L'exploration du processus de fission prend un nouvel essor
Publié par Redbran le 15/11/2019 à 14:00
Source et illustration: CEA GANIL
Pour la première fois, une équipe de chercheurs a pu mesurer et identifier précisément les noyaux "fils" produits lors de la fission de l'Uranium-239. Cette première a été rendue possible par la combinaison unique des équipements et des faisceaux du GANIL. Elle fait l'objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace à trois dimensions, qui a une fonction précise, et qui peut être désigné par une étiquette verbale. Il est défini...) d'une publication dans la revue Physical Review Letter.


Cette année (Une année est une unité de temps exprimant la durée entre deux occurrences d'un évènement lié à la révolution de la Terre autour du Soleil.) marque le 80ème anniversaire de la découverte du processus de fission. Rapidement, les chercheurs ont mis en évidence que, lors de la fission d'éléments lourds, de nombreux éléments plus légers sont produits et qu'une grande quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire, vecteur, nombre d’objets ou d’une autre manière de dénommer la...) d'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) est libérée. Aujourd'hui, le processus de fission est une source d'énergie primordiale qui couvre près de 72% de la production d'électricité (L’électricité est un phénomène physique dû aux différentes charges électriques de la matière, se manifestant par une énergie. L'électricité désigne également la branche de la physique qui étudie les...) en France. En outre, la fission est également l'un des phénomènes clés pour la gestion et la transmutation (La transmutation est la transformation d'un élément chimique en un autre par une modification du noyau atomique de l'élément. Elle est aussi appelée transmutation nucléaire.) des déchets nucléaires radioactifs. Le processus de fission est aussi utilisé par les scientifiques comme un laboratoire à l'échelle femtométrique (un millionième de milliardième de mètre) pour étudier les propriétés de la matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état liquide, l'état gazeux. La matière occupe de...) nucléaire (Le terme d'énergie nucléaire recouvre deux sens selon le contexte :). Il joue (La joue est la partie du visage qui recouvre la cavité buccale, fermée par les mâchoires. On appelle aussi joue le muscle qui sert principalement à ouvrir et fermer la bouche et à mastiquer.) un rôle important dans la fabrication de noyaux dans les étoiles, la nucléosynthèse (La nucléosynthèse est un ensemble de processus physiques conduisant à la synthèse de noyaux atomiques, par fission ou fusion nucléaire.), notamment au cours du processus de capture (Une capture, dans le domaine de l'astronautique, est un processus par lequel un objet céleste, qui passe au voisinage d'un astre, est retenu dans la gravisphère de ce dernier. La capture de l'objet céleste aboutit à sa...) rapide de neutrons.

Pendant le processus de fission, le noyau père se divise en deux noyaux fils différents (fragments de fission). Pour un même noyau père, il existe des centaines de possibilités différentes de divisions, associées à des probabilités plus ou moins bien connues: la combinaison (Une combinaison peut être :) de ces deux paramètres est appelée "distribution". Après 80 années de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la recherche scientifique désigne également le cadre...), la fission reste l'un des processus nucléaires fondamentaux qui défie notre compréhension, tant du point (Graphie) de vue (La vue est le sens qui permet d'observer et d'analyser l'environnement par la réception et l'interprétation des rayonnements lumineux.) expérimental que théorique. Expérimentalement, la faible énergie des fragments de fission rend difficile leur identification isotopique directe (par leur nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) de protons et de neutrons) et donc la mesure directe de la probabilité (La probabilité (du latin probabilitas) est une évaluation du caractère probable d'un évènement. En mathématiques, l'étude des probabilités est un sujet de grande importance donnant...) associée à ces deux fragments. Théoriquement, la modélisation microscopique complète de ce processus est ardue compte tenu de la grande complexité (La complexité est une notion utilisée en philosophie, épistémologie (par exemple par Anthony Wilden ou Edgar Morin), en physique, en biologie (par exemple par Henri Atlan), en sociologie, en...) de la structure intrinsèque et de l'évolution temporelle des noyaux fissionnant et des produits de fission.

Lors d'une expérience menée au Grand Accélérateur National d'Ions Lourds (GANIL), par une collaboration de chercheurs européens, la distribution complète des produits de fission de l'uranium (L'uranium est un élément chimique de symbole U et de numéro atomique 92. C'est un élément naturel assez fréquent :...) 239 a été mesurée pour la première fois. Les performances du spectromètre (Un spectromètre est un appareil de mesure permettant d'étudier de décomposer une quantité observée — un faisceau lumineux en...) magnétique de grande acceptance (VAMOS ++), combinées aux faisceaux d'ions d'uranium-238 de basse énergie et de haute intensité, ont permis de mesurer le nombre de neutrons et de protons de chaque produit de fission. Cette combinaison unique place le GANIL à l'avant-garde dans l'exploration (L'exploration est le fait de chercher avec l'intention de découvrir quelque chose d'inconnu.) du processus de fission.

Cette mesure a permis de préciser l'impact de la structure intrinsèque du noyau sur le mouvement collectif des nucléons impliqués dans le mécanisme de fission. Elle ouvre la voie à la mesure de distributions complètes de fragments de fission pour un grand nombre de systèmes fissionnants. Il s'agit d'un programme prometteur, ambitieux et compétitif pour percer à jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil éclairent le ciel. Son début (par rapport à minuit heure locale) et sa...) l'énigme du mécanisme de fission.

Voir vidéo (La vidéo regroupe l'ensemble des techniques, technologie, permettant l'enregistrement ainsi que la restitution d'images animées, accompagnées ou non de son, sur un support adapté à l'électronique et non de...): https://www.ganil-spiral2.eu/wp-content/uploads/2019/11/FissionDynamics.mp4

Référence publication:
First Direct Measurement of Isotopic Fission-Fragment Yields of 239U
D. Ramos et al., Physical Review Letters 123, 092503 – Published 30 August 2019
https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.123.092503

Contact chercheur:
A. Lemasson et D. Ramos, GANIL
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