NUCLIDES FAR OFF THE STABILITY LINE AND SUPER-HEAVY NUCLEI IN HEAVY-ION NUCLEAR REACTIONS

Abstract
A review is given on the new species which have been produced in the recent years by heavy ion reactions, mainly ¹²C, ¹⁶O, ¹⁸O, ²²Ne and ²⁰Ne ions. The first section is devoted to the formation of neutron rich exotic light nuclei and to the mechanism of multinuclear transfer reactions responsible for this formation. In the second section dealing on medium atomic numbers a brief account is made on the discovery of proton radioactivity and some comments are made on the difficulties encountered for producing very neutron deficient isotopes like ¹⁰⁰₅₀Sn. The study of the region of neutron deficiency for rare earth is one of the most fruitful field for heavy ion reactions. More than fifty new isotopes have been found. A discussion is made on the possibility for going further into the neutron deficiency open by the use of Ar, Kr and heavier ions. It is shown that there is no advantage to bombard targets with ions heavier than ⁴⁰Ca or ⁵⁸Ni. Section 4 is devoted to heavy nuclei in the region of the neutron shell N = 126. Fission competition is discussed as well as the limitation of the compound nucleus cross section due to high angular momentum effects. Results are presented on the rotating liquid drop and the very strong diminution of fission barriers due to rotational energy. A brief review is made of the new decay families discovered by Hyde et al. [63] for light thorium and protactinium isotopes. These results are one of the great success of heavy-ion induced reactions. Section 5 reminds that all isotopes of elements beyond Z = 101 have been produced by heavyion reactions, in spite of the great fission competitionc. The last section describes the various attempts already made for the synthesis of superheavy elements. A discussion is presented on the following problems : reaction thresholds and coulomb barriers for heavily charged projectiles, complete fusion cross section as compared to the total cross section, main decay channels for excited compound nuclei in the region Z = 118, N = 184-190, fusion-fission reactions and the possibility of production of S.H. elements as fission fragments, grazing reactions and exchange of big aggregates.

Résumé
Noyaux loin de la Stabilité et Noyaux Super-lourds dans les Réactions Nucléaires par Ions Lourds. Cet exposé consiste en une revue sur les nombreux nouveaux noyaux produits depuis quelques années par les réactions par ions lourds, et en une discussion des possibilités ouvertes par les faisceaux d'ions plus lourds ⁴⁰Ar, ⁴⁰Ca, ⁸⁴Kr, ¹³⁶Xe etc... Les tentatives de synthèse de noyaux superlourds sont décrites brièvement. Dans le premier paragraphe, on insiste surtout sur les noyaux riches en neutrons depuis le bore jusqu'à l'argon, produits grâce à des transferts d'un grand nombre de neutrons depuis des cibles lourdes vers le projectile. Il est possible d'approcher la limite d'existence des noyaux où l'énergie de liaison du neutron devient nulle. Le second paragraphe traite des noyaux moyens pour lesquels les seuls essais ayant donné quelques résultats ont permis de trouver que les tellures très légers (107, 108) étaient émetteurs alpha et de découvrir la radioactivité par proton sur le cobalt 53. Les possibilités de formation de noyaux très déficients en neutrons tels ¹⁰⁰₅₀Sn ou ⁸⁰₄₀Zr sont étudiées. Des calculs sont présentés qui montrent que même si des noyaux composés relativement légers peuvent être produits, leur désexcitation a lieu essentiellement par émission de particules chargées et qu'il est très improbable d'atteindre la zone N = Z. La troisième partie du mémoire étudie le domaine des terres rares dans lequel les réactions par ions lourds ont fait découvrir plus de 50 nouveaux isotopes émetteurs α partiellement pour la plupart. La couche N = 82 est ainsi approchée et on peut raisonnablement espérer au moyen des ions ⁴⁰Ca ou ⁴⁰Ar produire des isotopes encore plus légers dans la région de noyaux très déformés Z = 58-70, N = 70-82. L'utilisation d'ions plus lourds que ⁵⁸₂₈Ni ne paraît présenter aucun avantage. Les noyaux lourds de N plus ou moins éloigné de N = 126 sont ensuite étudiés. Dans cette région, la compétition de la fission devient importante et limite les sections efficaces. De plus, l'énergie de rotation élevée introduite par les grands moments angulaires projectiles lourds conduit à abaisser la barrière de fission et à rendre impossible la formation de noyau composé pour les ondes partielles de l'h élevé. Des valeurs de σ_CF/σ_R, rapport de la section efficace de fusion complète à la section totale de réaction sont calculées et comparées à des résultats expérimentaux obtenus avec les ions Ar et Kr. Enfin, dans cette région des éléments Rn à Pa, le plus grand succès des réactions par ions lourds C, N, O, Ne a été la découverte de nombreux isotopes légers. De nouvelles familles à décroissances en chaîne ont été mises en évidence par Hyde et ses collaborateurs [63], à partir d'isotopes légers de thorium et de protactinium. Dans la 5e partie, on rappelle que tous les isotopes des transmedeléviens Z > 101 ont été mis en évidence grâce aux réactions induites sur des cibles de ²³⁸U, ²³⁹Pu, ²⁴²Pu, ²⁴⁸Cm, ²⁴⁹Cf par des ions de bore, carbone, oxygène on néon, et ceci malgré de faibles sections efficaces inférieures à 1 microbarn en raison de l'importance de la fission. L'existence d'une sous couche à 164 neutrons laisse quelques espoirs de produire des isotopes riches en neutrons à durées de vie encore acceptables pour Z = 105 et Z = 106. Enfin, la dernière partie est consacrée aux noyaux Superlourds. Après quelques mots sur la situation très optimiste des prévisions théoriques concernant la stabilité des noyaux à l'état fondamental autour de Z = 114 et N = 184, les problèmes posés par les chances d'atteindre ces noyaux par les réactions nucléaires connues sont discutés. 1°) La barrière de potentiel pour l'approche d'un projectile lourd a été mesurée et se révèle plus élevée que pour les ions plus légers (r₀ = 1,32 au lieu de r₀ = 1,45-1,50). 2°) La fusion complète conduisant à un noyau composé plus lourd que l'uranium semble très difficile sinon impossible pour des projectiles de Z supérieur à 20. Ceci apparaît à travers certains résultats préliminaires obtenus avec les ions Kr et se trouve justifié par l'analyse de l'influence de l'énergie de rotation (Energie "Yrast") et des barrières de fission pour une goutte liquide en rotation. 3°) La désexcitation d'éventuels noyaux composés devrait avoir lieu par émission alpha et permettre d'atteindre les noyaux superlourds à vie longue. Les remarquables données de Nix^[101] sur cette question sont commentées et quelques réactions favorables indiquées. On mentionne les résultats obtenus jusqu'ici pour les tentatives effectuées à Orsay (⁸⁴Kr+²³²Th) et (⁸⁴Kr+²⁰⁸Pb), résultats négatifs malgré la mise en oeuvre de moyens de détection élaborés pour les masses autour de A = 300. Le choix de projectiles ⁸²Se, ⁷⁶Ge ou ⁷¹Ga serait peut-être meilleur. Enfin, d'autres possibilités que le passage par noyau composé sont indiquées. Les expériences avec le faisceau de xénon faites à Dubna sont mentionnées comme approche de la méthode dite "fusion-fission" qui consiste à produire un énorme noyau de fusion A ≈ 400 et à espérer que parmi les fragments de fission de ce noyau, des éléments superlourds soient crées. Les transferts de gros agrégats sont une autre possibilité pour laquelle le manque d'information précise empêche de faire des prévisions.