Perspectives

Nous allons poursuivre l’application de la technique de transfert pour déterminer des

sections efficaces de fission des noyaux suivants :

238

Pu(T

1/2

=87ans),

240

Am(T

1/2

=2.1

jours) et

242

Am(T

1/2

(gs)=16 heures) dont une mesure directe par neutrons s’avère difficile

(

238

Pu(n,f)) ou irréalisable (

240,242

Am(n,f)).

Une évaluation récente de plusieurs isotopes du Plutonium effectuée à Bruyères le Châtel

(voir cours d’E. Bauge dans cette école) a mis en évidence une incohérence de la section

efficace de fission du

238

Pu induite par des neutrons d’énergie comprise entre 6 et 20

MeV. Dans cette gamme d’énergie il existe seulement deux mesures et la plus complète

propose des sections efficaces de fission (2,8 barns) du même niveau que la section

efficace de réaction alors que les voies (n,2n), (n,3n) et de pré-équilibre sont ici en

compétition avec la fission. Nous proposons de reprendre ces mesures à partir de la

réaction de transfert suivante :

237

Np(

3

He,p)

239

Pu, pour mesurer la probabilité de fission

du système

239

Pu. La période du noyau cible

237

Np est de 2,1⋅10

6

_{ans. Même si notre}

objectif principal est la section efficace du

238

Pu, nous allons pouvoir exploiter les trois

autres voies de transfert en même temps que la voie proton et déterminer les sections

efficaces (n,f) du

236

Pu(T

1/2

=2.9 ans)

237

Pu(T

1/2

=45 jours) et du

235

Np(T

1/2

=396 jours).

La faisabilité de l’incinération du noyau

241

Am bute encore sur le manque de fiabilité des

données neutroniques concernant les noyaux lourds voisins produits lors de son

incinération. C’est le cas pour les noyaux

240

Am et

242

Am dont les données évaluées

proviennent de calculs sans validation expérimentale. L’

240

Am est produit par la réaction

241

_{Am(n,2n). Il se désintègre (par capture électronique) vers le}

240

_{Pu. L’}

242

_{Am est formé}

par capture de neutron sur l’

241

Am dans son état fondamental (T

1/2

=16 heures) ou dans un

état isomérique dont la durée de vie est plus longue (T

1/2

=141 ans) que l’état

fondamental. La désintégration (β

-

) de l’état fondamental conduit à la formation du noyau

242

_{Cm. Ces deux noyaux, d’accès difficile par capture de neutron le sont plus facilement}

par réaction de transfert. Pour accéder à la section efficace

240

_{Am(n,f) nous allons utiliser}

la cible d’

243

Am et un faisceau de protons, à partir du transfert de deux neutrons de la

cible au projectile nous formons l’

241

Am (réaction

243

Am(p,t)

241

Am). L’utilisation d’une

cible de

242

Pu devrait nous permettre d’obtenir les sections efficaces (n,f) des noyaux

241-

243

_{Am et}

240

_{Pu. Le noyau}

241

_{Am est commun à cette mesure et à celle que nous avons}

réalisée précédemment avec la cible d’

243

Am. Ce recouvrement est un élément essentiel

de validation de la méthode. L’ensemble des noyaux que nous envisageons d’étudier est

représenté dans la carte de noyaux de la figure 9.

242_Cm 243_Cm 244_Cm 240_Am 241_Am 242_Am 243_Pu 239_Pu 240_Pu 243_Am 245_Cm 241_Pu 242_Pu 244_Am 241_Cm 241_Np 240_Np 239_Np 245_Bk 244_Bk 243_Bk

N

Z

238_Np 237_Np 235_Np 236_Np 238_Pu 237_Pu 236_Pu 239_Am 238_Am 241_Cm 241_Cm Cible 243_Am Cible 242_Pu Cibles 243_Am,242_Pu Mesuré Cible 237_Np

Figure 9 : Extrait du tableau des nuclides où nous avons marqué les noyaux auxquels

nous aurons accès à partir d’expériences utilisant les réactions de transfert avec différents

cibles ainsi que les noyaux déjà mesurés.

Comme nous l’avons expliqué plus haut, jusqu'à présent la méthode surrogate appliquée à

la capture radiative n’a pas pu être validée. Une telle validation est particulièrement

importante, car les mesures de capture se font à plus basse énergie que la fission et les

effets de structure, c’est à dire, les différences de distributions de moment angulaire

peuplés par l’absorption d’un neutron et par la réaction de transfert, peuvent se manifester

de façon plus dramatique que dans la fission. Il est donc nécessaire de trouver des noyaux

auxquels on peut accéder par des réactions de transfert comme celles que nous avons

utilisées et pour lesquels les sections efficaces de capture radiative sont bien connues.

Puisque l’applicabilité de la méthode dépend de la structure nucléaire du noyau composé

formé, chaque cas est en principe unique. Par conséquent, pour que la validation soit la

plus complète possible, il faudrait considérer différentes réactions de transfert et

différents types de noyaux cibles pour former des noyaux composés pair-pair, pair-

impair, impair-impair dans différentes régions de masse et avec des distributions de

spin/parité différentes. Ceci est un travail très complexe auquel nous voudrions contribuer

dans le futur.

Une version plus sophistiquée de notre dispositif va être mise au point au GANIL [13].

C’est un projet dans lequel nous voudrions nous impliquer de façon importante et dont

l'objectif est de mesurer pour la première fois les distributions isotopiques complètes des

fragments de fission d'un nombre important d'actinides allant de l’

237

U jusqu'au

247

Cm à

des énergies d'excitation allant de 0 à 40 MeV. Les distributions isotopiques des produits

de fission jouent un rôle très important dans l’incinération des actinides mineurs car elles

ont un fort impact sur le flux de neutrons dans un réacteur. En effet, la proportion de

neutrons retardés, le nombre de noyaux neutrophages dans le cœur, ainsi que la chaleur

dégagée sont directement connectés aux distributions isotopiques des produits de fission.

Ces distributions deviennent alors essentielles quand il s'agit d'incinérer les actinides

mineurs, car des quantités importantes de ces déchets seront introduites dans le cœur des

réacteurs incinérateurs. Cependant, pour les actinides mineurs les distributions

isotopiques des produits de fission sont mal connues. En général seules les distributions

en masse ont été mesurées, et cela seulement à des énergies de neutrons thermiques ainsi

qu’à 14 MeV. De même, les distributions en charge ont été déterminées seulement pour

une partie des fragments de fission, et uniquement pour une gamme limitée d'actinides.

Ces mesures sont également d’un intérêt considérable pour la physique nucléaire fondamentale et en particulier pour l’amélioration de nos connaissances sur le processus de fission. Son intérêt est double: d’un côté, les distributions isotopiques et leur évolution avec l'énergie d'excitation vont permettre de répondre à la question encore ouverte sur les effets de couches dans le processus de fission. D’un autre côté, la variation avec l'énergie d'excitation des effets pair-impair de ces distributions est directement liée à la dépendance de la viscosité du noyau avec l'énergie d'excitation. Du point de vue technique,

ces mesures sont très difficiles à faire à partir des

mesures neutroniques directes à cause de la haute radioactivité des cibles et de la faible

vitesse des fragments de fission lourds. L’idée est donc de produire les actinides d'intérêt

à partir de réactions de transfert de plusieurs nucléons entre un faisceau d’

238

U et une

cible de

12

C. Le couplage de la cinématique inverse avec des réactions de transfert nous

permettra d'atteindre un nombre important de noyaux fissionnants au delà de

238

U tout en

couvrant une grande gamme d'énergie d'excitation. D’ailleurs, les fragments de fission

sont émis avec une énergie cinétique suffisante pour rendre possible l'identification

isotopique des fragments les plus lourds. Les expériences se dérouleront au GANIL où le

spectromètre VAMOS servira à identifier en masse et en charge les fragments de fission.

Dans le document Fission, réacteurs, déchets et prospectives (document de 2006) (Page 191-193)