Reactions nucléaires et modélisation

Calorimètre de l'expérience n_TOF au Cern.

L’étude des réactions nucléaires s’attache à décrire les phénomènes et les processus d’évolution de la matière nucléaire lorsque celle-ci est soumise à une modification de son état. Cette modification peut survenir après une excitation externe (par exemple la capture d’un neutron) ou interne (par exemple la transmutation d’un de ses constituants par interaction faible). Cette évolution est la conséquence de la dynamique de chaque nucléon en interaction avec ses voisins et du réarrangement de l’édifice nucléaire.

Modéliser les réactions nucléaires revient à traiter un système quantique à N-corps en interaction. A haute énergie, les effets de structure disparaisses et le traitement quantique peut-être approximé par un traitement classique. A plus basse énergie, il n’est plus possible de négliger le caractère quantique des nucléons et le traitement devient alors plus complexe. Aujourd’hui, les approches ab-initio sont encore loin d’avoir une précision satisfaisante pour décrire certains phénomènes pour lesquels le rôle de la structure est très important. Dans ce cas, les mesures sont indispensables et les approches de modélisation sont plus phénoménologiques ou effectives faisant appel à la théorie de la diffusion et aux notions de la thermodynamique des systèmes complexes.

Depuis un certain nombre d’années, l’Irfu s’intéresse aux réactions les plus élémentaires, celles faisant intervenir un photon, un neutron ou un proton dans la voie d’entrée et à la caractérisation de leurs produits de réaction. Le domaine en énergie couvert par ces études est très large (du meV au GeV) ainsi que les installations utilisées (réacteurs nucléaires, accélérateurs de particules et d’ions lourds).

Le programme de recherche mené à l’Irfu repose sur des expériences visant à fournir ou à compléter les données nucléaires existantes et sur la modélisation des processus physiques en jeu. Il s’articule autour de quatre thématiques dont trois liées à l’étude des mécanismes de réaction et une liée à l’étude des propriétés des particules de décroissance :

  1. Spectroscopie des résonances neutroniques
  2. Etude de la fission
  3. Etude des réactions de spallation
  4. Etude des neutrinos de fission

Au service de la société

Un autre volet de ces études et des modèles développés est de  contribuer à l’amélioration et à la précision des simulations de systèmes complexes demandées par des applications, toujours plus nombreuses, pour la recherche, l’énergie nucléaire, la transmutation des déchets, la non-prolifération, la conception et le démantèlement d’installations nucléaires, la santé…

 

Cartographie du flux de neutrons autour de l'arrêt faisceau de la salle S3 pour une expérience type.

Etudes de conception

Les études de conception concernent à la fois des projets internes de l'IRFU (ex. projet SPIRAL 2, NUCIFER, DOUBLE CHOOZ, IFMIF-EVEDA, SVOM-ECLAIR…) ou de la DSM (ex. CILEX, UHI-100…), mais également des projets provenant de collaborateurs externes au CEA (ex. CPO, LOTUS, LIEBE, LOA, SIRIUS, PETAL, CEMTHI, ESS…).

Cette expertise permet d'accomplir des études de dimensionnement de locaux (i.e. mise en place de protections biologiques adaptées…) avec des propositions de zonage radioprotection.

 

Maj : 12/03/2015 (186)

 

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