De la fission aux nouvelles filières - Cenbg - IN2P3

Fig 35 : Caractéristiques de différents modèles de cascade intra-nucléaire d’après J. Cugnon.
3- La désexcitation (évaporation)
Dans le cadre de la spallation telle que nous l’avons définie, la voie principale de
désexcitation du noyau thermalisé est l’évaporation. Lorsque le noyau est suffisamment gros,
elle est en compétition avec la fission. Même dans ce cas l’évaporation est présente, soit avant
la fission, soit après fission pour évacuer l’énergie d’excitation des fragments de fission.
L’évaporation suppose que le noyau a une énergie d’excitation suffisamment répartie sur ses
différents nucléons pour qu’un traitement statistique soit justifié. Seule va compter la densité
des niveaux d’énergie, mais pas leur nature exacte. Il faut pour cela que l’énergie d’excitation
soit notablement supérieure au seuil d’émission de particules. A noter qu’en fin d’évaporation
on tombe cependant inéluctablement dans ce domaine. A l’autre extrême, il ne faut pas que
l’énergie d’excitation soit trop grande. Les collisions d’ions lourds qui permettent d’explorer
des excitations bien supérieures à celles mises en jeu ici, ont montré qu’au-delà de 3 MeV par
nucléon l’émission séquentielle de nucléons (ou de particules légères) fait place à une
fragmentation du noyau en une seule étape, ce que l’on a appelé « multi-fragmentation ».
Il faut remarquer que pour une même énergie de faisceau l’énergie d’excitation par nucléon
d’un noyau A sera en gros proportionnelle à A -2/3 (rapport entre une perte d’énergie
proportionnelle au diamètre par le volume nucléaire proportionnel à A). Cette fonction décroit
avec A, et donc pour une même énergie de faisceau, le régime de multi-fragmentation sera
plus vite atteint dans les petits noyaux.
Le traitement de l’évaporation part du principe de la balance détaillée (elle-même basée sur
l’invariance par renversement du temps de l’interaction forte). Elle stipule que la probabilité
d’émission d’une particule a par un noyau de A nucléon (P Aa ) est reliée à la probabilité
d’absorption de a par le noyau à (A-a) nucléons (P (A-a)a ) par l’équation suivante :
ρ A P Aa = ρ (A-a) P (A-a)a
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