Excitations nucléaires dans les plasmas : le cas du 84m Rb

Abstract

Ce travail, à la fois expérimental et théorique, présente l’étude d’un processus d’excitation nucléaire, appelé NEET (Nuclear Excitation by Electron Transition), faisant intervenir un cou-plage entre le noyau et le cortège électronique. Dans celui-ci, une désexcitation électronique peut induire une excitation nucléaire si les transitions nucléaire et atomique sont résonantes et ont la même multipolarité. Le noyau de84Rbest un bon candidat pour mettre en évidence ce processus dans un plasma créé par laser car il possède une transition de basse énergie (environ 3 keV) entre l’état isomérique (Jπ= 6−,T1/2= 20,26min) et l’état Jπ= 5−(T1/2= 9ns). Afin d’évaluer un taux d’excitation par effet NEET, il est nécessaire de décrire les états atomiques dans un plasma et de caractériser précisément la transition nucléaire.Afin d’obtenir une description précise des états atomiques dans un plasma, une méthode de calcul de structure atomique a été développée. Cette méthode est basée sur le code de physique atomique MCDF (Multi-Configuration Dirac-Fock) et emploie une technique de sélection des configurations électroniques les plus probables en tenant compte des propriétés du plasma. Cette méthode de calcul a été validée par l’interprétation d’un spectre X émis par un plasma de Rb produit avec le laser PHELIX du GSI à une intensité de6×1014W/cm2.L’énergie de la transition nucléaire entre les états6−et5−n’était pas connue avec une précision suffisante (∼200eV) pour une évaluation précise du taux d’excitation par effet NEET.Deux expériences de spectroscopie γ ont alors été réalisées auprès des accélérateurs ELSA duCEA/DAM/DIF et Tandem de l’IPN d’Orsay. Elles ont permis d’améliorer de plus d’un ordre de grandeur la précision sur l’énergie de cette transition.A l’issue de ce travail, une évaluation du taux d’excitation par effet NEET dans un plasma a été réalisée afin de dimensionner une expérience. D’après celle-ci, le plasma doit avoir une température suffisamment élevée (de l’ordre de 400 eV) afin d’obtenir un nombre d’isomères excités suffisant pour être détectés.