Antoine Drouart Irfu – Service de Physique Nucléaire

Des questions fondamentales Quelles sont les limites de la matière nucléaire ? Quels sont les temps de vie de ces noyaux ? Comment évoluent les propriétés chimiques des éléments ? Comment ces éléments sont-ils créés ? La synthèse des éléments chimiques

Énergie noire 70% Énergie noire 70% Matière noire 25% Matière noire 25% Hydrogène et hélium Interstellaires 4% Hydrogène et hélium Interstellaires 4% Étoiles 0,5% Étoiles 0,5% Neutrinos 0,3% Neutrinos 0,3% Atomes lourds 0,03% Atomes lourds 0,03% La matière dans l’Univers…

Les éléments chimiques © The Big Bang Theory Propriétés chimiques  Nombres d’électrons  Nombres de protons

La carte des noyaux Protons (Z) Neutrons (N) Uranium Z=92 Plomb Z=82 N=Z 83 éléments stables ou presque Aucun isotope stable : Z= 43, 61, > isotopes stables 286 isotopes naturels (> 10 9 ans) Plus de 8000 noyaux radioactifs ??? Décroissance Beta + Décroissance Beta - Décroissance alpha Fission spontanée Émission de proton Plus de 8000 noyaux radioactifs ??? Décroissance Beta + Décroissance Beta - Décroissance alpha Fission spontanée Émission de proton

Plus lourds que l’Uranium  Temps de vie trop courts Fusion jusqu’au Fer Processus s(low) Processus r(apid) p(proton capture) Big Bang : p, n, 2 H, He, Li, BeLaNucléosynthèse

Réacteurs Bombes A 238 U 245 Cm 245 U ? Capture de neutrons Fusion de noyaux lourds Réacteur Naturel d’Oklo

La production d’éléments superlourds Faisceau de 48 Ca sur une cible de 238 U Réaction de Fusion-évaporation : 48 Ca U 92  282 Cp neutrons Potentiel d’interaction entre deux noyaux: Attractif Répulsif distance Potentiel coulombien distance Potentiel nucléaire Z 1 Z 2 /r 2 distance Potentiel total ≈ qq fermi “Barrière coulombienne”

distance Énergie du faisceau Le mécanisme de fusion

distance Probabilité Énergie Fusion Survie Résultante Barrière coulombienne Le mécanisme de fusion Fission !!! Seule une plage d’énergie très étroite est possible (±2%)

distance Le mécanisme de fusion-évaporation Probabilité Énergie Fusion Survie Résultante Barrière coulombienne L’évaporation de neutrons “refroidit” le noyau MAIS… Probabilité de formation ≈ 1 sur !!!

En pratique… Une expérience au Grand Accélérateur National d’Ions Lourds (Caen)

Le Ganil Source d’ions Cyclotron

La salle expérimentale “LISE” Faisceau = ions / s Taux de comptage final: -1 ion / seconde - VRAIS ions superlourds < 1/jour !

Identifier un noyau superlourd Implantation Face 1 Tunnel Détecteur à pixels  Mesure de l’énergie cinétique Mesure du temps de vol 58 Fe Pb  265 Hs + 1n Décroissance alpha du noyau Mesure de l’énergie et du temps α 1  261 Sg inconnu ! α 2  257 Rf connu : E=9,56MeV / τ=0,23s α 3  253 No connu : E=9,0MeV / τ=4s  on a mesuré le 265 Hs et sa désintégration E=Mv 2 /2=M(d/t) 2 /2 Fe Pb Hs ?? Energie Temps de vol

Berkeley National Laboratory (Californie, E.U.) Les noyaux superlourds aujourd’hui Livermorium (2000/2012) Flerovium (1998/2012) Copernicium (1996/2010) Röntgenium (1994/2004) Darmstadtium (1994/2003) Meitnerium Hassium Bohrium Seaborgium Dubnium Rutherfordium 113 (2003/?) 115 (2003/?) 117 (2010/?) 118 (2005/?) La guerre des Transfermiens !!! Joint Institute for Nuclear Research (Dubna, Russie) GSI (Darmstadt, Allemagne) Riken Institute (Wako-shi Japon) ? ?

Le projet S 3 pour Spiral2… Accélérateur Mise en service : 2017 ! Des faisceaux exceptionnellement intenses Super Séparateur Spectromètre

3 théories… 3 prédictions différentes ! Mais où est “l’îlot de stabilité ???” Des temps de vie jusqu’à 10 9 secondes ( une trentaine d’années !)