibles candidats pour correspondre à cet état trou de proton. L'expérience au GANIL a eu lieu en mars 2011. Un faisceau secondaire de 72Zn à 38 AMeV a été produit par fragmentation et purifié à travers le spectromètre LISE. La réaction de transfert en cinématique inverse a été étudié à l'aide des télescopes MUST2 plus quatre détecteurs de silicium de 20 micromètres dans le but d'identifier les 3He de basse énergie. Le spectre en énergie d'excitation du 71Cu a été reconstruit grâce à la méthode de la masse manquante, les distributions angulaires ont été extraite et comparé avec un modèle de réaction utilisant les codes DWUCK4 et DWUCK5. A partir de ce travail au GANIL, aucun état n'a été peuplé autour de 1 MeV concluant que le centroid de la force réside à plus haute énergie d'excitation.Nous avalons également mesuré une nouvelle fois la les états trous de proton dans le 69Cu avec la même réaction de transfert mais cette fois en cinématique directe à Orsay dans le but d'étendre les données actuelles sur ce noyau où 60% de la force f7/2 est manquante et dans le but également d'avoir une analyse consistante des facteurs spectroscopiques entre les deux noyaux. Cette analyse consistante nous permet de pouvoir comparer l'évolution du centroid de la force entre les deux isotopes quand l'orbite neutron g9/2 commence à se remplir. Dans cette seconde expérience, nous avons utilisé un faisceau de deuton à 27 MeV produit par le tandem et une cible de 70Zn. Nous avons pu extraire trois nouvelles distributions angulaires et mesurer une nouvelle partie de la force f7/2.Enfin, pour pouvoir interpréter nos résultat, des calculs modèle en couche ont été effectué par le groupe de Strasbourg avec le code Antoine. L'espace de valence utilisé consiste en un coeur 48Ca avec les orbitales protons f7/2, p3/2, f5/2, p1/2 et les orbitales neutron p3/2, f5/2, p1/2, g9/2, d5/2. Les calculs inclus jusqu'à 8p-8h et montrent que la force se situe en effet à haute énergie d'excitation et qu'aucun état de trou de proton n'est calculé autour de 1 MeV. / In two (d,3He) transfer reactions with MUST2 at GANIL and the split-pole at Orsay, we have determined the position of the proton-hole states in the neutron-rich 71Cu (N=42) and 69Cu (N=40) isotopes. We have found that in 71Cu the hole strength of the f7/2 orbital lies at higher excitation energies than expected. From beta-decay and laser spectroscopy, the f5/2 first excited particle state in these isotopes was known to come down rapidly in energy when passing N=40 and even become the ground state in 75Cu. This sudden energy shift has been explained in a number of theoretical works. The prediction for the f7/2 spin-orbit partner was that it would change in energy too through a related effect. Experimentally, the f7/2 proton-hole state is not known for N>40. In 71Cu two 7/2- states around 1 MeV are candidates to be a proton-hole.The experiment at GANIL took place in March 2011. A secondary beam of 72Zn at 38 AMeV was produced by fragmentation and purified through the LISE spectrometer. The transfer reaction in inverse kinematics was studied with the MUST2 detectors plus four 20 micrometer silicon detector to identified the 3He of low kinetic energy. The excitation spectrum of 71Cu was reconstruct thanks to the missing mass method and the angular distributions were extracted and compared with a reaction model using the DWUCK4 and DWUCK5 code. From this work no states have been populated around 1 MeV concluding that the centroid of the f7/2 lies at higher excitation energy. We then remeasured the single-particle strength in 69Cu in the corresponding (d,3He) reaction at Orsay in March 2013 in order to extend the existing data where 60% of the f7/2 strength is missing and make sure that there is a consistent analysis of spectroscopic factors between both isotopes in order to well understood and well quantify the evolution of the f7/2 orbital when we start filling the g9/2 orbital. In this second experiment we have performed the reaction in direct kinematics using a deuteron beam at 27 MeV provided by the tandem and a target of 70Zn. In this work we were able to extract three new angular distributions and we have measured a new part of the f7/2 strength.Finally in order to interpret the results we have obtained from those two experiments, state-of-the-art shell-model calculations have been carried out in collaboration with the Strasbourg group using the Antoine code. The valence space consists in a core of 48Ca with the valence orbitals for protons f7/2, p3/2, f5/2, p1/2 and the orbitals p3/2, f5/2, p1/2, g9/2, d5/2 for neutrons. The calculations have been done allowing 8p-8h and show that the strength is indeed at high energy and no f7/2 proton-hole state lies around 1 MeV in 71Cu.

La structure nucléaire en couches sphériques évolue en allant vers des régions de plus en plus exotiques de la carte des noyaux. Par conséquent, les nombres magiques conventionnels (2, 8, 20, 28, 50, 82, 126) peuvent disparaître loin de la stabilité, tandis que de nouveaux apparaissent.L’évolution des gaps entre états de particule individuelle loin de la stabilité a essentiellement deux origines : les dérives monopolaires et l’augmentation de la collectivité. Les dérives monopolaires sont essentiellement dues à l’interaction proton-neutron (composante spin-isospin de l’interaction nucléaire). On se concentre dans cette thèse sur les isotopes impairs N=51 et en particulier sur 83Ge, le plus proche de 79Ni que l’on peut étudier actuellement par spectroscopie γ de précision. Pour cela, deux expériences complémentaires ont été réalisées. Une première expérience, au GANIL avec AGATA, VAMOS et le plunger OUPS a permis de mesurer les durées de vie des états excités Yrast des produits de la réaction 238U(9Be,f). Une seconde expérience pour l’étude par spectroscopie γ β-retardée de 83Ge afin de peupler les états non-Yrast a été réalisée afin d’avoir une vue d’ensemble de la spectroscopie de 83Ge.La complémentarité de ces deux expériences a permis de mettre en évidence un état intru pour la première fois au delà du gap N=50 dans 83Ge et ainsi avoir plus d’information sur l’évolution du gap νg9/2νd5/2 associé au nombre magique de spin-orbite N=50. Une analyse détaillée de ses deux expériences est présentée dans ce manuscript. De plus, une comparaison avec un modèle semi-microscopique coeur-particule est aussi réalisée. / Nuclear spherical shell structure evolves towards more and more exotic regions of the nuclear chart. Therefore, conventional magic numbers (2, 8, 20, 28, 50, 82, 126) can disappear while new ones appear. 
The evolution of gaps between single-particle states far from stability has essentially two origins : monopole drift and the collectivity enhancement. The monopole drifts are mostly coming from neutron-proton interaction (spin-isospin term of the nuclear interaction). In this thesis, we focused on the study of N=51 isotones and in particular 83Ge, the closest to 79Ni that can be studied nowadays by detailled γ-spectroscopy. For this purpose, two complementary experiments were performed. A first experiment, at GANIL with AGATA, VAMOS and the OUPS plunger device allowed us to measure lifetime of Yrast excited states in the 238U(9Be,f) reaction products. A second experiment for the study of β-delayed γ-spectroscopy of 83Ge was performed in order to populate non-Yrast states so that has an overview of the spectroscopy of 83Ge.The complementarity of these two experiments allowed highlighting for the first time an intruder state above the N=50 gap in 83Ge and thus, it adds information about the evolution of the νg9/2νd5/2 gap corresponding to the N=50 shell closure.A detailed analysis of both experiments is presented in this manuscript. In addition, a comparison to a semi-microscopic core-particle model is performed.

Les noyaux les plus complexes sont situés entre les nombres magiques et les médianes des espaces de valence, dans des régions connues pour les changements abrupts des observables nucléaires. Dans ces régions appelées de transition de forme, le paradigme nucléaire change entre la goutte liquide vibrationnelle et le rotor statique. Sauf quelques exceptions, les noyaux de ces régions sont radioactifs, avec des demi-vies qui chutent dans les millisecondes. Complémentaires aux propriétés des états excités à basse énergie, les énergies de liaison et les rayons de charge nucléaires sont parmi les observables les plus sensibles à ces changements de structure nucléaire. Dans ce travail, une étude du phénomène de transition de forme est effectuée, par des mesures de nucléides radioactifs produits dans le laboratoire ISOLDE au CERN. Les masses des isotopes de rubidium riches en neutrons 98-100Rb et des isotopes d’or riches en protons 180,185,188,190,191Au sont mesurées avec le spectromètre de masse de type Penning ISOLTRAP. La masse de 100Rb est déterminée pour la première fois. Des déviations significatives par rapport à la littérature sont trouvées pour les isotopes 188,190Au. Une nouvelle méthode expérimentale est présentée, utilisant un spectromètre de masse à multi-réflexion comme analyseur de faisceau pour la spectroscopie laser d’ionisation résonante. La nouvelle méthode donne la possibilité d’effectuer des études de structure hyperfine atomique avec ISOLTRAP, dont on peut extraire les rayons de charge et les moments électromagnétiques nucléaires. / The most complex nuclei are situated between the magic and the mid-shell ones, in regions known for sudden changes of the trends of nuclear observables. These are the so-called shape-transition regions, where the nuclear paradigm changes from the vibrational liquid drop to the static rotor. With few exceptions, nuclei in these regions are radioactive, with half-lives dropping into the millisecond range.Complementing the information obtained from the low-lying excitation spectrum, nuclear binding energies and mean-square charge radii are among the observables most sensitive to these changes of nuclear structure. In the present work, a study of the shape-transition phenomenon is performed by measurements of radioactive nuclides produced by the ISOLDE facility at CERN. The masses of the neutron-rich rubidium isotopes 98−100Rb and of the neutron-deficient gold isotopes 180,185,188,190,191Au are determined using the Penning-trap mass spectrometer ISOLTRAP. The mass of 100Rb is determined for the first time. Significant deviations from the literature values are found for the isotopes 188,190Au. A new experimental method is presented, using a recently developed multi-reflection time-of-flight mass spectrometer as a beam-analysis tool for resonance-ionization laser spectroscopy. The new method opens the path to measurements of atomic hyperfine spectra with ISOLTRAP, from which charge radii and electromagnetic moments of radioactive nuclides can be extracted. The properties of the studied nuclides map the borders of two prominent regions of quadrupole deformation, which constrain the fine balance between pairing and quadrupole correlations in the nuclear ground states. This balance is studied by the Hartree-Fock- Bogoliubov (HFB) approach. The sensitivity of the shape-transition phenomenon to the strength of pairing correlations is demonstrated. In particular, the strong odd-even staggering of charge radii in the mercury isotopic chain is shown to result in the HFB approach from the fine interplay between pairing, quadrupole correlations and quasi-particle blocking.

Les études de structure et de spectroscopie réalisées sur les noyaux radioactifs durant les trois dernières décennies ont montré que la structure en couches des noyaux évolue vers la drip-line et que de nouveaux nombres magiques peuvent apparaître. Les noyaux doublement magiques sont très rares mais ils représentent des tests très contraignants pour les théories et leur modélisation de l'interaction nucléaire.Dans ce contexte, nous avons étudié la structure et la spectroscopie du noyau doublement magique d'oxygène 24, situé à la drip-line neutron, via la diffusion élastique et inélastiques de protons (p,p'). L'expérience a été effectuée à RIKEN sur la ligne BigRIPS, avec le faisceau de noyaux d'oxygène 24 produit à 263 MeV/n par RIBF à une intensité inégalée (1780/s), et le détecteur de particules chargées de dernière génération MUST2. L'analyse des données de cette thèse a permis de reconstruire : le spectre en énergie d'excitation du noyau d'oxygène 24 jusqu'à 35 MeV à partir de la cinématique des protons diffusés en utilisant la méthode de la masse manquante, et la distribution angulaire entre 4 et 30 degrés c.m. de la section efficace élastique exclusive (p,p) via une triple coïncidence noyau-proton-noyau. Sous le seuil de séparation de deux neutrons (S2n) la statistique est trop faible pour obtenir les deux états excités mesurés par deux expériences menées à plus basse énergie incidente. Au dessus du S2n des structures sont observées pour la première fois grâce à la gamme étendue accessible en énergie d'excitation. La mesure des états excités situés à ces énergies permettrait de tester les études théoriques menées sur les excitations dipolaires de basse énergie des noyaux légers riches en neutrons. La statistique obtenue pour la diffusion élastique de protons est suffisante pour extraire la distribution angulaire exclusive (p,p) des isotopes d'oxygène 24,23,22,21. Ces résultats constituent une référence inédite pour étudier le potentiel d'interaction proton-noyau autour de 260 MeV/n. La comparaison entre les données élastiques et les calculs de réaction réalisés à partir d'un potentiel microscopique, dépendant de la densité du noyau et construit avec la matrice G, nous indique que ce potentiel est satisfaisant; mais que l'inclusion, dans un futur modèle en voies couplées à haute énergie, de l'élastique et du knockout de quelques neutrons apparaît nécessaire. Les rayons quadratiques moyens des derniers isotopes pair-pair liés d'oxygène ont pu être estimés : rm(22O)=3+-0.1 fm et rm(24O)=3.25+-0.2 fm. / The studies of structure and spectroscopy performed on radioactive nuclei during the last three decades have shown that the nuclear shell structure changes towards the drip-line and local magic numbers may appear. Doubly-magic nuclei are very rare but represent stringent tests for theories and their modelling of the nuclear interaction.In this context, we have investigated the structure and spectroscopy of the drip-line doubly-magic nucleus 24O via proton elastic and inelastic scattering (p,p'). The experiment was performed at RIKEN in the BigRIPS line, using the 24O beam produced at 263 MeV/n with RIBF with a high intensity (1780/s), and the state-of-the-art MUST2 charged particle detector. The analysis of the data gives the reconstruction of : the 24O excitation energy spectrum up to 35 MeV with the scattered proton kinematics using the missing mass method, and the angular distribution of exclusive (p,p) elastic cross section between 4 and 30 degrees c.m. via a triple coincidence nucleus-proton-nucleus. Below the two-neutron separation threshold (S2n) the statistics is too low to obtain the two excited states measured by previous experiments done at lower incident energies. Above the S2n structures are observed for the first time due to the large excitation energy range of the excitation spectra. The measurement of the excited states located at these energies would allow to test theoretical studies of low-energy dipole excitation in light neutron-rich nuclei. The statistics obtained for proton elastic scattering is sufficient to extract the exclusive (p,p) angular distributions of the 24,23,22,21O isotopes. These results constitute a new benchmark to explore proton-nucleus interaction potential features around 260 MeV/n. The comparison of elastic data set to the reaction calculations done with the microscopic reaction approach based on the G-matrix density-dependent potential indicates that this potential is suitable. However, it remains to include both the elastic and the knockout reactions in a future complete coupled channel reaction model at high energy. The root-mean-square radii of the two last bound even-even isotopes have been estimated: rm(22O)=3+-0.1 fm et rm(24O)=3.25+-0.2 fm.

L'étude des noyaux exotiques est un outil important pour sonder la structure nucléaire des noyaux éloignés de la stabilité. Pour des noyaux situés à la drip-line proton, l'émission directe de protons a été prédite depuis le début des années 1960. Ce travail de thèse est focalisé sur l'étude de la radioactivité 2-protons du noyau 45Fe. Un modèle théorique récent, dit modèle à trois corps, prévoit les corrélations énergétiques et angulaires qui doivent exister entre les protons émis. Afin d'étudier le processus d'émission, une Chambre à Projection Temporelle a spécialement été conçue pour reconstruire en trois dimensions la trajectoire des protons. Elle a été utilisée pendant une expérience sur le séparateur LISE3 du GANIL pour l'étude de 45Fe. Pour la première fois, les deux protons émis ont pu être détectés individuellement. Des outils d'analyse spécifiques ont permis de calculer les corrélations énergétiques entre les protons, montrant qu'ils partagent équitablement l'énergie disponible, tel que le prévoient les différents modèles théoriques. Les corrélations angulaires ont été étudiées, mais le manque de statistique ne permet pas de trancher définitivement sur le processus d'émission mis en jeu même si les données sont en accord avec les prévisions du modèle à trois corps. L'expérience a également permis d'étudier l'émission retardée de protons de 43Cr. L'émission beta-2p a été identifiée ; les corrélations énergétiques et angulaires sont en faveur d'une émission séquentielle des deux protons. Enfin, et pour la première fois, l'émission retardée de trois protons a été observée pour ce noyau.

The structure of exotic nuclei is one of the main interests in current nuclear physics. Exotic nuclei present unusual properties, such as a low breakup energy, a short lifetime and/or a halo structure. Because of their short lifetimes, they can not be studied by usual spectroscopic techniques. Indeed, targets of such nuclei are impossible to build. But since the availability of radioactive beams, nuclear reactions have provided possibilities of exploring nuclei far from stability.<p><p>The investigation of exotic nuclei has been recently reactivated by the development of intense radioactive nuclear beams. As firstly observed for the deuteron, and then for other exotic projectiles such as $^6$He and $^{11}$Be, the internal structures of the interacting nuclei can have a significant effect on the elastic cross sections. Due to their low binding energy, the projectile dissociation process, leaving the target in its ground state, highly affects elastic cross sections but also other measurements such as transfer and fusion reactions. Accurate reaction theories are therefore needed. The coupled discretized-continuum channel (CDCC) method is one of those theories and assumes a projectile made of N clusters (usually N=2 or 3) impinging on a target which is structureless. The N+1-body Schrödinger equation is approximately solved by expanding the total wave function over the bound and continuum states of the projectile. These latter take into account the dissociation events and are approximately described by a truncated set of square-integrable wave functions. There are two available methods for discretizing the continuum, the pseudostate method where the projectile Hamiltonian is diagonalized within a finite basis of square-integrable functions, or the bin method where exact scattering wave functions of the projectile are averaged over bins in a finite region of space. In both cases, the N+1-body Schrödinger equation is replaced by a set of coupled-channel differential equations, which provides the physical quantities such as the collision matrix. In principle, the CDCC method can be very close to the exact N+1-body wave function and is adapted to low as well as to high energy reactions. However, its main interest consists in the low-energy domain.<p><p>In the present work, we propose a new approach to solve the CDCC equations. This method is based on the R-matrix theory associated with a Lagrange mesh basis. We will show that the combination of both approaches provides a fast and accurate technique to solve the CDCC equations, even for large systems, where traditional methods meet convergence problems. Before investigating collisions with exotic projectiles, we restrict ourselves to the simplest nucleus, the deuteron. Then we make a step towards a more complicated system, the $^6$Li which is a well known stable nucleus. We apply the CDCC method to the d + $^{58}$Ni and $^6$Li + $^{40}$Ca elastic scattering and breakup. These systems are considered in the literature as test cases. They have been investigated by several authors who showed the importance of the breakup channels in the elastic cross sections.<p><p>After having validated the present version of the CDCC method, we focus on $^{11}$Be, a typical example of a halo nucleus, with low binding energy and large quadrupole moment. Elastic, inelastic and breakup cross sections are computed in the CDCC formalism, at energies near the Coulomb barrier, where continuum effects in the scattering of exotic nuclei, and more specifically on the $^{11}$Be + $^{64}$Zn scattering, are observed. We show that converged cross sections need high angular momenta as well as large excitation energies in the wave functions of the projectile.<p><p>A Borromean nucleus is made of three constituents which are weakly linked together, but where each pair of those three constituents does not form a bound system. The name "Borromean" comes from the Borromean rings where, if any one of three rings is removed, the remaining two become unbound. Collisions with $^6$He and $^9$Be Borromean projectiles are studied in the present work. Again we compare our method with the $^6$He + $^{208}$Pb and $^6$He + $^{12}$C benchmark calculations. Afterwards, the convergence against the parameters of the description of the $^9$Be projectile is tested for the elastic cross section. The sensitivity to the technique employed to remove the forbidden states and also the sensitivity to the collision energy are investigated. / Doctorat en Sciences de l'ingénieur / info:eu-repo/semantics/nonPublished