Service de Physique Nucléaire

Le groupe de structure du SPhN mène des études expérimentales pour déterminer la structure et les réactions de noyaux radioactifs riches en neutrons hors de la vallée de stabilité. Ces noyaux à durée de vie limitée, instables, radioactifs, sont dits exotiques lorsqu'ils développent des structures inhabituelles (grande extension de matière, halo ou peau de neutrons, couches présentant de nouveaux nombres magiques). Les propriétés (taille du noyau, occupation des nucléons sur les couches) peuvent devenir très différentes de ce que l'on observe pour l'(les) isotope(s) stable(s). Les noyaux à la limite de la cohésion nucléaire, liés mais instables, comme les noyaux exotiques, permettent de faire évoluer les modèles nucléaires usuels.

Pour déterminer les propriétés nouvelles de noyaux très riches en neutrons, faiblement liés, et déterminer les modifications possibles de leur structure en couches, le groupe mesure des réactions directes qui font intervenir, soit comme produit, soit comme projectile, le noyau exotique que l'on veut étudier. De ces données sont extraites des éléments sur la structure du noyau, sa spectroscopie (énergies d'excitation, facteurs spectroscopiques) et son interaction avec une cible.

Les expériences sont effectuées par le groupe principalement au Grand Accélérateur National des Ions Lourds (GANIL), à Caen, avec les faisceaux radioactifs produits par le dispositif SPIRAL (Source de Production d'Ions Radioactifs et d'Accélération en Ligne), en utilisant des détecteurs de faisceau CATS (Chambres à Trajectoires de Saclay, développées par l'IRFU/SEDI) et des télescopes MUST2 (MUrs à STrips, 2^{e génération}) pour la mesure de particules légères chargées. Les détecteurs MUST2 ont été conçus par les groupes de structure du GANIL, de l'IPN et de l'IRFU/SPhN avec les équipes techniques de ces laboratoires.

Les expériences sont menées habituellement avec la collaboration MUST2.  Des physiciens de RIKEN, de l'université de Tokyo, de l'université d'Ioaninna (Grèce), et du FLNR de Dubna (Russie) y participent.

Techniques expérimentales :

• spectroscopie de particules chargées avec MUST2,
• reconstruction des trajectoires incidentes avec les détecteurs de faisceau CATS (Chambre à Trajectoires De Saclay)  - BTD (Beam Tracking Detectors).
• détection des éjectiles produits de réactions, focalisés aux angles à l'avant  dans un spectromètre (par  exemple VAMOS).
  
    

Expériences récentes menées avec les faisceaux SPIRAL :

• Spectroscopie de ^7,8He ( ⁸He(p,p') (p,d) (p,t) à 15.6 MeV/nucléon),
• Spectroscopie et structure en couches du noyau ²⁷Ne ( ²⁶Ne(d,p)²⁷Ne à 9 MeV/nucléon),

• Spectroscopie de l'⁶He via le transfert de 2 neutrons ⁸He(p,t) à 15.4 MeV/n.

• Détermination des facteurs spectroscopiques de l'¹⁴O par réactions de transfert (d,t) et (d,³He).

Futurs programmes expérimentaux :

MUST2@RIKEN, (présentation au conseil scientifique de Mai 2008).

Projets d'instrumentation impliquant l'IRFU, pour préparer les expériences de réactions directes avec SPIRAL2 :

• une électronique pour les chambres actives, GET General Electronics for TPC (présentation devant le conseil scientifique du SPhN, CSTS de Nov 2008, CSTS-GET),

• une cible cryogénique mince : CHYMENE Cible d'HYdrogène Mince pour l'Etude des Noyaux Exotiques (présentation au conseil scientifique du SPhN, CSTS de Déc 2007, CSTS-CHYMENE),

• un ensemble de télescopes 4PI pour la spectroscopie de particules chargées et de photons produits dans les réactions directes, GASPARD, GAmma SPectroscopy and PARticle Detection.

Les lettres d'intention (LoI) impliquant le groupe pour les réactions directes avec les faisceaux de SPIRAL2 :

•  LoI 14. Direct Reaction Studies of Exotic Nuclear Structure (GASPARD)  
•  LoI 16. Unbound states of neutron-rich isotopes via direct reactions.