Laboratoire de physique subatomique et des technologies associées

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Publication : 12 mars 2021

Des physiciens nucléaires de Subatech ont participé à une collaboration de recherche internationale pour montrer comment le spin de deux fragments issus de la fission d'un noyau atomique est généré.

Une série d'expériences auprès de l'accélérateur ALTO de l'IJC lab à Orsay ont révélé que les fragments issus de la fission nucléaire obtiennent leur moment angulaire intrinsèque (ou spin) après la fission, et non avant comme il était largement supposé auparavant. Ce résultat a pu être obtenu grâce à la collaboration "nu-ball", un groupe international de physiciens nucléaires dont l'objectif est l'étude de la structure de nombreux noyaux. Ce groupe inclut des chercheur(se)s de 37 instituts et 16 pays, parmi eux des membres de Subatech, et est mené par le laboratoire Irène-Joliot-Curie d'Orsay. Les résultats sont présentés dans la nouvelle publication de la revue Nature intitulée ‘Angular momentum generation in nuclear fission’.

Non seulement ces résultats apportent une nouvelle vision du rôle du moment angulaire dans le mécanisme de la fission, mais ils ont également des conséquences dans d'autres champs de recherche comme l'étude de la structure des noyaux riches en neutrons, la synthèse des éléments super-lourds, et les applications comme la puissance résiduelle des réacteurs nucléaires.

Accès à l'article : https://in2p3.cnrs.fr/fr/cnrsinfo/nouvelles-perspectives-sur-le-mecanisme-de-la-fission-nucleaire

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Publication : 23 janvier 2020

La radioactivité bêta des produits issus de la fission dans les réacteurs nucléaires est à l'origine de leur très grande production d'antineutrinos. En 2011, la révision du modèle théorique de conversion électrons/antineutrinos a mis en évidence un déficit de 6 % entre les antineutrinos prédits et ceux mesurés à proximité des réacteurs. Deux hypothèses étaient envisagées alors : il existait d'autres types de neutrinos, stériles, qu'il fallait alors caractériser ou le modèle était imparfait. Le groupe SEN travaille sur le seul modèle alternatif à la conversion : la méthode de sommation ainsi que sur des mesures expérimentales permettant notamment d'améliorer la prédictivité de ce dernier. Le modèle consiste à étudier minutieusement la désintégration nucléaire des principaux contributeurs à l’émission des antineutrinos dans le combustible et à sommer les contributions. Associé à la collaboration TAGS, le groupe a pu mesurer et analyser jusqu'à maintenant 15 noyaux majeurs pour la prédiction des spectres des antineutrinos. La prise en compte de ces noyaux corrigés de l'effet Pandémonium dans le calcul de flux d'antineutrinos produits montre un effet systématique : le flux prédit se rapproche inlassablement du flux mesuré (cf figure) et semble confirmer les résultats des expériences neutrinos quant à l’imperfection du modèle de conversion. L'écart de flux se resserre à 2 % avec les mesures de flux de la collaboration Daya Bay et l'impact d'autres noyaux TAGS sur le modèle sera évalué prochainement.

Légende : En 2011 le modèle de sommation (Greenwood) alors compatible avec le modèle de conversion prévoyait 6% d’antineutrinos de plus que ce qui était mesuré par Daya Bay (DB). L’amélioration du modèle nucléaire en 2012, 2015, 2017 puis 2018 grâce aux données TAGS a permis de réduire l’écart à 2%. Figure M. Estienne et al. Phys. Rev. Lett. 123 (2019) 022502.

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Publication : 18 décembre 2020

Contact :
Lydie Giot, Laboratoire SUBATECH Laboratory, CNRS-IN2P3, 4 rue Alfred Kastler, 44307 Nantes, France, Cette adresse e-mail est protégée contre les robots spammeurs. Vous devez activer le JavaScript pour la visualiser.

Decay heat is the heat released after the reactor shutdown as a result of radioactive decays of the fuel isotopes and delayed fissions. The determination of decay heat is a major safety issue for a reactor in operation or in accidental conditions but also for the transport of burnt fuel and nuclear waste management. It is in particular a key  parameter for the design of the Generation IV reactors safety systems but also for the use of innovating fuels. Few decay heat  measurements are available. Hence there is a real need to have  reliable codes to estimate the decay heat associated with its uncertainty. The calculation of decay heat relies on the combination of reactor simulations to estimate the fuel inventory and on nuclear data
used as an input : decay properties of the fission products and  actinides, fission yields and cross sections.

The Nuclear Structure and Energy group of the SUBATECH laboratory performs decay heat calculations with the Monte Carlo  depletion code SERPENT2 developed by the VTT in Finland for fission pulses, PWR fuel assemblies but also Gen IV concepts.

Since 2015, the impact of new TAS measurements of the β- and γ mean decay energies of some key fission products
on the decay heat calculation of thermal/fast fission pulses has been calculated with the SERPENT2 code.

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Publication : 11 février 2019

La radioactivité des produits de fission dans un réacteur nucléaire libère une importante quantité d’énergie. Une partie de cette énergie s’échappe du réacteur avec les antineutrinos. La compréhension de leur nombre et de leur énergie tient la communauté des physiciens en halène depuis quelques années avec l’anomalie des réacteurs, un déficit d’antineutrinos détectés à de courtes distances des réacteurs nucléaires par rapport aux prédictions qui pourrait être expliqué par l’existence de neutrinos stériles. La façon dont les noyaux produits dans le coeur des réacteurs se désintègrent pourrait peut-être également fournir la clé de cette énigme. L’étude de certains de ces produits de fission restait un défi, cependant la combinaison des techniques de production, de détection et d’analyse les plus en pointe a permis de mesurer les propriétés radioactives de deux isotopes de niobium avec états isomériques. Les résultats montrent un impact majeur sur la prédiction des spectres d’antineutrinos des réacteurs par la méthode de sommation.

Publication: Large Impact of the Decay of Niobium Isomers on the Reactor ¯νe Summation Calculations, V. Guadilla et al., Phys. Rev. Lett. 122, 042502 – Published 30 January 2019.

Contacts: V. Guadilla, M. Fallot (Subatech)

Désintégration beta des isomers de ¹⁰⁰Nb (gauche). Impact des résultats sur le spectre en énergie des antineutrinos provenant de la fission du ²³⁹Pu (droite).