Contact(s) pour la thématique : Aurélien Debelle, Frédérico Garrido, Aurélie Gentils, Stéphanie Jublot-Leclerc, Jérôme Roques

Description des activités de recherche

Le thème de recherche Matériaux et IRradiation (MIR) se concentre sur les matériaux pour l’énergie, avec un accent particulier mis sur le rôle joué par les faisceaux d’ions soit pour modifier les propriétés des matériaux, soit pour générer des conditions d’irradiation extrêmes, pour des études fondamentales liées à la chimie et à la physique du solide.

Une application pertinente des faisceaux d’ions est la simulation des effets des rayonnements dans des matériaux qui pourraient être placés dans des environnements radiatifs sévères. Ce thème concerne la qualification du combustible nucléaire, les matrices utilisées pour le confinement et / ou la transmutation des déchets nucléaires (produits de fission, actinides), et l’évaluation des matériaux de structure et de gaine de combustible pour les réacteurs nucléaires des prochaines générations (Gen IV et fusion). De telles expériences reposent sur la possibilité d’utiliser des ions de masses diverses à des énergies allant de quelques dizaines de keV à quelques centaines de MeV, couvrant ainsi une large gamme de pouvoir d’arrêt. Ils permettent par exemple la simulation des effets des rayonnements dus à la fission de l’uranium en utilisant des ions lourds rapides, ou la désintégration d’actinides en utilisant des ions lourds de basse énergie et des particules alpha d’énergie de l’ordre du MeV, ou encore la simulation de l’injection de gaz léger dans les réacteurs de fission et fusion. Les faisceaux d’ions de faible énergie sont également utilisés pour la synthèse de matériaux par faisceaux d’ions : les ions sont incorporés dans une matrice solide et un recuit thermique ultérieur favorise généralement la formation hors équilibre de nano-précipités suivant le schéma typique de synthèse par faisceau d’ions.

Pour toutes ces études, l’investigation des mécanismes fondamentaux des interactions ion-solide appliqués à la science des matériaux est centrale, et elle représente un vaste champ de recherche dans lequel des questions fondamentales restent à élucider, notamment en couplant expériences avancées et modélisation.

Thèses en cours

  • Vinicius Oliveira Cavalcanti (depuis octobre 2019, financement Université) : Etude de l’accumulation d’hélium aux interfaces oxyde-fer dans des matériaux pour les réacteurs de fusion nucléaire
  • Mohamed El-Bakouri (depuis avril 2020, financement MITI) : Approche intégrée couplant expériences, simulations et modélisations pour une meilleure compréhension des effets d’irradiation dans les matériaux
  • Gabriel Bouhali (depuis novembre 2020, financement IJCLab): Influence combinée des effets d’irradiation et de l’injection de gaz sur l’évolution microstructure de céramiques d’intérêt nucléaire
  • Mathis Hitier (depuis octobre 2021, financement NEEDS R3C): Impact de l’irradiation sur la durabilité chimique des échantillons frittés de U1-xThxO2 et U1-xCexO2

Thèses soutenues récemment

  • Marie-José Saleh-Afif. Formation de la phase alpha prime sous irradiation dans des aciers renforcés par dispersion d’oxydes, financement CEA, Université Paris-Saclay, 2021
  • Dee Jay CericoEvolution et modélisation des dommages induits par la désintégration alpha dans l’apatite, financement ED PHENIICS, Université Paris-Saclay, 2021
  • Xin JinCombining RBS/Channeling, X-ray diffraction and atomic-scale modelling to study irradiation-induced defects and microstructure changes, financement Université Paris-Saclay et Université de Limoges, 2021
  • Marion BricoutComportement du dioxyde d’uranium sous irradiation: effet couplé de l’endommagement nucléaire et des excitations électroniques, financement CEA, Université Paris-Saclay, 2020
  • Olga Emelianova. Modélisation de l’évolution de la microstructure induite par des gaz dans l’acier ODS-EUROFER par implantation ionique à haute dose d’hélium et d’hydrogène, financement Ambassade de France à Moscou et NRNU MEPhI, Université Paris-Saclay, 2020
  • Martin Owusu-Mensah. Compréhension des premiers stades de formation des nano-précipités (Y, Ti, O) dans les aciers ODS (Oxide Dispersion Strengthened), financement ED PHENIICS, Université Paris-Saclay, 2019

Articles récents

● S. Jublot-Leclerc, G. Bouhali, F. Pallier, A. Declémy, Temperature dependence of elastic strain and damage build-up in He implanted AlN, Journal of the European Ceramic Society 41 (2021) 259 doi

● O. Emelyanova, A. Gentils, V.A. Borodin, M.G. Ganchenkova, P.V. Vladimirov, P.S. Dzhumaev, I.A. Golovchanskiy, R. Lindau, A. Möslang, Bubble-to-void transition promoted by oxide nanoparticles in ODS-EUROFER steel ion implanted to high He content, Journal of Nuclear Materials 545 (2021) 152724 doi

● M. Bricout, C. Onofri, A. Debelle, Y. Pipon, R.C. Belin, F. Garrido, F. Leprêtre, G. Gutierrez, Radiation damage in uranium dioxide: coupled effet between electronic and nuclear energy losses, Journal of Nuclear Materials 531 (2020) 151967 doi

● X. Jin, A. Boulle, A. Chartier, J.-P. Crocombette, A. Debelle, Analysis of strain and disordering kinetics based on combined RBS-channeling and X-ray diffraction atomic-scale modelling, Acta Materialia 201 (2020) 63 doi

● K. Ma, B. Décamps, A. Fraczkiewicz, T. Jourdan, F. Prima, M. Loyer-Prost, Free surface impact on radiation damage in pure nickel by in situ self-ion irradiation: can it be avoided ? Acta Materialia 212 (2021) 116874 doi

● L. Thomé, G. Gutierrez, I. Monnet, F. Garrido, A. Debelle, Ionization-induced annealing in silicon upon dual beam irradiation, Journal of Materials Science 55 (2020) 5938 doi