L’implantation d’ORGAM auprès du tandem d’Orsay a été réalisée avec succès, et le détecteur a pu été utilisé dans plusieurs expériences de spectroscopie γ réalisées auprès du tandem d’Orsay. La campagne de retraitement a permis de garantir une résolution à 1,3 MeV de l’ordre de 2,5 keV pour l’ensemble des détecteurs composant le dispositif. L’efficacité d’ORGAM, de l’ordre de 2 %, reste inférieure à l’efficacité des détecteurs utilisés auprès des grandes installations dédiées à l’étude de la structure nucléaire. Le détecteur GAMMASPHERE, qui est composé de plus de 100 diodes germanium, possède une efficacité de l’ordre de 10 %. La prochaine génération de multi-détecteurs germanium, comme le détecteur AGATA, permettront grâce à une couverture angulaire proche de 4π, d’atteindre une efficacité supérieure à 40 %. Un détecteur comme d’ORGAM permet cependant de profiter des nombreuses possibilités d’étude offertes par les faisceaux stables fournis par l’accélérateur Tandem d’Orsay. Ces faisceaux ont en effet une intensité suffisante permettant leur utilisation pour produire des noyaux d’intérêt pour la communauté de structure nucléaire, notamment par le biais des collisions entre ions lourds.
Chapitre 3
Les mécanismes de réaction entre ions
lourds aux énergies proches de la barrière
Coulombienne
Avec la découverte de la modification des nombres magiques loin de la stabilité, l’un des enjeux majeurs dans l’étude la structure nucléaire a consisté à produire des noyaux de plus en plus éloignés de la vallée de stabilité. Cette capacité à produire des noyaux ayant des rapports N/Z de plus en plus exotiques, avec une section efficace suffisante, est le principal facteur limitant l’extension des modèles nucléaires à des régions très exotiques de la charte des noyaux.
Il est possible de produire des noyaux exotiques par le biais d’une réaction nucléaire entre deux isotopes donnés, qui en interagissant, vont produire l’espèce à étudier. Beaucoup de moyens de production consistent donc à accélérer un faisceau d’ions, constitué d’un isotope donné, vers une cible constituée d’un autre isotope. Lorsque l’énergie des ions incidents est suffisante pour vaincre la répulsion coulombienne, les noyaux du faisceau peuvent rentrer en collision avec les noyaux cibles. L’interaction entre ces noyaux, au travers de la force nucléaire, va alors donner lieu à la modification de l’état initial, et généralement à la production d’espèces différentes des espèces initiales.
Pour une énergie incidente donnée, il existe en général de nombreuses voies de réaction ou-vertes, avec des sections efficaces très différentes. Pour une voie de réaction donnée, la section efficace est également fortement dépendante de l’énergie incidente. En choisissant de manière adaptée le couple projectile-cible, ainsi que l’énergie incidente, et en sélectionnant une voie de réaction donnée, on peut optimiser la section efficace de production d’un isotope à étudier.
Les isotopes stables disponibles dans la nature sont relativement peu nombreux (∼ 300). La plupart d’entre eux ont une abondance très faible ou ne possèdent pas les caractéristiques chim-iques permettant leur utilisation dans la fabrication de cibles, ou de sources d’ions. Le choix d’un couple projectile-cible est donc assez restreint, et il est souvent nécessaire d’utiliser des voies de réaction minoritaires pour produire les isotopes qui n’ont pas encore été étudiés. De plus, les états excités susceptibles d’être peuplés dépendent largement du mécanisme de production du noyau. La connaissance des différents mécanismes de réaction est donc primordiale afin de produire et étudier de nouvelles espèces nucléaires.
Chapitre 3. Les mécanismes de réaction entre ions lourds aux énergies proches de la barrière Coulombienne
Lorsque les noyaux qui interagissent sont des ions lourds, les voies de réaction ouvertes peu-vent être nombreuses. La grande quantité d’énergie et de moment angulaire transférable lors de ce type de réactions constitue un moyen efficace de peupler les noyaux à grande énergie d’excitation.
3.1 Cinématique des réactions entre ions lourds
La faible longueur d’onde des ions lourds aux énergies proches de la barrière Coulombienne permet en première approximation, de traiter ces collisions de manière semi-classique. La ciné-matique, avant et après la collision, est alors régie par l’interaction électromagnétique entre les charges positives portées par les noyaux. Cette interaction répulsive donne lieu à des trajectoires incidentes hyperboliques dans le référentiel du centre de masse, comme on peut le voir sur la figure 3.1.
d b
FIGURE 3.1 – Trajectoires purement Coulombiennes de deux noyaux dans le référentiel du centre de masse. On peut voir la définition du paramètre d’impact b, et de la distance minimale d’approche d.
On appelle paramètre d’impact b, la distance entre les trajectoires asymptotiques du projectile et du noyau cible. Pour une énergie incidente donnée, on peut déterminer, en fonction du paramètre d’impact, la distance minimale d’approche d entre les deux noyaux, qui correspond à la distance minimale entre le centre des noyaux, dans l’hypothèse d’une interaction purement Coulombienne. Par définition, le rayon d’interaction Riest la distance d’approche pour laquelle les fonctions d’ondes nucléaires commencent à se recouvrir, donnant éventuellement lieu à une réaction nu-cléaire. En utilisant le modèle de la goutte liquide, pour deux noyaux de masses respectives A1 et A2, et en tenant compte du caractère diffus de la surface nucléaire, on peut écrire
Ri= r0A1/31 + A1/32 + a. (3.1) Dans le cas des ions lourds, le paramètre r0est pris égal à 1,2 fm. Le paramètre a, qui rend compte de la surface diffuse, vaut ∼ 2 fm.
3.2. La diffusion Coulombienne