Calorimètre de l'expérience n_TOF au Cern.
L’étude des réactions nucléaires s’attache à décrire les mécanismes 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.
La complexité de la description de ces réactions résulte dans le traitement de la dynamique d’un système quantique à N-corps en interaction. A haute énergie transférée, les effets de structure disparaissent 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 dites ab-initio sont encore loin d’avoir une précision satisfaisante pour décrire certains phénomènes pour lesquels le rôle de la structure est très important comme dans le cas de l’interaction neutron-noyau à très basse énergie où des résonnances apparaissent dans les sections efficaces ou dans le cas de la fission. Les mesures sont donc 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.
Le DPhN s'intéresse aux réactions les plus élémentaires, celles faisant intervenir un neutron, un proton ou la transformation d’un neutron en proton (désintégration beta) et à la caractérisation des produits de la réaction. Ces réactions sont d’intérêt pour caractériser le processus d’interaction du système nucléon-noyau mais sont également à l’œuvre dans le fonctionnement d’un certain nombre de macro-systèmes comme les réacteurs nucléaires, la nucléosynthèse stellaire. Elles sont aussi directement utilisées pour des applications spécifiques de radiothérapie, production de radioéléments… et sont donc d’intérêt pour toutes ces applications.
Le programme de recherche mené au DPhN s’articule autour de trois thématiques :
- Interaction nucléon-noyau
- Processus de fission
- Désintégration beta et neutrinos de réacteur
Il couvre un large domaine en énergie (du meV au GeV) grâce aux installations majeures et complémentaires de sources intenses de neutrons en Europe :
- le réacteur à haut-flux de l’ILL à Grenoble qui couvre le domaine en dessous de 1 eV;
- les deux installations GELINA à GEEL et n_TOF au CERN qui couvrent la région de l’eV au GeV;
- la future installation NFS à GANIL pour couvrir la région de 1 MeV à 40 MeV.
Ces mesures visent à caractériser avec une très haute résolution les sections efficaces de capture et de fission à basse énergie, le processus de fission et la désintégration beta. Ce programme est complété par le développement de modèles permettant de décrire ces processus jusqu’au GeV.
