De nombreux noyaux atomiques et hypernoyaux se modélisent comme des structures à trois corps. C'est le cas, par exemple, de noyaux à halo, comme 6He, ou de noyaux stables, comme 12C et 9Be. <p>En effet, 6He se caractérise comme un système à trois corps, formé d'un coeur (une particule alpha) et de deux neutrons de valence faiblement liés. Le noyau de 12C peut s'étudier comme un système lié formé de trois particules alphas, tandis que 9Be peut être décrit comme la liaison de deux particules alphas et d'un neutron.<p><p>Dans les exemples précédents, les particules alphas sont des amas de nucléons. Elles possèdent donc une structure interne dont il faut tenir compte en raison du principe de Pauli.<p><p>Les modèles les plus réalistes pour décrire les structures à trois corps sont les modèles "microscopiques". Ces modèles prennent en compte explicitement tous les nucléons et respectent exactement le principe d'antisymétrisation de Pauli. Cependant, l'application de ces modèles est fortement limitée en pratique, car ils exigent de trop nombreux et trop longs calculs.<p>Par conséquent, pour simplifier considérablement les calculs et permettre l'étude des structures à trois corps, des modèles moins détaillés, de type "semi-microscopiques", sont également développés. Dans ces modèles, on représente les amas de nucléons comme de simples particules ponctuelles. Dans ce cas, la modélisation consiste à construire les potentiels effectifs entre les amas, puis à les employer dans les modèles à trois corps.<p><p>Dans ce travail, nous avons développé les modèles "semi-microscopiques à trois corps". Les potentiels effectifs entre amas sont directement déduits des forces entre nucléons (selon la RGM à 2 corps). Ces potentiels sont "non-locaux", et dépendent des énergies des amas qui interagissent. Ils permettent de simuler le principe de Pauli et les échanges de nucléons entre les amas. La dépendance en l'énergie se révèle être un inconvénient dans les modèles à trois corps. Les potentiels effectifs sont par conséquent transformés en de nouveaux potentiels (non-locaux) indépendants de l'énergie, bien adaptés aux modèles à trois corps. Les modèles "semi-microscopiques" sont beaucoup plus simples et plus rapides que les modèles "microscopiques". Ils fournissent les fonctions d'onde des états liés à trois corps des noyaux légers et hypernoyaux. Cela permet d'une part de comprendre les propriétés spectroscopiques nucléaires, et d'autre part, cela ouvre la voie pour de futurs modèles de réactions nucléaires impliquant les structures à trois corps.<p><p>/<p><p>Several atomic nuclei and hypernuclei can be modelled as three-body structures: e.g. two-neutron halo nuclei, such as 6He, and other nuclei, such as 12C and 9Be.<p>Indeed 6He can be represented as a three-body system, made up of a core (an alpha particle) and two weakly bound valence neutrons. The 12C nucleus can be studied as a bound system formed by three alpha particles, while the 9Be nucleus can be described as the binding of two alpha particles and one neutron.<p><p>In these typical examples, the alpha particles are clusters of nucleons. They have an internal structure that must be taken into account because of the Pauli principle.<p><p>The most realistic models are the "microscopic models". In these models, all the nucleons are taken into account, and the Pauli antisymmetrisation principle is fully respected. However, the application of the "microscopic models" is limited in practice, because they require too many laborious calculations.<p>Therefore, in order to greatly simplify the calculations, "semi-microscopic models" are developed. In those models, the clusters of nucleons are treated as ("structureless") pointlike particles. The models then consist in determining the effective potentials between the clusters, and in using them in three-body models.<p><p>In the present work, we have developed "semi-microscopic models". The effective potentials between the clusters are directly obtained from the interactions between nucleons (according to the two-cluster RGM). These potentials are "nonlocal", and depend on the energy of the interacting clusters. The non-locality is a direct consequence of the Pauli principle and the exchanges of nucleons between the clusters. The energy-dependence of the potentials turns out to be a drawback in three-body models. Therefore, the effective potentials are transformed into energy-independent potentials, which can be used in three-body models. The "semi-microscopic models" are much simpler and faster than the "microscopic models". They provide the three-body bound-state wave functions (i.e. the spectroscopic properties and the structure) of light nuclei and hypernuclei. Such wave functions are also the basic ingredient that will be used in future reactions models. / Doctorat en Sciences de l'ingénieur / info:eu-repo/semantics/nonPublished

La fission induite par neutron, découverte il y a plus de 70 ans, a de nombreuses applications, par exemple industrielles pour la production d'énergie, et intervient dans la nucléosynthèse. Cependant, sa description microscopique reste un problème ouvert. En effet, les degrés de liberté qui interviennent dans ce processus dynamique sont complexes. De plus, les noyaux fissiles ont un nombre élevé de nucléons en interaction (>200). Il s'agit donc d'un problème à N-corps quantique. Or, une résolution directe de ce dernier n'est pas possible à l'heure actuelle. Dans ce contexte, la description microscopique de la fission considérée ici est la suivante : la première étape consiste à déterminer un ensemble de configurations de champ moyen qui représentent différentes déformations du noyau, incluant ainsi explicitement les degrés de liberté collectifs qui leur sont associés. Dans la seconde étape, la dynamique est décrite dans cet espace de configurations en utilisant la méthode de la coordonnée génératrice dépendante du temps (TDGCM). L'approximation des recouvrements gaussiens (GOA) est alors utilisée. Cependant, elle introduit une erreur de modèle et limite les extensions comme par exemple la prise en compte explicite de degrés de liberté intrinsèques. Ce travail de thèse a pour objectif de décrire le processus de fission avec la TDGCM sans recourir à la GOA. Cela implique de résoudre l'équation de la dynamique en TDGCM appelée équation de Hill-Wheeler dépendante du temps (TD-HW). Les méthodes d'évaluations des matrices des recouvrements et du hamiltonien collectif sont présentées dans le cas d'une interaction de Gogny. La matrice des recouvrements représente la métrique de l'espace des configurations, et la matrice du hamiltonien collectif contient les couplages énergétiques entre les configurations. Les configurations sont exprimées dans des bases de particules deux à deux distinctes, introduisant des instabilités numériques dans les méthodes d'évaluation standard. Un formalisme adapté à ces bases est proposé permettant d'éliminer ces instabilités. Deux méthodes de résolution de TD-HW sont présentées. La première consiste à calculer l'opérateur d'évolution associé à l'équation de Hill-Wheeler dépendante du temps. Elle est adaptée à un faible nombre de configurations. La seconde utilise un schéma de discrétisation en temps permettant l'inclusion d'un plus grand nombre de configurations dans le modèle. Ce formalisme est ensuite appliqué à la description de la réaction de fission induite par neutron sur le plutonium 239, et une comparaison avec la TDGCM+GOA est effectuée. / Nuclear fission, where an atomic nucleus separates into two fragments while emitting a large amount of energy, is at the core of many applications in society (energy production) and national security (deterrence, non-proliferation). It is also a key ingredient of the mechanisms of formation of elements in the universe. Yet, nearly 80 years after its experimental discovery its theoretical description in terms of the basic constituents of the nucleus (protons and neutrons) and their interaction remains a challenge. In this thesis, we describe the fission process as follows. In a first step, we use large supercomputers to compute the deformation properties of the nucleus based on our knowledge of nuclear forces. In a second step, we simulate the time evolution of the system from its ground state up to the fragments separation with a fully quantum-mechanical approach called the time-dependent generator coordinate method (TDGCM). While results are in good qualitative agreement with experimental data, the implementation of the TDGCM so far had been greatly simplified using what is known as the Gaussian overlap approximation (GOA). We also developed the formalism and a numerical implementation of the exact TDGCM - without the GOA. This will allow the first systematic validation of that approximation and an assessment of the resulting theoretical uncertainties. The second chapter presents the description of the neutron induced fission process using the TDGCM+GOA. The third one introduces the developments carried out in this thesis allowing the description of the fission process with the TDGCM without the GOA. The last chapter shows the first results obtained with this approach.

La réaction de fusion 12C+ 12C marque un tournant dans l’évolution des étoiles massives. La section efficace présente des résonances jusqu’aux énergies d’intérêt astrophysique, généralement associées à une structure moléculaire dans le 24Mg. Au cours de cette thèse, la section efficace de fusion 12C+ 12C a été mesurée depuis la barrière de Coulomb jusqu’aux énergies d’intérêt astrophysique. La mesure en coïncidence des particules chargées et des γ a été employée. Un dispositif expérimental, STELLA, a été développé et construit au cours de cette thèse. Il comprend une chambre à réaction, des détecteurs annulaires au silicium, un mécanisme de cibles tournantes, un système de pompage pour vide poussé, un système d’acquisition digital, et une structure pour supporter 36 détecteurs LaBr3. STELLA a été installée auprès de l’accélérateur Andromède (Orsay, France) et une série d’expériences fructueuses ont permis d’obtenir des résultats cohérents au cœur de la fenêtre de Gamow pour la phase de combustion du carbone dans les étoiles massives. / The 12C+ 12C fusion reaction plays a key role in the late evolution of massive stars. Its cross section exhibits strong resonances down to the astrophysical region of interest, often associated with a molecular configuration of the 24Mg nucleus. In this thesis, the 12C+ 12C fusion cross section has been measured from the Coulomb barrier down to the astrophysical region of interest. The charged particle-gamma coincidence technique has been used. A new experimental setup, STELLA, has been developed and built during this thesis. It is composed of a reaction chamber, a set of annular silicon strip detectors, a rotating target mechanism, an ultra high vacuum system, a digital time-stamped data acquistion system, and a structure that fits 36 LaBr3 detectors. STELLA has been installed at the Andromède facility (Orsay, France). Successfull experiments have been carried out to extract fusion cross sections down to the Gamow window for the carbon burning phase of massive stars.

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.