Thèse Année : 2024

Study οf reactiοn mechanisms fοr the synthesis οf super-heavy elements

Étude du mécanisme de réaction pour la synthèse des éléments super-lourds

Hope Donglo
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 1493586
  • IdRef : 282660089

Résumé

This thesis investigates the mechanism of synthesising super-heavy elements (SHE) via fusion evaporation reactions. These are nuclei with atomic numbers \(Z \ge 104\) and do not exist in nature due to their vanishing macroscopic fission barriers. They are stabilised by quantum shell correction. The search for new SHE pushes the boundaries of nuclear physics, furthering our understanding of their formation, stability, and structure. However, synthesising SHE is challenging due to decreasing production cross sections as the atomic charge increases, necessitating theoretical simulations to guide experiments and identify optimal reaction conditions.This work focuses on improving the predictive power of the Kewpie2 model, designed for fusion evaporation simulation. Fusion evaporation is modelled as a three-stage process: capture, formation, and survival. While Kewpie2 independently simulates the capture cross section and survival probability, it has relied on external calculations for formation probability. This thesis implements the formation step in the Kewpie2 code for the first time using both the overdamped and full Langevin formalisms. The injection point distance (describing projectile-target nuclei starting configuration) is optimised for cold and hot fusion reaction datasets in both cases. An improved injection point distance parametrisation, consistent with the Langevin formalism, reproduces measured evaporation residue cross sections for hot fusion reactions, typically with accuracy better than an order of magnitude. For cold fusion reactions, multiple neutron emission channels are explained by introducing an additional structural term, achieving good agreement with experimental data. In this case, the 1n channel data are described as having a factor deviation from the experimental data, while the 2n and 3n channels are within an order of magnitude. The thesis also investigates survival probability modelling using the latest data for SHE. Both the formation and survival steps are extensively tested and compared with the Fusion-by-Diffusion (FbD) model for sets of 27 cold and 24 hot fusion reactions.Analysis of the reduced friction coefficients within the overdamped Langevin approach suggests that the dynamic is not fully damped. Therefore, a full one-dimensional Langevin formalism is investigated and implemented in Kewpie2. The formalism is applied to hot fusion reaction data. The fitting coefficients of the model are optimised using a so-called systematic fitting technique, and the results confirm that the dynamic is not fully damped. In this approach, the model predictions are within an order of magnitude deviations from the experimental data. Predictions for the synthesis of elements with atomic numbers ZCN = 119 et 120 align with results from other codes. Additionally, a method for studying ratios of formation probabilities is proposed and discussed for the synthesis of 258No et 259Db..In conclusion, this work significantly enhances Kewpie2, making it a self-contained tool for studying SHE synthesis and guiding future experimental efforts.
Cette thèse étudie le mécanisme de synthèse des éléments super-lourds (SHE) par des réactions de fusion-évaporation. Il s'agit de noyaux de numéro atomique \(Z \ge 104\) qui n'existent pas dans la nature en raison de leurs barrières de fission macroscopiques qui disparaissent. Ils sont stabilisés par une correction quantique du modèle en couches. La recherche de nouveaux SHE repousse les limites de la physique nucléaire et nous permet de mieux comprendre leur formation, leur stabilité et leur structure. Cependant, la synthèse des SHE est un défi en raison de la diminution des sections efficaces de production à mesure que la charge atomique augmente, ce qui nécessite des simulations théoriques pour guider les expériences et identifier les conditions de réaction optimales.Ce travail se concentre sur l'amélioration du pouvoir prédictif du modèle Kewpie2, conçu pour la simulation de la réaction de fusion-évaporation. Cette réaction est modélisée comme un processus en trois étapes : capture, formation et survie. Alors que Kewpie2 simule de manière indépendante la section efficace de capture et la probabilité de survie, il nécessitait des calculs externes pour la probabilité de formation. Cette thèse met en œuvre l'étape de formation dans le code Kewpie2 pour la première fois en utilisant à la fois les formalismes de sur-critiques et de Langevin complet. La distance du point d'injection (décrivant la configuration initiale de la phase de formation pour le système projectile-cible) est optimisée pour les réactions de fusion froide et chaudes séparément. Une paramétrisation améliorée de la distance du point d'injection, compatible avec le formalisme de Langevin, reproduit les sections efficaces de résidus d'évaporation mesurées pour les réactions de fusion chaude, généralement avec un ratio inférieur à un ordre de grandeur. Pour les réactions de fusion froide, les canaux d'émission de plusieurs neutrons sont expliqués par l'introduction d'un terme structurel supplémentaire, ce qui permet d'obtenir un bon accord avec les données expérimentales. Dans ce cas, les données du canal 1n sont décrites comme ayant une déviation d'un facteur par rapport aux données expérimentales, alors que pour les canaux 2n et 3n, les ratios sont à l'intérieur d'un ordre de grandeur. La thèse étudie également la modélisation de la probabilité de survie en utilisant les données les plus récentes pour SHE. Les étapes de formation et de survie sont testées de manière approfondie et comparées au modèle de fusion par diffusion (FbD) pour 27 réactions de fusion froide et 24 réactions de fusion chaude.L'analyse des coefficients de frottement réduits dans le cadre de l'approche de Langevin suramortie suggère que la dynamique n'est pas sur-critique. Par conséquent, un formalisme de Langevin unidimensionnel complet est étudié et implémenté dans Kewpie2. Le formalisme est appliqué aux données de réaction de fusion chaude. Les paramètres du modèle sont optimisés à l'aide d'une technique d'ajustement systématique, et les résultats confirment que la dynamique n'est pas sur-critique. Dans cette approche, les prédictions du modèle se situent dans un ordre de grandeur d'écart par rapport aux données expérimentales. Les prédictions pour la synthèse d'éléments de numéros atomiques ZCN = 119 et 120 s'accordent avec les résultats d'autres codes. En outre, une méthode d'étude des rapports de probabilités de formation est proposée et discutée pour la synthèse des isotopes 258No et 259Db.En conclusion, ce travail améliore considérablement Kewpie2, ce qui en fait un outil autonome pour l'étude de la synthèse SHE et l'orientation des futurs efforts expérimentaux.
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Origine Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-04901809 , version 1 (20-01-2025)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04901809 , version 1

Citer

Hope Donglo. Study οf reactiοn mechanisms fοr the synthesis οf super-heavy elements. Nuclear Experiment [nucl-ex]. Normandie Université, 2024. English. ⟨NNT : 2024NORMC243⟩. ⟨tel-04901809⟩
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