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Brève scientifique | Nouvelles perspectives sur le mécanisme de la fission nucléaire

Dernière mise à jour : jeudi 25 février 2021, par Nicolas Busser

Une nouvelle étude scientifique, menée par la collaboration internationale nu-Ball auprès de la plateforme ALTO installée à IJClab, vient d’apporter une contribution décisive sur un problème important de la physique nucléaire : pourquoi, lorsqu’un noyau atomique lourd se fissionne, on observe que les fragments qui en résultent sortent en tournant sur eux-mêmes (avec un moment angulaire), même si le noyau original n’avait aucun mouvement de rotation initial. Il existe de nombreuses théories concurrentes sur ce mécanisme de fission : la majorité d’entre elles affirme que la rotation des fragments de fission est générée avant que le noyau ne se sépare, ce qui conduit à une corrélation des spins des deux fragments partenaires.

Jonathan Wilson, d’IJCLab, est à la tête de la collaboration internationale de physique nucléaire « nu-Ball », qui regroupe 37 instituts et 16 pays. Ils ont mené une série d’expériences auprès de la plateforme ALTO de février à juin 2018, représentant plus de 1200 heures de temps de faisceau. Leurs découvertes inattendues ont abouti à une publication récente dans le journal Nature. Fortement engagé dans l’étude des mécanismes de réactions et de la structure nucléaires, l’IPHC a contribué à ces découvertes à travers le travail de trois chercheurs du Département de recherches subatomiques (DRS) qui ont participé aux campagnes d’expériences et à l’interprétation des résultats : S. Courtin, M. Heine et C. Schmitt.

Pour révéler le mécanisme qui génère le spin des fragments, l’équipe a induit des réactions de fission nucléaire à l’installation ALTO et a mesuré les rayons gamma qui sont émis dans le processus. Leurs données montrent que le spin dans la fission est en fait généré après la scission du noyau. Ces nouvelles connaissances sur le rôle du moment angulaire dans la fission nucléaire sont importantes pour la compréhension fondamentale et la description théorique du processus de fission. Elles ont également des conséquences pour d’autres domaines de recherche, comme l’étude de la structure des isotopes riches en neutrons et la synthèse et la stabilité des éléments super-lourds. Elles peuvent aider également à comprendre des effets thermiques générés par des rayons gamma dans un réacteur nucléaire en fonctionnement.

Voir aussi l’actualité scientifique sur le site de l’IN2P3 :
https://in2p3.cnrs.fr/fr/cnrsinfo/nouvelles-perspectives-sur-le-mecanisme-de-la-fission-nucleaire

Publication :
J.N. Wilson et al., ‘Angular momentum generation in nuclear fission’, Nature 590, 566–570(2021)
https://doi.org/10.1038/s41586-021-03304-w

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Spectromètre ν-Ball sur l’installation ALTO du laboratoire IJCLab
© CNRS / Luc Petizon