Au cœur de chaque approche « many-body » utilisée pour décrire les propriétés fondamentales d’un noyau atomique, on retrouve l’interaction effective nucléon-nucléon. Une telle interaction effective doit prendre en compte les effets du milieu nucléaire. Pour l’obtenir, il faut utiliser un protocole d’ajustement complexe qui prend en compte une variété d’observables nucléaires comme les rayons, les masses, les centroïdes des résonances géantes ou encore l’équation d’état de la matière nucléaire autour de la densité de saturation.
Un modèle d’interaction forte très utilisé est celui de Gogny, qui est formé par une combinaison linéaire des constantes de couplages et d’opérateurs avec un facteur de forme radial de type Gaussien [1]. Les constantes de couplages sont déterminées via un protocole d’ajustement sur les propriétés d’un nombre restreint de noyaux, typiquement les noyaux sphériques comme 40-48Ca, 56Ni, 120Sn et 208Pb.
L’objectif premier de cette thèse consiste à développer un protocole d’ajustement de l’interaction nucléaire qui puisse donner accès à la matrice de covariance des paramètres du modèle pour ensuite effectuer une analyse de la propagation des erreurs statistiques sur les observables nucléaires [2].
Après avoir analysé les relations entre paramètres et leurs poids relatifs sur les différentes observables, le doctorant explorera la possibilité de modifier certains termes de l’interaction comme le terme à trois corps ou les effets au-delà du champ moyen.
Le doctorant sera positionné dans une équipe de physiciens nucléaires au sein d’un laboratoire d’étude de physique de l'institut CEA IRESNE situé à Cadarache. Le travail s’effectuera en équipe avec le CEA/DIF. Les principaux débouchés professionnels sont la recherche académique et les organismes de R&D dans le domaine nucléaire.

[1] D. Davesne et al. "Infinite matter properties and zero-range limit of non-relativistic finite-range interactions." Annals of Physics 375 (2016): 288-312.
[2] T. Haverinen and M. Kortelainen. "Uncertainty propagation within the UNEDF models." Journal of Physics G: Nuclear and Particle Physics 44.4 (2017): 044008.

Le code FIFRELIN est développé au CEA/IRESNE Cadarache afin de fournir une description détaillée du processus de fission et de calculer avec précision toutes les observables de fission pertinentes. Le code repose en grande partie sur la connaissance détaillée de la structure sous-jacente des noyaux impliqués dans le processus de désexcitation post-fission. Dans la mesure du possible, le code s'appuie sur des bases de données de structures nucléaires telles que RIPL-3, qui fournissent des informations précieuses sur les schémas de niveaux nucléaires, les rapports de branchement et d'autres propriétés nucléaires essentielles. Malheureusement, toutes ces quantités n'ont pas été mesurées, des modèles nucléaires sont donc utilisés.

Le développement de modèles nucléaires avancés est la tâche du groupe de théorie nucléaire nouvellement formé à Cadarache, dont l'expertise principale est l'implémentation de solveurs du problème nucléaire à A corps basés sur des interactions nucléon-nucléon effectives.

Le but de cette thèse est de quantifier l'impact de la fonction de force E1/M1 et E2/M2 sur les observables de fission. Actuellement, cette quantité est principalement estimée à l'aide de modèles simples tels que la Lorentzienne généralisée. Le doctorant devra remplacer ces modèles par des théories entièrement microscopiques basées sur l'interaction effective entre les nucléons via les techniques de type QRPA. Une étude préliminaire a démontré que l'utilisation de modèles macroscopiques (Lorentzienne généralisé) ou microscopiques (QRPA) a un impact non négligeable sur les observables de fission.

Les débouchés de la thèse incluent la recherche académique et les labos de R&D nucléaire théorique et appliquée.

La thématique des données nucléaires est centrale pour les applications de l’énergie nucléaire, constituant le pont entre les propriétés « microscopiques » des noyaux et les valeurs clés « macroscopiques » utiles aux calculs de physique des réacteurs et du cycle. Le Laboratoire d’études de Physique de l’institut IRESNE du CEA Cadarache est engagé dans l’évaluation de ces données nucléaires dans le cadre d’un programme développé au sein du groupe JEFF (animé par l’Agence de l’Energie Nucléaire) et d’un Coordinated Research Project de l’AIEA. Le développement récent d’une nouvelle méthodologie d’évaluation des rendements de fission (taux de production des produits de fission après l’émission des neutrons prompts) induite par neutrons thermiques a permis d’améliorer les précisions des évaluations proposées pour la bibliothèque JEFF-4.0 en fournissant leur matrice de covariances. Pour étendre les évaluations de rendements de fission induites par neutrons thermiques au spectre des neutrons rapides, il est nécessaire de développer un couplage des outils d’évaluation actuels avec des modèles de rendements de fission avant émission des neutrons prompts. Ce couplage est indispensable pour extrapoler les études déjà réalisées sur la fission thermique de l’235U et du 239Pu aux noyaux moins connus expérimentalement (241Pu, 241Am, 245Cm) ou étudier la dépendance de ces rendements avec l’énergie cinétique des neutrons incidents. Une des composantes essentielles manquantes est la description de la distribution en charge nucléaire (Z) en fonction de la masse des fragments de fission et de l’énergie du neutron incident. Ces distributions sont caractérisées par un paramètre clé : la polarisation de charge. Cette polarisation traduit un excès (respectivement défaut) de proton dans le pic des fragments légers (respectivement lourds) par rapport à la densité de charges moyenne du noyau fissionnant. Si cette quantité a été mesurée pour la réaction 235U(nth,f), elle est lacunaire pour d’autres énergies de neutrons ou d’autres systèmes fissionnants. Les perspectives de ce sujet portent autant sur l’impact de ces nouvelles évaluations sur les grandeurs-clés pour les applications électronucléaires qu’à la validation des mécanismes de fission décrit par les modèles microscopiques de fission.