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Propriétés structurales et microstructurales de matériaux irradiés : étude du profil de l’endommagement le long du parcours projeté.

par CIMAP - publié le

A gauche : Diagrammes de diffraction des rayons X mesurés in-situ sous 1° d’incidence avec le dispositif ALIX sur IRRSUD pour un échantillon de poudre compacté d’Al2O3 irradié au 129Xe à 92 MeV à différentes fluences.
En haut à droite : Photo du diffractomètre ALIX installé sur la ligne IRRSUD du GANIL.
En bas à droite : Cliché de microscopie électronique en transmission d’une section transverse de l’échantillon de poudre compacté d’Al2O3 irradié au 129Xe 92 MeV à la fluence maximale de 8e14 ions/cm².

L’interaction des ions lourds rapides avec les solides induit une perte d’énergie du projectile le long de son parcours via des processus élastiques (pouvoir d’arrêt nucléaire, Sn) ou inélastiques (pouvoir d’arrêt électronique, Se) qui modifient le matériau cible.
De par notre activité auprès du GANIL, nous avons développé des équipements adaptés pour caractériser les modifications induites au cours de l’irradiation ; notamment pour l’étude du profil en profondeur des évolutions structurales et microstructurales. L’équipe MADIR dispose actuellement d’une plateforme de diffraction des rayons X composée de deux équipements de pointe permettant le contrôle de la profondeur sondée, et ainsi l’exploration de différentes valeurs de Se et Sn, grâce à la diffraction en incidence rasante : « ALIX » le diffractomètre in-situ pour poudres installé sur la ligne IRRSUD et « DISCO » le diffractomètre haute résolution équipé de la configuration « in-plane » pour l’analyse fine de films minces ou de monocristaux. Nous avons récemment couplé l’analyse in-situ de poudres compactées à des analyses sur monocristaux irradiés d’α-Al2O3 et montré

  1. que l’amorphisation, due au Se, se fait par recouvrement d’impacts,
  2. que l’accumulation de défauts conduit à un gonflement de la maille, dû à une contribution du Se et du Sn, et
  3. que cette déformation est anisotrope dans les monocristaux et principalement mesurée dans la direction parallèle au faisceau d’ion.
    Par ailleurs, la combinaison des analyses par diffraction avec des analyses MET, Raman et absorption optique, également disponibles au CIMAP, permet de proposer un profil de déformation et d’endommagement le long du parcours projeté.
    Ce sujet se continue dans le cadre de la thèse d’Alexis Ribet.

Contact : Clara Grygiel (grygiel@ganil.fr), Isabelle Monnet (monnet@ganil.fr).