Etude de la radioactivité 2-protons de 45Fe avec une chambre à projection temporelle, Study of 2-proton radioactivity of 45Fe with a time projection chamber

N˚d’ordre : 4223
`THESE
Pr´esent´ee a`
´L’UNIVERSITE DE BORDEAUX 1
´Ecole doctorale de
´SCIENCES PHYSIQUES ET DE L’INGENIEUR
Par
Laurent AUDIRAC
Pour obtenir le grade de
DOCTEUR
Sp´ecialit´e : Astrophysique, Plasmas, Corpuscules
´Etude de la radioactivit´e 2-protons
45de Fe avec une Chambre `a
Projection Temporelle
Soutenue le mercredi 9 f´evrier 2011
Apr`es avis de :
M. G. BAN Professeur, ENSICAEN Rapporteurs
M. Y. BLUMENFELD Directeur de recherche, CNRS
Devant la Commission d’Examen form´ee de :
M. F. GOBET Professeur, Universit´e Bordeaux 1 Pr´esident du jury
M. G. BAN Professeur, ENSICAEN Rapporteur
M. B. BLANK Directeur de recherche, CNRS Directeur de th`ese
M. Y. BLUMENFELD Directeur de recherche, CNRS Rapporteur
M. C. BORCEA Directeur de recherche Examinateur
M. J. GIOVINAZZO Charg´e de recherche, CNRS Examinateura` mes parents,
et a` tous ceux qui croient en moi...Remerciements
Cette petite partie du manuscrit, mais non des moindres de par son importance, est
consacr´ee aux remerciements envers l’ensemble des personnes qui ont contribu´e de pr`es
ou de loin `a l’´elaboration de ce travail de th`ese.
Je tiens d’abord a` remercier Monsieur Bernard Haas, directeur du CENBG durant
ces trois ann´ees et demie de travail, pour m’avoir accueilli au sein de son laboratoire.
Je remercie ´egalement les membres du jury, en commen¸cant tout d’abord par Messieurs
Gilles Ban et Yorick Blumenfeld qui ont accept´e d’ˆetre les rapporteurs de mon travail de
th`ese et qui se sont donc int´er´ess´es de pr`es a` ce travail. Mes remerciements vont ´egalement
`a Monsieur Franck Gobet qui a assur´e la pr´esidence du jury ainsi qu’a` Monsieur Catalin
Borcea qui a examin´e en tant que membre ext´erieur mon travail. Merci ´egalement aux
deux personnes locales du groupe, Messieurs Bertram Blank, directeur de th`ese et J´eroˆme
Giovinazzo, qui auront donc ´et´e pr´esents jusqu’a` l’ach`evement de ce travail.
Mes remerciements vont bien ´evidemment `a l’ensemble du groupe Noyaux Exotiques.
Un grand merci `a Bertram et J´eroˆme qui ont encadr´e ce travail de th`ese. Ils ont en effet
´et´e pr´esents pour r´epondre `a mes questions et m’aider a` r´esoudre les probl`emes auxquels
j’ai pu ˆetre confront´e. Les discussions que j’ai pu avoir avec eux ont ´et´e fort enrichissantes.
Un grand merci a` Pauline avec qui j’ai partag´e les joies et les peines inh´erentes `a notre
TPC.
J’ai ´egalement une pens´ee pour les autres membres du groupe : Antoine, St´ephane,
Matthias, Teresa, Gr´egory, Nassima. Et j’ai une pens´ee aussi pour les anciens du groupe :
J´eroˆme Junior et Iolanda. Une mention sp´eciale a` Gr´egory, avec qui j’ai partag´e mon
bureau et qui m’a fait d´ecouvrir et aimer la physique nucl´eaire exp´erimentale lors d’un
stage de licence. Je voudrais souligner la bonne ambiance qui r`egne au sein de l’´equipe
et qui rend le travail fort agr´eable. Et le plaisir que j’ai eu a` participer aux missions et
conf´erences durant lesquelles on apprend tant de choses, autant du point de vue profes-
sionnel que personnel.
Je d´esire ´egalement remercier l’ensemble du personnel du laboratoire, et sp´ecialement
les diff´erents services : ´electronique, instrumentation, m´ecanique. Sans l’ensemble de ces
personnes, la TPC n’aurait pu voir le jour et leur pr´esence s’est r´ev´el´ee bien souvent pri-
mordiale lors des exp´eriences avec ce d´etecteur. Merci ´egalement au service informatique
et au service administratif dont la gentillesse et la disponibilit´e ont toujours ´et´e au rendez-vous : Nadine, Pascale, Tina, Brigitte, Johny... Merci ´egalement a` Patricia Gabinski qui
m’a fait connaˆıtre le CENBG. J’ai ´egalement une pens´ee pour l’ensemble des doctorants
et post-docs du laboratoire.
Merci ´egalement a` certains professeurs qui m’ont donn´e le gouˆt de la recherche et
plus particuli`erement de la physique. Ainsi qu’`a ceux avec qui j’ai partag´e mes premi`eres
exp´eriences d’enseignement.
On ne peut bien ´evidemment pas oublier dans cette page de remerciements les per-
sonnes qui ont ´et´e pr´esentes de pr`es ou de loin pendant ces trois ann´ees de th`ese. Je
pense d’abord a` mes amis qui m’ont suivi tout au long de mon parcours universitaire :
Marie-H´el`ene, C´ecile, Candice, Cyril, Xavier, Rapha¨elle, Yoann, Ghislain, pour n’en citer
que quelques-uns...
Une mention sp´eciale a` Cam Ha, An et le reste de la petite communaut´e vietnamien-
ne (je n’ose les citer tous de peur d’en ´ecorcher les noms...) avec qui j’ai partag´e mes
d´ejeuners.
Et bien ´evidemment je ne peux oublier mes compagnons astronomes amateurs, An-
toine, Teresa, Nassima, An, qui ont partag´e avec moi de superbes veill´ees nocturnes et
n’ont pas eu peur de braver le froid et l’humidit´e. Merci Antoine d’avoir partag´e ton
exp´erience avec moi.
Et bien suˆr, mes derniers remerciements, dont l’ordre d’apparition ne refl`ete pas l’im-
portance, vont aux membres de ma famille qui m’ont entour´e jusqu’a` aujourd’hui et qui
ont toujours cru en moi : mes parents, mon fr`ere, son amie, mes grands-parents, mon
arri`ere-grand-m`ere qui seront toujours pr`es de moi. En souvenir des balades en montagne
qu’on a pu effectuer ensemble...
Et j’exprime ma reconnaissance envers tous ceux qui m’ont soutenu jusqu’ici et qui
se sont int´eress´es a` ce que je fais et pourront se reconnaˆıtre ici.Table des mati`eres
1 Introduction 15
2 Un mode de d´ecroissance exotique : la radioactivit´e 2-protons 17
2.1 La carte des nucl´eides : des radioactivit´es classiques aux modes de d´ecrois-
sance exotiques des noyaux riches en protons . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.2 L’´emission de particules charg´ees `a la drip-line proton . . . . . . . . . . . 19
2.2.1 L’´emission retard´ee de protons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.2.2 La radioactivit´e 1-proton . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.2.3 La radioactivit´e 2-protons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.3 L’´emission de deux protons : introduction `a la probl´ematique . . . . . . . 22
2.4 L’´emission de deux protons du point de vue exp´erimental . . . . . . . . . 24
´2.4.1 Emission a` partir d’un ´etat excit´e de courte dur´ee de vie . . . . . 24
´2.4.2 Emission a` partir de l’´etat fondamental de courte dur´ee de vie . . 25
´2.4.3 Emission `a partir de l’´etat fondamental de longue dur´ee de vie . . 26
2.5 Les mod`eles d’´emission . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
2.5.1 Les pr´evisions th´eoriques de Goldanskii . . . . . . . . . . . . . . . 27
2.5.2 Mod`ele d’´emission simultan´ee . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
2.5.3 Mod`ele d’´emission diproton . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
2.5.4 Le mod`ele SMEC (Shell Model Embedded in the Continuum) . . . 30
2.5.5 Mod`ele a` trois corps de Grigorenko . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
2.5.6 R´esum´e des signatures des diff´erents processus d’´emission sur les
corr´elations entre les protons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
3 Pr´esentation de l’exp´erience 41
3.1 Dispositif de production et de s´election des ions . . . . . . . . . . . . . . 41
3.2 Dispositif de d´etection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
3.2.1 Principe g´en´eral . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
3.2.2 Description d´etaill´ee des ´el´ements constituant la TPC . . . . . . . 43
3.2.3 Points de fonctionnement de la TPC . . . . . . . . . . . . . . . . 46
3.3 Traitement des signaux de la TPC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
3.3.1 Principe g´en´eral . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
3.3.2 Gestion des voies de la TPC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
3.3.3 Proc´edure de d´eclenchement d’une voie . . . . . . . . . . . . . . . 49
3.3.4 Obtention des signaux ´energie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
3.3.5 Obtention des signaux temps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51`6 TABLE DES MATIERES
3.3.6 R´esum´e de la proc´edure de traitement de la totalit´e des voies du
d´etecteur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
3.4 Proc´edure d’acquisition des donn´ees . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
4 Traitement des donn´ees exp´erimentales 55
4.1 Identification des noyaux d’int´erˆet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
4.1.1 Param`etres d’identification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
4.1.2 Matrices d’identification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
4.1.3 Proc´edure d’identification des noyaux peu produits . . . . . . . . 57
4.2 Corr´elations