Spectrométrie de masse avec des pièges de Penning : mise en service du dispositif PIPERADE et mesures de masses des noyaux riches en neutrons dans la région de masse A=100-120 avec le dispositif JYFLTRAP

La spectrométrie de masse avec des pièges de Penning permet de mesurer les masses des noyaux atomiques avec une très grande précision. Les énergies de liaison nucléaire, déterminées à partir des masses atomiques, sont utilisées pour étudier la structure des noyaux exotiques et sont également des données essentielles pour les modèles de nucléosynthèse.Dans cette thèse, deux pièges de Penning ont été utilisés. Le double piège de Penning PIPERADE (PIèges de PEnning pour les RAdionucléides à DESIR) a été mis en service au LP2i Bordeaux. Les résultats du premier piégeage d'ions, de la mise en œuvre de la technique de refroidissement par gaz tampon, d'une méthode de sélection des ions d'intérêt et les résultats de la première mesure de masse par résonance en temps de vol (TOF -ICR) sont présentés. A l'avenir, PIPERADE sera dédié aux mesures de masse de précision et à la sélection des ions exotiques d’intérêt dans la nouvelle installation de recherche DESIR (Désintégration, Excitation et Stockage d’Ions Radioactifs) du laboratoire GANIL (Grand Accélérateur National d’Ions Lourds).Le double piège de Penning JYFLTRAP a été utilisé auprès de l'installation IGISOL (Ion Guide Isotope Separator On-Line) du laboratoire de l'accélérateur de l'Université de Jyväskylä pour effectuer des mesures de masse de précision des isotopes riches en neutrons de rhodium, ruthénium, molybdène, niobium, zirconium et yttrium dans la région de masse A ≈ 100 - 120. Au total, 15 masses d'états fondamentaux et 8 masses d'états isomériques ont été mesurées. Huit masses ont été déterminées pour la première fois, tandis que pour les autres, la précision a été considérablement améliorée. La technique d'imagerie (PI-ICR) a permis pour la première fois de séparer les états isomères des états fondamentaux et de mesurer avec précision la masse de chaque état indépendamment. Les isotopes les plus exotiques du rhodium, du ruthénium, du molybdène et du niobium ont été mesurés à l'aide de la technique TOF-ICR. Enfin, les demi-vies de l'état fondamental et l'état isomérique du 112Rh ont été mesurées. À partir des masses mesurées, plusieurs observables, telles que les énergies de séparation de deux neutrons, ont été extraites et comparées aux valeurs prédites par les modèles de masse de type Hartree-Fock-Bogoliubov BSkG1 et BSkG2. L'impact des nouvelles valeurs de masse sur les taux de capture de neutrons importants pour décrire le processus astrophysique de capture rapide de neutrons a également été étudié.Penning-trap mass spectrometry allows to measure masses of atomic nuclei with a very high precision. Nuclear binding energies, determined from the atomic masses, are used to study the structure of exotic nuclei, and are also key inputs for nucleosynthesis models. In this thesis, two Penning traps have been utilized. The PIPERADE (PIèges de PEnning pour les RAdionucléides à DESIR) double Penning trap was commissioned at the LP2i Bordeaux. The results from the first trapping of ions, the implementation of the buffer gas cooling technique, a method to select the ions of interest, all the way to the results of the first time-of-flight ion-cyclotron-resonance (TOF-ICR) mass measurement, are reported. PIPERADE will be dedicated to precision mass measurements and ion of interest selection in the new research facility DESIR (Désintégration, Excitation et Stockage d’Ions Radioactifs) at the GANIL (Grand Accélérateur National d’Ions Lourds) Accelerator laboratory. The JYFLTRAP double Penning trap was utilized at the Ion Guide Isotope Separator On-Line (IGISOL) facility of the Accelerator Laboratory of University of Jyväskylä to perform precision mass measurements of neutron-rich rhodium, ruthenium, molybdenum, niobium, zirconium and yttrium isotopes in the mass region A ≈ 100 − 120. In total 15 ground- and eight isomeric-state masses were measured. Altogether eight masses were determined for the first time, while for the rest the precision of the atomic mass was improved significantly. The phase-imaging ion-cyclotron-resonance technique (PI-ICR) allowed for the first time the separation of the isomeric states from the ground states, and precision mass measurement of each state independently. The most exotic rhodium, ruthenium, molybdenum and niobium isotopes were measured using the TOF-ICR technique. In addition, the half-lives of the ground and isomeric states of 112Rh were measured. From the measured masses, several observables, such as the two-neutron separation energies, were extracted and compared to the values predicted by the Hartree-Fock-Bogoliubov based global mass models BSkG1 and BSkG2. The impact of the new mass values on the neutron-capture rates needed for the astrophysical rapid neutron capture process was also studied