Étude des isotopes Md déficients en neutrons et avancées dans le système de détection par rayons X pour l'identification des particules d'éléments super lourds

La recherche des constituants fondamentaux de la matière a stimulé la recherche scientifique, depuis la découverte de la structure atomique jusqu'à la synthèse des éléments les plus lourds aux limites de la stabilité. Dans la région des actinides et des trans-actinides, la compétition entre la répulsion coulombienne des protons et la forte force d'attraction nucléaire — renforcée par les corrections quantiques de couche — détermine si un noyau peut survivre assez longtemps pour être observé. Ces effets de couche donnent lieu à une stabilité accrue et conduisent à l’anticipation de «l'îlot de stabilité ». L'étude des noyaux lourds les plus déficients en neutrons offre un outil puissant pour étudier l'évolution de la structure nucléaire dans les isotopes dont le nombre de neutrons diminue. Dans ce contexte, les isotopes déficients en neutrons du mendélévium (Z = 101) offrent une sonde sensible de la déformation quadrupolaire des actinides et de l’existence des lacunes de coquille ou sous-coquille autour de Z = 100.Cette thèse présente de nouvelles recherches expérimentales sur les isotopes 245,247-Md menées à l'installation ATLAS à Argonne National Laboratory (ANL) à l'aide du Fragment Mass Analyzer (FMA). Dans cette étude, les isotopes Md ont été produits à l'aide de la réaction de fusion-évaporation 40Ar + 209Bi et identifiés en corrélant les noyaux de recul implantés, séparés par A/q en le FMA, avec les événements de décroissance alpha qui ont suivi. Cela permet une identification simultanée de la masse et une spectroscopie de décroissance, évitant ainsi la procédure en plusieurs étapes pour l'identification de la masse des reculs corrélés à l'émission alpha. Cette approche permet l'attribution de la masse en une seule étape et la détermination des propriétés de décroissance, afin de résoudre le conflit d'interprétations des études antérieures qui attribuaient alternativement des énergies de décroissance alpha similaires soit au 245Md à partir d'expériences réalisées au GSI, soit au 244Md selon les résultats de Berkeley. Au total, 13 reculs corrélés à l'alpha ont été enregistrés, ce qui compatible avec la décroissance alpha et à la demi-vie du 247Md d'études antérieures. Nous avons pu confirmer avec une probabilité supérieure à 50 % que ces reculs provenaient de l’isotope 247Md. De même, pour le 245Md, un recul corrélé alpha-alpha a été observé et l’énergie de décroissance alpha est cohérente avec les valeurs précédemment rapportées par les expériences de GSI et de Berkeley. Ce recul a été attribué à 245Md avec une probabilité d’environ 59 %. Le deuxième objectif majeur de ce travail est le développement d'un système de détection avancé permettant l'identification sans ambiguïté du numéro atomique (Z) des noyaux super lourds grâce à la mesure des rayons X de faibles énergies caractéristiques de la couche L . Si les chaînes de décroissance alpha génétique permettent une identification isotopique indirecte, elles peuvent devenir incertaines lorsque les voies de décroissance sont incomplètes ou se terminent par une fission spontanée. Les rayons X, émis lors de la désexcitation atomique, sont caractéristiques du nombre de protons, mais leur détection est techniquement difficile en raison de leurs faibles énergies et des pertes d'absorption élevées dans les compartiments de détecteurs existants. À l'aide de simulations GEANT4, cette thèse évalue une configuration de détecteur destinée à être intégrée dans le détecteur SIRIUS, qui sera utilisé au plan focal du futur spectromètre S3 du GANIL. Le système proposé présente une amélioration de l'efficacité de détection des rayons X L dans la gamme ~20–35 keV tout en conservant les performances de détection des rayons gamma. Cela permettra une identification directe d’A et de Z dans la recherche des éléments super lourds.