Premier couplage du réacteur ADS expérimental GUINEVERE

L’équipe du projet MAX (MYRRHA Accelerator eXperiment research and development programme) a le plaisir de vous annoncer une première mondiale :

« Le Centre d'étude de l'énergie nucléaire (SCK•CEN) de Belgique a réussi à faire fonctionner un réacteur nucléaire au plomb piloté par un accélérateur de particules construit par le CNRS. L’enjeu d’un tel couplage est de pouvoir, à terme, contrôler plus facilement le fonctionnement des réacteurs nucléaires, et de produire des déchets nucléaires moins polluants. Cette maquette opérationnelle GUINEVERE a été réalisée également en collaboration avec le CEA, la Commission européenne et une dizaine de laboratoires européens. »

Pour lire la suite du communiqué de presse :

http://www2.cnrs.fr/presse/communique/2417.htm

Voir aussi :

Dossier de presse :

http://www2.cnrs.fr/sites/communique/fichier/dp_guinevere.pdf

Vidéo :

http://www.dailymotion.com/video/xcidxz_guinevere-un-pas-vers-l-incineratio_tech

Première mise en évidence de la condensation Bose-Einstein dans les noyaux atomiques

Des travaux théoriques menés depuis les années 2000 prédisaient pour certains états excités de noyaux légers une condensation alpha de type Bose-Einstein. En étudiant les produits de fragmentation de projectiles 40Ca produits dans des collisions d'ions lourds auprès du cyclotron supraconducteur du Laboratoire National du Sud à Catane (Italie), les physiciens de la collaboration ISOSPIN (CNRS (1), NIPNE Bucarest (2), INFN et Universités italiennes (3), CEA(4)) viennent de montrer qu'un état excité du ¹²C se désexcite en particulier par une émission simultanée de trois particules alpha de même énergie. Ces résultats qui signent de manière directe l'état condensat présent dans ce noyau viennent d'être publiés dans la revue Physics Letters B (5).

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Spallation au seuil de la multifragmentation: identification à très haute résolution de deux mécanismes de formation de nucléides légers dans des collisions nucléaires induites par de protons relativistes

L'étude de collisions entre protons relativistes et ions lourds a été l'objectif de plusieurs années d'expériences au GSI (Darmstadt). Les réactions de 'spallation' ont été mesurées en cinématique inverse, par l'utilisation de faisceaux d'ions lourds accélérés à des énergies relativistes et envoyés sur une cible d'hydrogène liquide. Les produits de réactions ont été ensuite analysés en masse et en numéro atomique par le champ magnétique du spectromètre FRS (FRagment Separator), qui a permis une mesure à haute résolution de la vitesse de chaque particule identifiée.

Cette technique expérimentale a été utilisée pour étudier le mode de formation des fragments légers dans la spallation du xénon 136, un noyau de composition isotopique proche au Plomb 208 mais de masse inférieure, qui exclue le processus de fission symétrique. La mesure des éléments légers avec un spectromètre a requis d'introduire une nouvelle méthode d'investigation basée sur la haute résolution de la mesure des vitesses.

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Cristina Volpe, chercheuse dans le groupe de physique théorique de l’IPN d’Orsay, a été élue en novembre 2011 « Fellow » de l'American Physical Society par la division de physique nucléaire de l'APS.

La nomination en tant que « Fellow » représente une distinction prestigieuse, seulement 0,5% des membres de l’APS obtiennent cette distinction.

Cristina Volpe devient « Fellow » de l’APS en reconnaissance de « ses travaux sur l'interaction neutrino-noyau et la compréhension du rôle des neutrinos dans les sites astrophysiques, ainsi que pour sa suggestion de construire une source beta-beam de basse énergie en utilisant la désintégration bêta des noyaux radioactifs. »

Le nom de Cristina Volpe et cette citation seront publiés lors de la parution de l’APS News de mars 2012. Pour plus d'informations vous pouvez consulter le site web de l' American Physical Society : http://www.aps.org/ .

Nous nous associons aux félicitations de nos collègues de l’American Physical Society et souhaitons à Cristina Volpe d’autres grands succès au cours de sa carrière.

J. Margueron

Cluster structure of the inner crust of neutron stars in the Hartree-Fock-Bogoliubov approach

Phys. Rev. C 84, 065801 (2011)

L'écorce interne des étoiles à neutrons est constituée d'une réseau cristallin de noyaux en équilibre avec un gaz d'électrons et de neutrons superfluides. Dans cet article, nous calculons la charge Z et la masse A des noyaux ainsi que la taille de la cellule élémentaire du réseau cristallin qui minimise l'énergie à une densité donnée. C'est le premier calcul self-consistant qui inclut les corrélations d'appariement dans une approche de type Hartree-Fock Bogolyubov.

Nous discutons les effets de l'appariement et la disparition des effets de couche au fur et à mesure que la densité augmente. Nous discutons aussi des limites de notre approche et les ambiguïtés liées à l'identification du vrai minimum absolu parmi les nombreux minimums secondaires. Ces nouveaux calculs montrent cependant des différences notables par rapport aux tables existantes et seront prochainement utilisés dans des modèles de refroidissement d'étoiles à neutrons ainsi que dans des modèles de "Glitches".

Marie-Olga Sornein,^a Céline Cannes,^a* Claire Le Naour,^a Mickaël Mendes,^a

Electrochemical Behaviour of Tetrachoro and Tetrabromo Uranyl Complexes in Room Temperature Ionic Liquids

Journal of Electroanalytical Chemistry Volume 661, Issue 1, Pages 49-56

Les propriétiés redox des complexes tétrahalogénés d’uranyle(VI) ([U^VIO₂X₄]^2- avec X = Cl ou Br) ont été étudiés dans les liquides ioniques [BuMeIm][Tf₂N] et [MeBu₃N][Tf₂N], où [BuMeIm]⁺ et [MeBu₃N]⁺ représentent respectivement le cation 1-butyl-3-méthylimidazolium et le cation tributylméthylammonium, et [Tf₂N]^- l’anion bis(trifluorométhylsulfonyl)imide. Les résultats suggèrent que la réduction de [U^VIO₂X₄]^2- a lieu via un mécanisme de transfert électronique – réaction chimique – transfert électronique (mécanisme ECE). Nous avons montré par voltammétrie que le premier transfert électronique est quasi-réversible et met en jeu un électron, conduisant à la formation d’un complexe tétrahalogéné d’uranium(V). Ce composé réagit chimiquement et sa stabilité dépend du ligand halogénure et du liquide ionique. Le complexe le plus stable est [U^VO₂Cl₄]^3- dans [BuMeIm][Tf₂N]. Nous avons supposé que le cation [BuMeIm]⁺ interagit plus fortement par liaison hydrogène que le cation [MeBu₃N]⁺ avec le complexe d’uranium, comme il est déjà décrit pour les autres espèces anioniques d’uranium. De plus, en présence d’ions chlorure, la réaction chimique consécutive n’est plus observée par voltammétrie cyclique.

M. Chabot, G. Martinet, S. Bouneau, B. Genolini, X. Grave, K. Nguyen, C. Le Gailliard et P. Rosier

Detection of atomic and molecular mega-electron-volt projectiles using an x-ray charged coupled device camera

Rev. Sci. Instrum. 82, 103301 (2011)

Dans cet article nous présentons un nouveau détecteur pour la détection des atomes et des molécules à haute énergie (MeV). Il est basé sur une camera CCD de rayon X « customisée » par la société HAMAMATSU.   Les caractéristiques spectroscopiques pour des ions atomiques sont trouvées proches de celles d’un détecteur silicium classique. Pour  la détection des molécules, en positionnant une mince feuille de carbone devant la CCD nous montrons que sa pixellisation fine (25µm) permet une identification chimique complète (nombre et masse de tous les atomes composant la molécule), événement  par événement. Ce détecteur ouvre de nouvelles perspectives pour les études utilisant des faisceaux de moléculaire à hautes énergies qui sont aujourd’hui disponibles auprès d’ALTO sur la ligne AGAT, et très prochainement à « L’Institut of Modern Physic » en Chine (Langzou). Cet article à été sélectionné pour les « highlight » de Review of Scientific Instruments : http://rsi.aip.org/research_highlight_archive

E. Khan

Low-energy monopole strength in exotic nickel isotopes

Phys. Rev. C 84, 051301(R) (2011)

Certains noyaux présentent des modes exotiques d'excitations, comme des résonances "pygmées". Des prédictions utilisant des approches microscopiques de champ moyen montrent que le noyau riche en neutrons 68Ni présente un mode d'excitation de basse énergie inattendu, localisé quelques MeV sous la résonance géante monopolaire. Une expérience dévolue à cette mesure est en cours d'analyse et les résultats seront confrontés à cette prédiction.

D. Peña Arteaga, M. Grasso, E. Khan

Nuclear structure in strong magnetic fields: Nuclei in the crust of a magnetar

Certaines étoiles à neutrons peuvent abriter des champs magnétiques ultra-intenses. L'écorce de ces "magnetars" est composée de noyaux. En présence de tels champs magnétiques, l'édifice nucléaire peut être bouleversé. Un calcul de champ moyen relativiste permet de prédire le comportement de tels systèmes et déterminer le champ magnétique critique au-delà duquel la structure nucléaire s'en trouve modifiée.

S. Galais et C. Volpe

Neutrino spectral split in core-collapse supernovae: A magnetic resonance phenomenon

Phys. Rev. D 84, 085005 (2011)

Des phénomènes nouveaux de conversion de saveurs des neutrinos dans les supernovae ont été mis en évidence récemment. Ces phénomènes, due à l'importance de l'interaction des neutrinos avec les neutrinos, donne lieu à une conversion de saveur dans une région très profonde dans l'étoile (près de la neutrinosphère) où l'on croyait que rien ne se passait en termes de conversion de saveur. Trois régimes ont été identifiés, appelées synchronisation, oscillations bipolaires et "spectral split". Ce dernier correspond à une inversion de l'isospin de saveur des neutrinos lors de la propagation et dépend, de façon drastique, de leur énergie.

    En utilisant le formalisme d'isospin de saveur, nous nous sommes concentrés sur le phénomène dit de "spectral split" et nous avons montré, pour la première fois, que le mécanisme de physique sous-jacent est un phénomène de résonance magnétique. Pour vérifier cette conjecture nous avons réalisé des calculs numériques complets à deux saveurs et montré que, selon l'énergie des neutrinos, à l'endroit et pour les énergies des neutrinos pour lesquelles le "spectral split" a lieu dans la supernova, les conditions de résonance magnétique sont satisfaites. C'est donc ce phénomène de résonance qui engendre l'inversion de l'isospin de saveur des neutrinos lors de la propagation, observés dans les simulations numériques.

M. Urban

Collective excitations in the neutron star inner crust

Phys. Rev C84 (4) 045801 (2011)

La croûte interne des étoiles à neutrons contient des phases inhomogènes composées de structures denses, contenant protons et neutrons, dans un gaz de neutrons. Leurs propriétés thermodynamiques, comme la chaleur spécifique, sont importantes pour le refroidissement des étoiles à neutrons. Nous étudions le spectre d'excitations collectives dans la phase "lasagne" où les structures denses sont des plaques. Notre approche est basée sur l'hydrodynamique superfluide. Contrairement aux calculs microscopiques, qui sont actuellement limités aux excitations de courte longueur d'onde dans l'approximation de Wigner-Seitz, cela nous permet de considérer des longueurs d'onde plus grandes qui sont essentielles pour le spectre d'excitation à basse énergie. Nous discutons la contribution de ces modes collectifs à la chaleur spécifique de la phase lasagne comparé avec d'autres contributions connues.

J. Wilson, N. Capellan, S. David

Minimization of actinide waste by multi-recycling of thoriated fuels in the EPR reactor

Le multi-recyclage de combustibles innovants au thorium dans des réacteurs à eau pressurisée européen (EPR) a été étudié. Le renouvellement de la matière fissile par capture sur le fertile (U238 pour les combustibles standard UOX, ²³²Th pour les combustibles thorium) est meilleur avec les combustibles thorium. De ce fait cela conduit à des économies d'uranium naturel d'environ 45% si l'uranium dans le combustible usé est multi-recyclés. En outre, nous démontrons que les actinides mineurs et les stocks de plutonium sont réduits et donc la chaleur résiduelle des déchets est jusqu'à 20 fois plus faible après 1000 ans. Deux types de combustibles innovants (S90 et S20), ThO2 mélangé avec 90% et 20% UO2 enrichi respectivement, sont comparés comme une alternative à l'oxyde d'uranium standard (UOX) et uranium/plutonium mélange d'oxydes (MOX). Les comparaisons ont été faite avec des burnups de 65 GWj/t, les plus longs atteignables par l'EPR. Les inventaires fissiles et les déchets sont examinés, la radio-toxicité et la chaleur résiduelle sont extraits et les coefficients de sécurité sont calculés. Enfin, nous nous intéressons au point de vue économique de ces stratégies.

B. Roussière

Half-life measurements of ^137,139Cs excited nuclear states

Eur. Phys. J. A (2011) 47: 106

Un dispositif de "fast-timing" a été développé pour mesurer, dans la gamme de quelques dizaines de picosecondes à quelques nanosecondes, les vies moyennes des états excités des noyaux. Les premières mesures en ligne ont été réalisées sur les niveaux excités de ^137,139Cs obtenus lors de la décroissance b^¯ des noyaux ^137,139Xe. Les noyaux de xénon riches en neutrons ont été produits par la photofission de ²³⁸U induite en bombardant une cible épaisse de carbure d'uranium par le faisceau d'électrons de 50 MeV délivré par le linac d'ALTO. La vie moyenne du premier état excité de ¹³⁷Cs et celles de six états excités de ¹³⁹Cs ont été mesurées pour la première fois. L'analyse des probabilités de transition déduites de ces mesures confirme que le premier état excité de ¹³⁷Cs et de ¹³⁹Cs correspond à l'état de proton issu de l'orbitale p2d_5/2 et conduit à proposer les spins et parités 5/2⁺, 3/2⁺ et 1/2⁺ aux états du noyau ¹³⁹Cs situés à 289.8, 393.5 et 393.8 keV.

Collaboration G0:

J. Arvieux, L. Bimbot, R. Frascaria, H. Guler, J. Lenoble, D. Marchand, M. Morlet, S. Niccolai, S. Ong, J. van de Wiele.

The G0 Experiment: Apparatus for Parity-Violating Electron Scattering Measurements at Forward and Backward Angles

Nucl. Instrum. Methods A 646 (2011) 59

Cet article décrit de manière exhaustive l’ensemble du système expérimental ainsi que les performances obtenues lors de l’expérience de violation de la parité G0. Pour rappel, l’IPNO s’est beaucoup investi dans cette expérience tant dans la physique qu’au niveau technique (détecteurs et électronique d’acquisition notamment). Cette expérience s’est déroulée de 2002 à 2007 dans le hall C à Jefferson Lab. (Newport-News, Virginie, Etats-Unis). Le but était de quantifier la contribution des quarks étranges de la mer de quarks et d’anti-quarks aux distributions de charge et de magnétisation du proton dans un domaine en quadri-moments transférés Q² de 0.1 à 1 (GeV/c2). Expérimentalement, on réalise une diffusion élastique électron-proton en renversant périodiquement le spin des électrons polarisés longitudinalement et on mesure l’asymétrie en taux de comptage, de l’ordre de 1. 10^-6, résultant de la propriété de violation de la parité dans l’interaction faible. L’atout de G0 est de pouvoir déterminer individuellement les contributions électrique et magnétique en combinant des mesures aux angles avant et arrière couplées à des mesures en diffusion quasi-élastique sur le deutérium. La réalisation de cette expérience a nécessité un appareillage spécifique dédié consistant, entre autres, en des systèmes spécialisés de monitorage du faisceau et de contrôle, une cible cryogénique d’hydrogène (deutérium), un spectromètre magnétique toroïdal supraconducteur, des scintillateurs plastiques couplés à des photomultiplicateurs, des détecteurs Čerenkov à base d’aérogel et une électronique rapide d’acquisition pour le comptage individuel des événements.

A. Dbeyssi, D. Marchand, E. Tomasi Gustafsson

Model independent analysis of polarization effects in elastic proton-electron scattering

Phys.Rev.C84:015212, 2011

La diffusion élastique polarisée protons-électrons peut être exploitée soit pour réaliser un polarimètre de faisceau de protons polarisés de haute énergie soit pour polariser un faisceau de protons en utilisant une cible polarisée d’hydrogène : interaction du faisceau de protons avec les électrons atomiques. En considérant l’invariance de charge dans les interactions électromagnétiques, cette dernière application pourrait permettre d’obtenir un faisceau d’antiprotons polarisés, ce qui élargirait le champ des études qui seront menées auprès du détecteur PANDA à FAIR (Facility for Antiprotons and Ion Research, Darmstadt, Allemagne).
Notre travail a consisté à étudier la réaction élastique protons-électrons dans un domaine cinématique très spécifique, où les impulsions transférées aux électrons restent très petites (de l’ordre du keV) même pour une énergie incidente dans le domaine du GeV. La section efficace différentielle polarisée et non polarisée ainsi que différentes observables de polarisation ont été calculées dans le cadre de l’approximation de Born. Les expressions obtenues sont fonction des facteurs de forme du nucléon mais il est à noter que le calcul est indépendant des paramétrisations choisies pour ces derniers. Des applications numériques sont illustrées pour les coefficients de corrélation de spin, le coefficient de transfert de polarisation, et les coefficients de dépolarisation, dans un grand domaine cinématique. Ce travail montre que des effets importants de polarisation existent à haute énergie, dans le domaine du GeV, et sont négligeables à basse énergie.

M. Chabot, T Tuna, G. Martinet

Fragmentation of multiply charged hydrocarbon molecules CnH^q+ (n ≤ 4, q ≤ 9) produced in high-velocity collisions: Branching ratios and kinetic energy release of the H⁺ fragment

• Dans cet article nous avons mis en évidence l'effet de l'émission Auger sur la fragmentation de petits hydrocarbures très multichargés (C_nH^q+) créés par collision atomique à haute vitesse.

• Dans une collision à haute vitesse entre un atome cible et une molécule plusieurs électrons de cette dernière peuvent être ionisés. La molécule devenue alors multichargée explose sous l'effet de la répulsion coulombienne. Dans un modèle classique, l'énergie moyenne des fragments est simplement l'énergie potentiel coulombienne au moment de la création de l'espèce multi-ionisée. Dans nos expériences auprès du Tandem d'Orsay avec le détecteur AGAT, nous avons constaté que cela n'était pas le cas s'agissant des petits hydrocarbures. A partir d'un calcul de collision atomique et de calculs de chimie quantique nous avons montré que ce fait provenait de la désexcitation Auger lorsque les ionisations se produisaient à partir des couches 1s des atomes de carbones. Dans ce cas en effet l'explosion coulombienne s'initie avec une charge q-1, puis un électron Auger est émis et l'explosion coulombienne se poursuit avec une charge augmentée d'une unité. De nos mesures nous avons pu encadrer la durée de vie des trous K produit dans la molécule.

M. Grasso

Low-lying dipole response in the stable ^40,48Ca nuclei with the second random-phase approximation

Les approches de type RPA relativiste et non relativiste ne décrivent pas correctement la réponse dipolaire de basse énergie (entre 5 et 10 MeV) qui a été mesurée il y a quelques années à Darmstadt par Hartmann et collaborateurs pour le noyau stable et riche en neutrons ⁴⁸Ca. Certaines parmi ces approches ne prédisent pas de réponse au-dessous de 10 MeV tandis que d'autres ne reproduisent pas la fragmentation des pics. Nous avons appliqué à l'étude de ce noyau le modèle de seconde RPA (SRPA) qui est une extension de la méthode RPA où les configurations 2 particules-2 trous sont incluses. L'inclusion et le couplage de ces configurations avec les configurations RPA 1 particule-1 trou permet en effet de décrire la fragmentation et la largeur des états excités. Dans le cadre de la méthode SRPA non relativiste avec l'interaction de Skyrme, nous avons obtenu une réponse dipolaire de basse énergie en accord raisonnable avec la réponse expérimentale. La nature de ces excitations a été analysée en détail: les différents résultats obtenus indiquent que la plupart d'entre elles ne peuvent pas être interprétées en termes d'excitations pygmées à l'exception d'un pic situé à une énergie de 9.1 MeV, dont le profil radial de la densité de transition montre quelques propriétés typiquement associées aux excitations pygmées.