Laboratoire : Subatech

Encadrement de la thèse : Amanda Porta (0251858616) et Muriel Fallot (0251858415)

Financement : allocation université

Présentation du sujet : Depuis 2009, le groupe Experimental Research on Data Reactors and Energy (ERDRE) réalise des mesures de décroissance bêta de noyaux d’intérêt pour la physique des réacteurs (puissance résiduelle, cinétique et non-prolifération), mais également pour la structure nucléaire et l’astrophysique nucléaire, en collaboration étroite avec une équipe espagnole de chercheurs de Valence auprès de l’accélérateur JYFL (Jyväskylä-Finlande). Ces mesures sont effectuées en utilisant la méthode TAS (Total Absorption Spectroscopy), basée sur la détection des gammas de désexcitation du noyau produit par la décroissance bêta. Cette technique permet de reconstruire la distribution de force bêta, et constitue donc un outil privilégié pour apporter des contraintes aux modèles théoriques. Elle est aussi la technique utilisée pour s’affranchir de l'effet Pandemonium qui fait que les résultats de décroissance bêta consignés dans les bases de données sont inexacts, une partie de l’intensité de décroissance pouvant être manquante. L’effet Pandemonium provient de la difficulté de reconstruire les schémas de décroissance bêta via les mesures effectuées avec des détecteurs germanium, en particulier quand les transitions sont de grande énergie ou vers des régions énergétiques à grande densité de niveaux. La méthode TAS est complémentaire et permet de résoudre ce problème.

La thèse sera de type expérimental avec un volet principal fondamental et un volet appliqué qui lui permettront d’avoir une vision complète de l’utilité des mesures en physique nucléaire. Dans un premier temps, l’étudiant/e participera à la finalisation de l’analyse de l’expérience de 2014 en collaboration avec l’équipe. Dans un second temps, le/la thésard/e participera à une expérience TAS sur des noyaux d’intérêt pour la structure et l’astrophysique nucléaires auprès du dispositif ALTO, qui a été acceptée et devrait être réalisée fin 2015 – début 2016. Il s’agit de réaliser les premières mesures avec la technique TAS autour du noyau doublement magique 132Sn. Dans cette région une grande partie de la force Gamow-Teller est attendue et n’a encore jamais été observée. De plus les noyaux de cette région sont susceptibles de montrer une structure en « peau de neutrons », et de posséder des modes collectifs de basse énergie, éventuellement accessibles via la désintégration bêta et en particulier la technique TAS. Le/la thésard/e participera donc à cette expérience et à l’analyse qui suivra. Il/Elle sera en charge de toutes les phases de préparation de l’expérience à ALTO, de l’analyse des données, du calcul de la réponse du détecteur en utilisant les codes GEANT4 et, éventuellement, MCNP, jusqu’au calcul de l'alimentation bêta et l’interprétation physique des résultats de l’expérience. Il relèvera de sa responsabilité d'interpréter la réponse provenant de la simulation GEANT4 avec les informations bibliographiques sur la désexcitation des noyaux pour reconstruire la matrice qui lie les données mesurées à l'alimentation bêta. Il/Elle utilisera cette matrice dans les programmes d'analyse déjà existants pour résoudre le problème inverse et calculer les « beta-feedings ». L’analyse des données sera suivie par une phase d’interprétation des résultats et de comparaison avec la théorie. Pour cette partie notre groupe a déjà une collaboration avec Marco Martini de l’Université de Gent (Belgique) et Sophie Péru du CEA-DAM-DIF. Les résultats expérimentaux obtenus de l’analyse des expériences effectuées en 2014 et 2015-16 seront ensuite interprétés avec le support de modèles théoriques microscopiques développés pour les études fondamentales de structure nucléaire : modèles et codes existants de champ moyen, de QRPA pour les excitations électromagnétiques et de pnQRPA pour les décroissances β. Les outils mentionnés permettront à la fois d’interpréter les données expérimentales et de prédire là où l’expérience n’est pas encore accessible.