De la fission aux nouvelles filières - Cenbg - IN2P3

les résonances deviennent extrêmement proches et se chevauchent. La structure résonnante n’est
alors plus visible. C’est le “domaine des résonances non résolues”. On observe que la section
efficace thermique de l’ 235 U est 1000 fois supérieure à celle de l’ 238 U avec des neutrons rapides.
3.4 Les isomères de fission
Comme on l’a dit p. 12, la découverte des isomères de fission a eu un retentissement énorme dans
la communauté des physiciens nucléaires, et un très grand nombre de travaux expérimentaux
leur ont été consacrés. Plus de 30 isomères de fission ont été identifiés. Leur temps de vie vis-àvis
de la fission et leur énergie d’excitation au-dessus de l’état fondamental ont pu être mesurés.
Pour un certain nombre d’actinides, il a été également possible de mettre en évidence des états
excités de l’isomère, notamment des états de vibration du noyau dans l’état isomérique ainsi
que les bandes de rotations construites sur l’isomère de fission et sur certains des états excités
de vibration.
La figure ci-contre est un diagramme en
N et Z dans la région des actinides. Les
cases en couleur indiquent les noyaux où
ont été observés des isomères de fission. Le
code de couleur indique leur temps de vie
approximatif. On remarque que c’est dans
la région située entre le Pu et le Bk que
des isomères de fission ont été le plus souvent
identifiés. Cette identification a toujours
été réalisée en observant la fission de
l’isomère. Comme on le verra plus loin, la
hauteur relative des deux barrières de fission se modifie en fonction de Z. Au-delà du Bk, la
seconde barrière de fission devient la plus basse. Les isomères de fission ont alors un temps de
vie très court et sont difficiles à observer. Au contraire, dans le Neptunium et les noyaux plus
légers, la seconde barrière est plus haute et plus épaisse, de sorte que la fission de l’isomère est
inhibée. Dans cette situation, l’isomère a tendance à décroître plutôt en direction du premier
puits de potentiel en franchissant la première barrière. Cette transition peuple un état excité
du premier puits qui décroît par émission γ. Ce mode de décroissance, représenté en vert sur
la figure 4, constitue la “branche γ” de la décroissance de l’isomère de fission. Ce type de
transition est très difficile à mesurer, ce qui explique les cases vides sur la figure ci-dessus dans
la région des actinides légers. En fait, il est à peu près certain que ces derniers possèdent tous
un isomère de fission mais qu’il n’a pas pu être mis en évidence expérimentalement. Les seuls
nuclides où des “branches γ” de décroissance de l’isomère de fission ont été observées jusqu’ici
sont les noyaux 238 U, 236 U et 239 Pu.
Comme l’illustre la figure 4, les isomères de fission possèdent, de même que l’état fondamental du
noyau, un ensemble d’états excités. Ceci a été confirmé par des mesures de décroissance γ peuplant
l’isomère de fission. Ces états excités sont principalement des excitations vibrationnelles
sur lesquels sont bâties des bandes de rotation. On appelle ces états “états de classe II”, tandis
que les excitations de l’état fondamental dans le premier puits sont dénommés “états de classe
I”. La mise en évidence de spectres de rotation de classe II a permis notamment de déterminer
le moment d’inertie du noyau dans l’état isomérique. Les moments d’inertie qui ont été trouvés
sont environ deux fois plus grands que ceux des états fondamentaux, ce qui confirme que les
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