L’isomérisme

Une définition possible d’un état isomère du noyau est celle d’un état possédant un temps de vie anormalement long. Cette définition est cependant vague et dépendante du contexte. Par exemple il existe des isomères de forme correspondant à des résonances dans les cluster d’alpha ayant un temps de vie de 10−19s, ou à l’autre extrême des isomères de temps de vie 1015ans.

De manière générale, les états isomériques ont une décroissance électromagnétique inhibée. Les causes de l’isomérisme peuvent être de différentes comme illustré figure2.17. L’isomérisme se produit soit lorsqu’il y a un deuxième minimum en énergie en fonction de l’élongation, du spin ou de la projection du spin sur l’axe de symétrie.

FIGURE2.17 – Illustration des différents types d’isomérisme. De gauche à droite : isomère de forme, piège yrast, isomèreK [53].

• La déformation ; de nombreux noyaux possèdent des états ayant une déformation différente de l’état fondamental du noyau. Lorsque ces états sont dans un puits de potentiel secondaire, ils peuvent être particulièrement stables ou autrement dit métastables. Ces états excités particulièrement déformés sont appelés isomères de forme.

• L’isomérisme de spin correspond à la difficulté d’effectuer des transitions emportant un grand moment angulaire. En effet, une transition E5, ou M6 par exemple possède un temps de vie très important selon l’estimation de Weisskopf. Si c’est la seule transition possible, cela conduit à un état métastable : un isomère de spin.

• L’isomérisme K est une variante de l’isomère de spin liée à la déformation du noyau. Leur existence dépend nom seulement de la différence de spin entre les états, mais aussi de l’orientation du spin total ; K étant la projection du moment angulaire total I sur l’axe de symétrie z du noyau déformé.

Dans ce dernier cas, le degré d’interdiction est mesuré à l’aide de la variable λ définie telle que : λ = |Ki− Kf| − L = ∆K − L, (2.120) où L représente la multipolarité de la transition. Plus λ est grand plus la transition est défavorisée. λ est relié au facteur d’empêchement FW définit comme :

FW = T_1/2exp

TW 1/2

avec T_1/2W la durée de demi-vie estimée par la formule de Weisskpof et T_1/2exp le temps mesuré expérimentalement. Ainsi plus λ est grand plus le temps de demi-vie expérimentale sera grand par rapport au temps de demi-vie prédit par la formule de Weisskopf. Bien que le facteur d’empêchement FW puisse varier considérablement, la systématique de Löbner [54] montre que FW augmente approximativement d’un facteur 100 pour chaque degré d’interdiction K ajouté.

Plusieurs isomères ont été observés dans la région des noyaux lourds. Par exemple pour les noyaux pair-pairs le250

102No [55], le252102No [56] [57] le254102No [58] [59] [60] [61] le244₉₄ Pu [56] [62], le246₉₆ Cm [56] [63],248₉₈ Cf [64] ou encore le250₁₀₀Fm [65], etc... Tous ces isomères sont des isomères K interprétés comme des états à 2 quasi-particules combinant, par exemple pour le 254₁₀₂No les états protons 7₂−[514]π et 9₂

+

[624]π pour former un isomère de Jπ = 8−ayant un temps de vie de 266 ms [66]. De même des isomères sont aussi observés dans le cas des noyaux impairs de la région par exemple le253No [27],253Fm [67], ou encore le255Lr [28] [68] qui sont interprétés comme des états excités à trois quasi-particules.

Le temps de vie mesuré donne donc une indication sur le degré d’interdiction de la transition et par conséquent sur la nature des états impliqués. La présence d’isomère(s) dans les noyaux impairs251Md et249Md est plutôt attendue étant donné la présence de nombreux isomères dans cette région.

CHAPITRE 3

TECHNIQUES ET DISPOSITIF

EXPÉRIMENTAL

3.1

Principe du dispositif dédié à la spectroscopie des transfermiums à

Jyväskylä

Le dispositif permettant d’étudier la spectroscopie de noyaux lourds à Jyväskylä, en Finlande, est composé de plusieurs éléments comme l’illustre la figure3.1. De gauche à droite nous avons : − le spectromètre SAGE (Silicon And GErmanium spectrometer) composé d’une sphère de détecteurs germanium Jurogam II ainsi que d’un spectromètre à électrons. Jurogam II est lui-même composé de 34 détecteurs au germanium hyper-pur (24 détecteurs de type trèfle et 10 de type tronconique).

− Le séparateur à gaz RITU (Recoil Ion Transport Unit) est composé de trois quadripôles afin de focaliser les ions, et un dipôle électromagnétique afin de les filtrer.

− La détection plan focal GREAT (Gamma Recoil Electron Alpha- Tagging) est composé d’un compteur proportionnel à fils (MWPC), d’un détecteur silicium double face à pistes (DSSD : Double-sided Silicon Strip Detector), d’un tunnel de diodes silicium et de détecteurs semi- conducteurs germanium : un planaire et trois trèfles.

La figure3.1schématise également le principe de synthèse et de détection des noyaux lourds, la création du249

101Md étant prise comme exemple. Un faisceau de4820Ca entre en collision avec une cible de203

81 Tl afin de former par fusion-évaporation du249101Md après évaporation de deux neutrons : 203_Tl(48_Ca,2n)249_{Md. Les noyaux de} 249

101Md vont ensuite se désexciter au niveau de la cible par émission de rayonnements gamma et d’électrons de conversion. Le temps de désexcitation de la plupart des rayonnements est de l’ordre de 10−12seconde ce qui implique une détection directement après la fusion au niveau de la cible : c’est une spectroscopie prompte. La spectroscopie prompte implique un faisceau de faible intensité (quelques dizaines de pnA) sous peine de saturer les détecteurs de SAGE (germanium et silicium : voir figure3.2-gauche). Le séparateur à gaz RITU permet ensuite de filtrer les ions ; il permet la séparation des noyaux

FIGURE3.1 – Dispositif expérimental utilisé à l’université de Jyväskylä.

de249

101Md, du faisceau, des produits de transferts et des fragments de fission.

Les noyaux sélectionnés traversent ensuite le compteur proportionnel à fils permettant la mesure du temps de vol et de la perte d’énergie qui permettront une identification plus précise des ions. Les ions viennent finalement s’implanter dans le détecteur silicium double face à pistes (DSSD). Les décroissances et/ou désexcitations successives (alpha, gamma, e−...) des noyaux implantés sont détectées par les DSSD et par quatre détecteurs germaniums. Cet ensemble s’appelle GREAT (figure3.2-droite). Il permet l’identification des noyaux, la spectroscopie retardée et l’identification d’isomère(s).

FIGURE3.2 – SAGE (gauche) et GREAT (droite).

3.2

SAGE (Silicon And GErmanium spectrometer)

Le spectromètre SAGE permet la détection simultanée des rayonnements gamma et des électrons de conversion émis par les noyaux excités [69].