Academic literature on the topic 'Irradiartion aux ions lourds'

Le comportement mécanique de films minces de nitrure de gallium GaN irradiés par des ions uranium accélérés a été étudié par nanoindentation. Les résultats montrent une décroissance des propriétés mécaniques du matériau par irradiation, corrélée à l’augmentation de la fluence des ions U utilisés. La perturbation croissante du réseau cristallin du GaN par irradiation conduit à une modification des mécanismes de déformation du matériau, les zones fortement désordonnées gênant le mouvement des dislocations et résultant en leur accumulation au niveau de l’interface, et à une augmentation de la dureté. Au-delà d’une fluence de 1013 ions/cm2, le recouvrement des traces latentes créées par le passage des ions lourds conduit à une chute significative des caractéristiques mécaniques des films, et une uniformisation du comportement des matériaux irradiés aux fortes fluences.

Depuis plusieurs années, la Zone Non Saturée d'une parcelle expérimentale au nord de l'Italie (plaine du Pô) a fait l'objet de nombreuses études sur les caractéristiques physiques et géologiques du milieu, ainsi que sur les modalités du mouvement des eaux d'infiltration. Le site a été équipé de 6 tensiomètres à mercure, 6 bougies poreuses pour l'échantillonnage de l'eau et d'un tube d'accès pour la sonde à neutrons. L'application des différentes méthodes d'évaluation a fourni, pour la période d'étude (Septembre 1994-Août 1995), des valeurs de l'infiltration sensiblement différentes. La méthode physique, basée sur le calcul du bilan hydrique annuel, et considérant le sol comme un unique réservoir monocouche, a indiqué que 19% du total des précipitations arrive à s'infiltrer. D'autre part, un modèle de simulation intégrant les caractéristiques hydrodynamiques du sol a permis d'évaluer la recharge à 29% des précipitations annuelles. Le calcul de la répartition de la teneur en eau sur le profil porte sur la description des fluctuations temporelles du plan de flux nul, en relation avec les épisodes pluvieux et l'intensité de l'évaporation. La méthode géochimique du "profil en ions conservés" entre l'eau de pluie et du sol a permis, quant à elle, d'évaluer la lame d'eau infiltrée à environ 12% des précipitations annuelles. La composition isotopique des eaux extraites du sol manifeste un enrichissement global en isotopes lourds (2H et 18O) par rapport aux eaux météoriques, conséquence d'une évaporation intense. L'infiltration semble être de type "piston flow" dispersif. Elle suit, seulement pendant l'hiver, un flux où la composante convective dans la microporosité est prédominante sur la composante diffusive qui a lieu, de préférence, dans la macroporosité.

La fabrication additive (FA) des métaux est une technologie de pointe qui permet une mise en œuvre rapide et l’optimisation de la conception de pièces complexes. Elle est désormais utilisée dans de nombreux secteurs industriels, dont le nucléaire. L’un des processus de fabrication les plus courants est la fusion laser sur lit de poudre, qui est à l’origine d’une microstructure particulière qui pourrait influer sur la réponse du matériau à l’irradiation. L’objectif de ce travail de thèse a donc été d’étudier l’effet de l’irradiation aux ions lourds sur la microstructure du Ni-20Cr FA par Microscopie Électronique en Transmission (MET), ainsi que son impact sur ses propriétés mécaniques, afin de déterminer si l’usage de la FA pourrait s’appliquer au domaine nucléaire. Pour cela, trois stratégies de fabrication additive ainsi que l’effet d’un recuit ont été étudiés et ont été comparés à un matériau de référence. Différentes expériences d’irradiation aux ions lourds ont été réalisées, sur des échantillons massifs mais aussi sur des lames minces observées par MET in situ. Les expériences in situ permettent notamment de mesurer la cinétique de croissance des défauts à faible dose et de suivre l’évolution de certaines caractéristiques. Il est ainsi mis en évidence que dans tous les échantillons, l’irradiation induit la formation de boucles de Frank et de boucles parfaites. La stratégie de fabrication n’a pas d’influence sur l’évolution microstructurale des échantillons FA. Cependant, les cellules dendritiques, caractéristiques de la FA, sont dissoutes par irradiation. De plus, une densité plus faible de boucles de dislocation est mesurée dans le cas des échantillons FA que pour les échantillons recuits et de référence, qui présentent eux une évolution similaire. Cela est expliqué par une densité de puits de défauts plus importante dans le matériau FA brut. L’évolution microstructurale observée est reliée aux propriétés mécaniques, qui sont mesurées par compression micro-pilier. Il est démontré que les matériaux recuits et de référence voient leur cission critique résolue augmenter à cause de la création des boucles de dislocation, alors que le matériau FA voit une diminution suite à la dissolution des cellules de dislocation, plus important que la composante durcissante. Ces évolutions sont confirmées par l’application du modèle de durcissement par barrières dispersées
Additive Manufacturing (AM) of metals is an advanced technology that enables rapid implementation and design optimization of complex parts. It is now used in many industrial sectors, including nuclear. One of the most common processes in AM is Laser Powder Bed Fusion, which results in a particular microstructure that could influence the material's response to irradiation. The objective of this thesis was to study the effect of heavy ion irradiation on the microstructure of AM Ni-20Cr using Transmission Electron Microscopy (TEM), as well as its impact on its mechanical properties, to determine whether AM could be used for nuclear applications. For this purpose, three additive manufacturing strategies and the effect of annealing were studied and compared to a reference material. Various heavy ion irradiation experiments were conducted, on bulk samples as well as on thin foils observed via in situ TEM. In situ experiments allow measuring the defect growth kinetics at low doses and tracking the evolution of certain characteristics.It is thus demonstrated that in all samples, irradiation induces the formation of Frank loops and perfect loops. The manufacturing strategy does not influence the microstructure evolution of AM samples. However, the dendritic cells, characteristic of AM, are dissolved under irradiation. Additionally, a lower density of dislocation loops is measured in the AM samples compared to the annealed and reference samples that show a similar evolution. This is explained by a higher density of defect sinks in the as built AM material. The observed microstructural evolution is linked to the mechanical properties, which are measured by micropillar compression. It is shown that the annealed and reference materials experience an increase in their critical resolved shear stress due to the creation of dislocation loops, whereas the AM material show a decrease due to the dissolution of dislocation cells, superior to the hardening component. These changes are confirmed by the application of the dispersed barrier-hardening model

L'environnement radiatif spatial provoque des anomalies dans les systèmes informatiques embarques. Il est donc primordial de définir des stratégies de qualification permettant le choix du circuit le moins vulnérable. Le phénomène dit d'Upset est l'un des effets du rayonnement le plus critique pour les circuits intégrés. Les différentes stratégies de test d'Upset sont passées en revue, dans le cas des circuits intégrés programmables. Un équipement expérimental de test a été développé et une methode de test a été appliquée a des circuits candidats a des applications spatiales. Les tests aux ions lourds ont été réalisés a l'aide de différents simulateurs d'ions lourds (source de californium, cyclotron, synchrotron), validant ainsi le matériel et l'approche développes et donnant des indications sur l'efficacité de ces simulations

Ce travail a consisté à collecter puis étudier pour la première fois les formes de signaux de courant issus de détecteurs silicium lors de l'interaction des particules chargées ou des ions lourds avec ces derniers. Ce document est divisée en deux grandes parties. La première consistait à dépouiller les données expérimentales obtenues avec des particules chargées ainsi que des ions lourds. Ces expériences se sont déroulées au Tandem d'Orsay et auprès du GANIL en utilisant la ligne LISE. Ces deux expériences nous ont permis de créer une base de données formée de signaux de courant avec différentes formes et différents temps de collection. La deuxième partie consistait à réaliser une simulation des signaux de courant issus des différents ions. Pour obtenir cette simulation nous avons pu développer un nouveau modèle décrivant la formation du signal. Nous avons utilisé la base de données des signaux obtenus expérimentalement afin de contraindre les trois paramètres de notre modèle. Dans ce modèle, les porteurs de charges créés sont considérés comme des dipôles et ainsi leur densité est reliée à la polarisation diélectrique dans le détecteur silicium. Ce phénomène induit une augmentation de constante diélectrique tout au long de la trace de l'ion incident et par conséquent le champ électrique entre les électrodes du détecteur est diminué à l'intérieur de la trace. Nous avons couplé à ce phénomène un mode de dissociation et d'extraction des porteurs de charges afin qu'ils puissent se mettre en mouvement dans le champ électrique.

Les matériaux nanocomposites de type métal-verre sont intéressants en raison de leurs propriétés optiques particulières. La technique de fabrication utilisant les faisceaux d’ions est un outil prometteur pour les nanocomposites. L’objectif de cette thèse était d’étudier d’un point de vue fondamental le comportement sous irradiation de nanoparticules (NPs) d’or enfouies dans une matrice de silice amorphe. Ma contribution réside dans l’interprétation par modélisation et simulation numérique des résultats expérimentaux obtenus auparavant par des chercheurs du Laboratoire des Solides Irradiés. Dans le premier type d’expériences, le système a été irradié par des ions d’or de 4 MeV alors que dans le second type l’irradiation est effectuée avec des ions de krypton de 74 MeV. Dans la première partie, la simulation par Monte Carlo cinétique (KMC) sur réseau rigide a été choisie et développée spécifiquement pour étudier le comportement de NPs sous irradiation à différentes températures. Les simulations ont permis de reproduire qualitativement les résultats expérimentaux à toute température. Nous avons retrouvé en particulier le mûrissement d’Ostwald qui se produit à haute température (T>900 K) et la dissolution des NPs qui se produit à basse température (T<600 K). Un régime de transition est observé entre 600 K et 900 K. La simulation par KMC a permis de mettre en évidence et d’expliquer un effet de taille sur la dissolution de NPs sous irradiation. Elle a également révélé que les modèles balistiques unidirectionnels pouvaient rendre compte de la loi de dissolution. Sur la base de l’approche théorique de Frost et Russel, nous avons alors construit avec succès un modèle analytique unidirectionnel capable de décrire la loi de dissolution. Dans la deuxième partie, le système évolue dans le régime de dépôt d’énergie électronique. Selon la taille de la NP, l’irradiation la vaporise (diamètre<10 nm), la transforme en nanobâtonnet (10-30 nm), en NP à facettes (30-60 nm) ou la déforme légèrement (>60 nm) selon l’axe de l’ion incident. Nous avons imaginé un scénario du mécanisme de la déformation qui repose sur la dilatation thermique de la NP métallique fondue dans la région de la trace de l’ion incident. Sa mise en œuvre, grâce à une nouvelle technique de simulation développée spécialement, a permis d’affiner certains éléments du scénario et d’améliorer la compréhension globale du processus. L’accord qualitatif entre les données expérimentales et les résultats obtenus par simulation valide le mécanisme proposé
Metal-glass nanocomposites are interesting owing to their particular optical-properties. Ion irradiation can be used as a tool to fabricate nanocomposites. The aim of this thesis was to study, from a fundamental point of view, the behavior of gold nanoparticles (NPs) embedded in an amorphous silica matrix under irradiation. My contribution consists in the interpretation, by modeling and numerical simulation, of experimental results previously obtained by researchers of the Laboratoire des Solides Irradiés. In a first type of experiments, the system was irradiated with 4 MeV gold ions while in a second type the irradiation was performed by using 74 MeV krypton ions. For the study of the first type of experiments, the simulation by kinetic Monte Carlo (KMC) on rigid lattice was chosen and developed specifically to study the behavior of NPs irradiated at different temperatures. The simulations allows us to reproduce qualitatively the experimental results at any temperature. We found that the system evolves within a direct coarsening regime at high temperature (T>900 K) whereas at low temperatures (T<600 K) it becomes resistant to coarsening and the NPs dissolve. A transition regime is observed between 600 K and 900 K. The KMC simulation highlights and explains an effect of the size of the NPs on their dissolution under irradiation. It also demonstrated that unidirectional ballistic models could account for the law of dissolution. A model based on the theoretical approach of Frost and Russel including a size-dependent recoil generation rate fully describes the dissolution for any NP size. In the second type, the system evolves in the electronic energy deposition regime. Depending on their size, the NP can be vaporized (diameter<10 nm), transformed into nanorod (10-30 nm) or faceted NP (30-60 nm) or slightly deformed (>60 nm) by the incident ions. We imagined a scenario for the mechanism of deformation which is based on the thermal expansion of the melted NP into the track produced by the incident ion in the matrix. Its implementation using a new simulation technique helped to refine certain elements of the scenario and to improve the overall understanding of the process. The qualitative agreement between the experimental data and the results obtained by the simulation validate the proposed mechanism

L'étude des collisions entre ions lourds dans le domaine des énergies intermédiaires (10 à 100 MeV/A), peut être abordée par une approche semi-classique : l'équation de Vlasov nucléaire. Il est possible de décomposer la fonction de distribution à un corps sur une base d'états cohérents appropriée aux études dynamiques. Cette méthode est appliquée au cas des dalles de matière nucléaire semi-infinie et les résultats sont comparés à ceux de TDHF. A symétrie sphérique, la résonance géante monopolaire isoscalaire, les régimes d'évaporation, de formation de noyaux bulles et de vaporisation complète sont obtenus. L'extension à trois dimensions d'espace indépendantes et à l'équation de Landau-Vlasov où les interactions résiduelles à deux corps sont prises en compte par le terme de collision d’Uehling-Uhlenbeck, a conduit à l’étude générale de l'instabilité dynamique des noyaux fortement excités. L'application aux collisions d'ions lourds donne une description des principaux mécanismes de réaction, et fait apparaître un mécanisme de fusion inefficace pour la réaction 40Ar (35 MeV/A) + 27Al. Les multiplicités de particules alpha en coïncidence avec les résidus d'évaporation détectés dans l'expérience 40Ar (27 MeV/A) + 27Al, ont été extraites. Au regard des résultats théoriques, différents scénario sont proposés (limitation de voie d'entrée et désintégration en voie de sortie) pour expliquer la disparition de la composante de fusion observée pour ce système au-delà de 32 MeV/A
The study of heavy ion collisions at intermediate energies (10 to 100 MeV/A), can be undertaken by a semi-classical approach: the nuclear Vlasov equation. It is possible to decompose the one body distribution function over a suitable coherent state basis for dynamical studies. This method is applied for colliding slabs, and the results are compared with those of TDHF. With imposed spherica1 symmetry, the isoscalar monopole resonance, evaporation, formation of bubble nuclei and total evaporation, are obtained. The extension to three dimensions and to the Landau-Vlasov equation through the residual interaction included in the Uehling-Uhlenbeck collision term permits a general study of the dynamical instability of highly excited nuclei. The application to heavy ion collisions gives a description of bath the main mechanisms of reaction, and the ineffective fusion for the system 40Ar (35 MeV/A) + 27Al. Alpha particle multiplicities in correlation with evaporated residues in the experience 40Ar (27 MeV/A) +27Al, have been extracted. From theoretical results, different scenario are proposed (entrance channel limitation and exit channel disintegration), in order to explain the disappearance of the fusion component observed for this system at energies above 32 MeV/A

Ce travail a pour objet l'étude des réactions nucléaires périphériques induites par 40Ar aux énergies intermédiaires. Les résultats obtenus dans des études analogues effectuées à des énergies incidentes plus faibles sont tout d'abord rappelés. Le spectromètre à temps de vol conçu et construit pour les expériences est ensuite présenté. Ses performances permettent une excellente séparation en masse et en charge des produits de réaction et une bonne résolution en énergie. Une étude des propriétés des fragments du projectile montre de nombreuses déviations par rapport au modèle de fragmentation valable aux énergies relativistes et permet de mettre en évidence une forte composante de réactions de transfert. Nous insistons sur la persistance des effets de champ moyen aux énergies intermédiaires. L'étude de la voie Inélastique débute par un calcul du mécanisme de transfert-évaporation qui est responsable du fond physique mesuré à haute énergie d'excitation et qui peut dans certaines conditions produire des structures dans les spectres. Les spectres inélastiques montrent une très forte excitation de la résonance géante quadrupolaire. Dans la région entre 20 et 80 MeV d'énergie d'excitation des structures étroites sont présentes dans tous les systèmes étudiés. Des analyses statistiques et de Fourier permettent de quantifier les probabilités d'existence, les largeurs et les énergies d'excitation de ces structures. Une hypothèse de transfert-évaporation ne permet pas de reproduire de façon cohérente toutes les structures observées. L'ensemble des énergies des structures peut être bien décrit par des lois où leur énergie d'excitation est supposée proportionnelle à la puissance 1/3 de la masse du noyau cible. Des calculs complets d'excitation de résonances géantes et de multiphonons dans un modèle où les excitations nucléaires sont traitées dans le cadre microscopique de la RPA montrent que des états de multiphonons bâtis avec la résonance géante 2+ peuvent être une Interprétation possible des structures observées
This work concerns the study of peripheral heavy ion reactions induced by 40Ar beams at intermediate energies. The results obtained ln similar studies at low incident energies are first of all reviewed. The time of flight spectrometer built for the experiments is then described. It performances allow an excellent charge and mass separation of the reaction products and a good energy resolution. A study of the properties of the projectile-like fragments shows numerous deviations from the relativistic energy fragmentation modal. Evidence for a strong surface transfer reaction component is given and the persistence of mean field affects at Intermediate energies is stressed. A calculation of the contribution of the transfer evaporation mechanism to the inelastic spectra shows that this mechanism is responsible for the major part of the background measured at high excitation energy and can in same cases induce narrow structures in the spectra. The inelastic spectra show a strong excitation of the giant quadrupole resonance. In the region between 20 and 80 MeV excitation energy narrow structures are present for all the studied systems. Statistical and Fourier analyses allow to quantify the probabilities of existence, the widths and the excitation energies of these structures. A transfer evaporation hypothesis cannot consistently reproduce all the observed structures. The excitation energies of the structures can be well described by phenomenological laws where the energies are proportional to the -113 power of the target mass. Complete calculations of the excitation probabilities of giant resonances and multiphonon states are performed within a modal where the nuclear excitation is calculated microscopically ln the Random Phase Approximation. It is shown that a possible Interpretation of the structures is the excitation of multiphonon states built with 2+ giant resonances

Certains minéraux de la famille des apatites sont pressentis pour être utilisés comme matrices de conditionnement ou d'incinération dans l'optique d'un traitement futur des déchets nucléaires de haute activité et à vie longue. L'étude de réacteurs nucléaires naturels fossiles (Oklo) a en effet permis de mettre en lumière la forte capacité de ces minéraux à auto-guérir les dégâts d'irradiation. Afin de définir un comportement type pour ces matériaux, nous avons mené une étude fondamentale concernant l'évolution de l'endommagement après irradiation par différents ions lourds dans deux apatites : une fluoroapatite phosphocalcique naturelle (Durango) et une fluoroapatite monosilicatée synthétisée par frittage (britholite). Cet endommagement a été mesuré dans ces matériaux respectivement par spectrométrie R.B.S. canalisée et par diffraction X en déterminant un rayon efficace d'amorphisation Re. Les résultats obtenus révèlent un comportement proche pour les deux apatites en fonction du dépôt d'énergie électronique à l'entrée du matériau. Par ailleurs, l'effet d'un recuit thermique isotherme à 300°C a été quantifié sur une britholite monosilicatée préalablement irradiée avec des ions Kr. Nous avons ainsi mis en évidence un retour des paramètres de maille à leurs valeurs initiales, suivi d'une restructuration lente partielle du réseau cristallin en fonction du temps de recuit. Enfin, nous avons suivi l'évolution de la morphologie des figures de dissolution en milieu acide dans la fluoroapatite de Durango en fonction du dépôt d'énergie induit par les ions. Celle-ci révèle que l'influence de la cristallographie mène rapidement à des angles d'ouverture proches de 30°. Le calcul des vitesses d'attaque chimique au sein du matériau irradié met ainsi en évidence une gamme de dépôt d'énergie où le rapport des vitesses augmente fortement avant de devenir constant.