Gilbert GOSSELIN , Nathalie PILLET, Vincent MEOT, Pascal MOREL, CEA Bruyères-le-Châtel

Excitation Nucléairedans les Plasmas

Gilbert Gosselin, CEA Bruyères-le-Châtel

Gilbert GOSSELIN , Nathalie PILLET, Vincent MEOT, Pascal MOREL, CEA Bruyères-le-Châtel

Dans un plasma chaud et dense

• Excitation et désexcitation simultanées– Interactions des noyaux avec les particules

présentes dans le plasma• Electrons

• Photons

• Neutrons

• Ions (faible)

Nombreux processus d’excitationModification de la durée de vie des états excités

Gilbert GOSSELIN , Nathalie PILLET, Vincent MEOT, Pascal MOREL, CEA Bruyères-le-Châtel

Diffusioninélastiqued’électrons

NEEC NEETAbsorptionphotonique

Diffusioninélastiquede neutrons

Comment les états nucléaires sont-ils peuplés dans un plasma ?

Gilbert GOSSELIN , Nathalie PILLET, Vincent MEOT, Pascal MOREL, CEA Bruyères-le-Châtel

Gilbert GOSSELIN , Nathalie PILLET, Vincent MEOT, Pascal MOREL, CEA Bruyères-le-Châtel

Excitation nucléaire avec les électrons

• Atome dans un plasmaAtome Moyen Relativiste

• Modèle Thomas-Fermi-Dirac– Valeurs moyennes des énergies de liaison et des

nombres d’occupation– Relativiste– Boite sphérique : Densité → Rayon

B. F. Rozsnyai, Phys. Rev. A5 (1972) 1137

Gilbert GOSSELIN , Nathalie PILLET, Vincent MEOT, Pascal MOREL, CEA Bruyères-le-Châtel

Conversion interne/Capture électronique

Gilbert GOSSELIN , Nathalie PILLET, Vincent MEOT, Pascal MOREL, CEA Bruyères-le-Châtel

G. Gosselin, and P. Morel, Phys. Rev. C 70, 064603 (2004).

Gilbert GOSSELIN , Nathalie PILLET, Vincent MEOT, Pascal MOREL, CEA Bruyères-le-Châtel

NEET

• Phénomène résonant– Mismatch en énergie : – Règles de sélection quantiques

• Plasma– Variations et T Variations

Gilbert GOSSELIN , Nathalie PILLET, Vincent MEOT, Pascal MOREL, CEA Bruyères-le-Châtel

P. Morel et al., Phys. Rev. A60, 063414 (2004)

Gilbert GOSSELIN , Nathalie PILLET, Vincent MEOT, Pascal MOREL, CEA Bruyères-le-Châtel

Gilbert GOSSELIN , Nathalie PILLET, Vincent MEOT, Pascal MOREL, CEA Bruyères-le-Châtel

Temps de vie dans un plasma• Dans le laboratoire

– Désexcitation seule :

• Dans un plasma (équilibre thermodynamique)– Excitation et désexcitation

– Temps de vie Temps d’approche de l’équilibre

– Temps infini il reste des états excités

d

1

1

e d

Gilbert GOSSELIN , Nathalie PILLET, Vincent MEOT, Pascal MOREL, CEA Bruyères-le-Châtel

G. Gosselin et al. Phys. Rev. C76, 044611 (2007)V. Méot et al., Phys. Rev. C 75, 064306 (2007)

Gilbert GOSSELIN , Nathalie PILLET, Vincent MEOT, Pascal MOREL, CEA Bruyères-le-Châtel

G. Gosselin et al., Phys. Rev. C70 (2004) 064603

Gilbert GOSSELIN , Nathalie PILLET, Vincent MEOT, Pascal MOREL, CEA Bruyères-le-Châtel

Gilbert GOSSELIN , Nathalie PILLET, Vincent MEOT, Pascal MOREL, CEA Bruyères-le-Châtel

Conclusions et Perspectives

• Dans un plasma, les noyaux peuvent s’exciter par interaction

avec les particules présentes dans le milieu

– Modification des durées de vie des états excités

– Apparition de processus indirect de transition

• Nombreux processus difficiles à évaluer

– Prise en compte de la diffusion inélastique d’électrons

• Réalisation d’une expérience dans un plasma généré par laser

Gilbert GOSSELIN , Nathalie PILLET, Vincent MEOT, Pascal MOREL, CEA Bruyères-le-Châtel

Gilbert GOSSELIN , Nathalie PILLET, Vincent MEOT, Pascal MOREL, CEA Bruyères-le-Châtel

Équilibre thermodynamique

• Temps d'approche de l'équilibre (conditions stationnaires)

• Populations à l'équilibre

1

e d

d

e

i

j

N

N

Gilbert GOSSELIN , Nathalie PILLET, Vincent MEOT, Pascal MOREL, CEA Bruyères-le-Châtel

Équilibre thermodynamique

• Populations des noyaux (loi de Boltzmann) dans l’état i d’énergie d’excitation Ei et de spin Ji

n

1j

kT

E

j

kT

E

ii j

i

e1J2

e1J2N

Gilbert GOSSELIN , Nathalie PILLET, Vincent MEOT, Pascal MOREL, CEA Bruyères-le-Châtel

Etats nucléaires excités

• Etat nucléaire– Spin/Parité J

– Durée de vie

• Isomère (~2600 connus)– Longue durée de vie

• Energie stockée– Chimique : kJ/g

– Isomère : GJ/g

– Fission nucléaire : 100 GJ/g

Isomère Energie Durée de vie181mTa 6 keV 6 s235mU 76.8 eV 27 min

177mLu 1 MeV 160 j93mMo 2.42 MeV 6 h180mTa 78 keV > 1015 ans99mTc 143 keV 6 h

178m1Hf 1.1 MeV 4 s178m2Hf 2.4 MeV 31 ans242mAm 49 keV 141 ans201mHg 1.565 keV 81 ns