François VANNUCCI Président Bertram BLANK Rapporteur Margarita HERNANZ Rapporteur Alain ...

194 Pages·2012·9.58 MB·French

UNIVERSITE PARIS 7 - DENIS DIDEROT
(cid:181)
THESE
Pr¶esent¶ee pour obtenir le grade de
¶
DOCTEUR EN SCIENCES DE L’UNIVERSITE PARIS 7
DENIS DIDEROT
Sp¶ecialit¶e : Physique Nucl¶eaire
par
Nicolas de S¶er¶eville
Titre :
E¶TUDE DE LA RE¶ACTION 18F(p,fi)15O PAR RE¶ACTION
(cid:181) ¶
DE TRANSFERT POUR APPLICATION A L’EMISSION
GAMMA DES NOV(cid:192)
Th(cid:181)ese dirig¶ee par Alain Coc
Soutenue le 11 d¶ecembre 2003
JURY
Franc»ois VANNUCCI Pr¶esident
Bertram BLANK Rapporteur
Margarita HERNANZ Rapporteur
Alain FALVARD
Pierre LELEUX

(cid:181)
A mon grand{p(cid:181)ere, Jacques

Remerciements
Tout d’abord, je tiens a(cid:181) remercier Hubert Doubre et Hubert Flocard, directeurs
successifs du CSNSM, qui m’ont accueilli au sein de ce laboratoire.
Je voudrais ensuite remercier vivement Alain Coc mon directeur de th(cid:181)ese; ses
comp¶etences scientiflques ont aliment¶e ce travail, ses comp¶etences humaines lui ont
permis de toujours, pendant les trois ans de ma th(cid:181)ese, faire part d’une grande dis-
ponibilit¶e a(cid:181) mon ¶egard et d’orienter mes recherches sans jamais les dicter.
La chaleureuse ambiance r¶egnant au sein du groupe d’Astrophysique Nucl¶eaire
a largement contribu¶e a(cid:181) entretenir ma motivation. Merci a(cid:181) Ju˜rgen Kiener, Anne Le-
febvre,VincentTatischefi,Jean-PierreThibaud,etleursvisiteursMarletteAssunc»a~o
et Slimane Bahroumi. Tous ont contribu¶e, quoique chacun a(cid:181) sa mani(cid:181)ere, a(cid:181) la r¶eussite
de ce travail.Parmiseux,je remercieplusparticuli(cid:181)erementJu˜rgenetVincentd’avoir
¶eveill¶e mon int¶er^et pour les noyaux dans les ¶etoiles lors de mon stage de DEA et
Ju˜rgen pour l’aide pr¶ecieuse apport¶ee tout au long de ce travail.
Au dela(cid:181) du groupe < astro >, je tiens a(cid:181) remercier chaleureusement Isabelle De-
loncle, Alain Astier et Marie-Genvi(cid:181)eve Porquet pour les tr(cid:181)es bons moments pass¶es
ensemble pendant les d¶ejeuners et les enrichissantes discussions des pauses th¶e.
Mes remerciements vont ¶egalement a(cid:181) toute l’¶equipe de Louvain-la-Neuve sans
laquelle la partie exp¶erimentale de ma th(cid:181)ese n’aurait pu avoir lieu : Carmen Angulo,
Pierre Leleux, Marc Loiselet, Guido Ryckewaert, Michel Gaelens, Paul Demaret et
Alain Ninane.
J’exprime toute ma reconnaissance a(cid:181) Simone Fortier pour avoir accept¶e de me
transmettre une part de son expertise sur la th¶eorie de la DWBA et pour m’avoir
initi¶e a(cid:181) l’utilisation du code de calcul FRESCO.
Mes remerciements incluent aussi Margarita Hernanz et Bertram Blank, qui ont
accept¶e d’^etre les rapporteurs de ce travail, Franc»ois Vannucci qui a bien voulu pr¶e-
sider le jury d’examen, Alain Falvard et Pierre Leleux qui ont accept¶e de faire partie
de ce m^eme jury.
J’adresse toute ma sympathie a(cid:181) mes compagnons th¶esards ou autre du labora-
toire { Cyrilo, Nikozzz, Catoche, Sylvain, LN, Tony, Caline, Alex, Claire, Pascal,
Sophie et Aur¶elien { pour de nombreux moments fro^lant le mythe. Cela n’aurait
bien souvent pu avoir lieu sans d’autres personnes telles que Lolo, Ellen, Richie,
Carl, Caroline.
Merci enfln a(cid:181) toute ma famille, qui m’a toujours ¶epaul¶e, et/i a la Marta que, tot
i que lluny de Par¶‡s, sempre ha sapigut estar present durant aquests tres anys per
donar-me suport en els meus nombrosos moments de dubte.
(cid:181)
TABLE DES MATIERES
Introduction 1
1 18F dans les nov‰ et ¶emission gamma associ¶ee 3
1.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.1.1 Probl¶ematique li¶ee au 18F . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.1.2 Pr¶esentation des nov‰ < classiques > . . . . . . . . . . . . . . 4
1.1.3 E¶mission (cid:176) des nov‰ et importance du 18F . . . . . . . . . . . 8
1.2 Production du 18F dans les nov‰ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.2.1 Cycle CNO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.2.2 Nucl¶eosynth(cid:181)ese explosive . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.2.3 Incertitudes sur la nucl¶eosynth(cid:181)ese du 18F . . . . . . . . . . . . 14
1.2.4 Principale source d’incertitude : ¡ . . . . . . . . . . . . . . . 17
p
1.3 E¶mission (cid:176) du 18F et observations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
1.3.1 Spectres et courbes de lumi(cid:181)ere . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
1.3.2 Techniques de d¶etection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
1.3.3 Observations jusqu’a(cid:181) pr¶esent . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
1.3.4 INTEGRAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
1.4 Autres aspects de la nucl¶eosynth(cid:181)ese des nov‰ . . . . . . . . . . . . . 27
2 Dispositif exp¶erimental 29
2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
2.2 M¶ethode exp¶erimentale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
2.3 Faisceau de 18F . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
2.3.1 Production du 18F . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
2.3.2 Chimie du 18F . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
2.3.3 Ionisation et acc¶el¶eration du 18F . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
2.3.4 Caract¶eristiques du faisceau de 18F . . . . . . . . . . . . . . . 34
i
(cid:181)
ii TABLE DES MATIERES
2.4 Cibles de CD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
2
2.5 D¶etecteurs LAMP et LEDA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
2.6 Position des d¶etecteurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
2.6.1 Cin¶ematique inverse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
2.6.2 Optimisation de la position des d¶etecteurs . . . . . . . . . . . 38
2.6.3 Simulations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
2.6.4 R¶esultats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
2.6.5 Angle solide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
¶
2.7 Electronique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
2.8 Calibration du dispositif exp¶erimental . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
2.8.1 Calibration en ¶energie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
2.8.2 Calibration en temps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
3 Extraction des donn¶ees 53
3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
3.2 Identiflcation des r¶eactions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
3.2.1 R¶eactions a(cid:181) deux corps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
3.2.2 R¶eactions a(cid:181) trois corps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
3.3 S¶election des ¶ev¶enements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
3.3.1 Cas des co˜‡ncidences . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
3.3.2 Cas des < singles > . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
3.4 Reconstruction de l’¶energie d’excitation . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
3.4.1 M¶ethode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
3.4.2 Sources d’incertitudes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
3.4.3 R¶esultats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
3.5 Correction de l’¶energie d’excitation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
3.5.1 M¶ethode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
3.5.2 Discussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
3.5.3 R¶esultats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
3.6 Normalisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
¶
3.6.1 Epaisseur des cibles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
3.6.2 Intensit¶e du faisceau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
3.6.3 Incertitudes sur la normalisation . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
3.7 Donn¶ees suppl¶ementaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
3.7.1 D(18O,p)19O . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
3.7.2 D(18F,fi)16O . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
4 Analyse en DWBA 91
4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
4.2 Pr¶esentation de la DWBA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
¶
4.2.1 El¶ements de la th¶eorie de la difiusion . . . . . . . . . . . . . . 91
(cid:181)
TABLE DES MATIERES iii
4.2.2 G¶en¶eralisation a(cid:181) des collisions quelconques . . . . . . . . . . . 93
4.2.3 Approximation de Born et ondes distordues . . . . . . . . . . 94
4.2.4 Moments angulaires et parit¶e . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
4.2.5 Facteurs spectroscopiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
4.2.6 Port¶ee flnie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
4.2.7 R¶esum¶e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
4.3 Transfert a(cid:181) basse ¶energie (sous{coulombien) . . . . . . . . . . . . . . 100
4.3.1 Caract¶eristiques et particularit¶es . . . . . . . . . . . . . . . . 100
4.3.2 Cas de la r¶eaction D(18F,p)19F . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
4.3.3 Importance du noyau compos¶e . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
4.4 Ingr¶edients des calculs en DWBA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
4.4.1 Code de calcul . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
4.4.2 Potentiels nucl¶eaires utilis¶es . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
4.4.3 Contribution du noyau compos¶e . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
4.5 Analyse des distributions angulaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
4.5.1 Distributions angulaires de D(18F,p)19F . . . . . . . . . . . . . 111
4.5.2 Contribution du noyau compos¶e . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
4.5.3 In(cid:176)uence des potentiels distordus . . . . . . . . . . . . . . . . 116
4.5.4 In(cid:176)uence du potentiel n + 18F . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
4.6 Facteurs spectroscopiques et largeurs protons . . . . . . . . . . . . . . 118
4.6.1 Facteurs spectroscopiques dans le 19F . . . . . . . . . . . . . . 118
4.6.2 Largeurs protons dans le 19Ne . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
4.6.3 Analogue du niveau E (19Ne) = 7.070 MeV . . . . . . . . . . 124
X
4.7 Distributions angulaires suppl¶ementaires . . . . . . . . . . . . . . . . 126
5 Taux de la r¶eaction 18F(p,fi)15O 129
5.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
5.2 Calcul du taux de r¶eaction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
5.2.1 Caract¶eristiques nucl¶eaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
5.2.2 Ancien taux de r¶eaction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
5.2.3 R¶eduction des incertitudes sur le taux de r¶eaction . . . . . . . 134
5.3 Sources d’incertitudes sur le taux de r¶eaction . . . . . . . . . . . . . . 136
5.3.1 Interf¶erences entre les ¶etats 3/2+ . . . . . . . . . . . . . . . . 136
5.3.2 Largeurs alpha dans le 19Ne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
5.3.3 E¶nergie des r¶esonances dans le 19Ne . . . . . . . . . . . . . . . 143
5.4 Contraintes des mesures directes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145
5.4.1 Pr¶esentation des mesures directes . . . . . . . . . . . . . . . . 145
5.4.2 R¶esultats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147
5.5 Nouveaux taux de r¶eaction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
5.5.1 R¶eaction 18F(p,fi)15O . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
5.5.2 R¶eaction 18F(p,(cid:176))19Ne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
(cid:181)
iv TABLE DES MATIERES
Conclusion 157
Annexes 161
A Taux de r¶eaction en astrophysique nucl¶eaire 161
A.1 G¶en¶eralit¶es sur les taux de r¶eaction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161
A.1.1 Taux de r¶eaction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161
A.1.2 Efiet de la barri(cid:181)ere coulombienne . . . . . . . . . . . . . . . . 162
A.1.3 Pic de Gamow . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164
A.2 Expression analytique des taux de r¶eaction . . . . . . . . . . . . . . . 165
A.2.1 Cas non r¶esonnant . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166
A.2.2 Cas des r¶esonances ¶etroites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167
A.2.3 Cas des r¶esonances larges . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168
B Facteurs spectroscopiques en astrophysique nucl¶eaire 169
B.1 Largeur partielle et facteur spectroscopique . . . . . . . . . . . . . . . 169
B.2 Facteur spectroscopique et mesure directe . . . . . . . . . . . . . . . 171
B.3 Facteurs spectroscopiques et niveaux analogues . . . . . . . . . . . . 173
Bibliographie 175