Modélisation des interactions électrons/matière par la méthode de Monte Carlo appliquée aux matériaux composites polymérisés sous rayonnements ionisants.

Electron/matter interactions modelling by Monte Carlo method applied to composites polymerized by ionizing radiations.

• Auteur / Autrice : Jasmine Agnès Léger
• Direction : Mohammed Yousfi, Jean-Francis Loiseau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 2005
• Etablissement(s) : Pau

Mots clés

Mots clés contrôlés

Interactions photon-atome

Interactions électron-atome

Monte-Carlo, Méthode de

Composites

Simulation par ordinateur

Résumé

Ce travail porte sur la modélisation fine, par la méthode de Monte Carlo, des interactions électrons/matière et photons/matière à l'interface fibre de carbone/résine d'un matériau composite polymérisé sous rayonnement ionisant. EADS-ST met en œuvre la polymérisation sous rayonnement ionisant dans le cadre de travaux de recherche et développement et s'attache à améliorer les propriétés mécaniques de composites fibres de carbone/résine. Dans ce contexte, ce travail de recherche a été réalisé afin de contribuer à une meilleure compréhension des phénomènes énergétiques ayant lieu notamment à l'interface fibre de carbone/résine. Dans cette perspective, le premier objectif de ces travaux a été la détermination des données de base que sont les sections efficaces de collisions. Le second objectif a été l'utilisation de ces données de base, à l'aide d'une technique Monte Carlo optimisée, pour la simulation des interactions électrons/matière et photons/matière dans la fibre de carbone, la résine, et à l'interface fibre de carbone/résine, et enfin l'exploitation des résultats de simulation en terme d'énergie et de charges déposées dans la matière. L'une des originalités de ce travail se situe dans la détermination des sections efficaces d'interaction et la simulation du transport des électrons dans la matière sur une large gamme d'énergie du MeV jusqu'à l'eV, en traitant individuellement les chocs, ce qui a permis de considérer les faibles épaisseurs de matière pour la microdosimétrie, dans le cas de materiaux hétérogènes bi-lames pour cerner les effets de rétrodiffusion à l'interface et surtout multi-lames composés de fibres de carbone micrométriques insérées dans de la résine.

This work concerns the fine modelling, with a Monte Carlo method, of the electrons/matter and photons/matter interactions at the carbon fibre/resin interface of a composite polymerized by energy electron beams. EADS-SPACE Transportation implements ionizing radiation polymerization within the framework of research and development tasks and particularly focuses on the mechanical properties improvement of carbon fibre/resin composites by implementing this technology. In this context, this task has been realized in order to contribute to a better understanding of the energetic phenomena taking place particularly at the carbon fibre/resin interface and thus, to continue to improve the composite performances. From this point of view, the first aim of this work was the determination of the basic data which are the collisions cross sections. The second objective was to use these basic data, from an optimized Monte Carlo technique, for the electrons/matter and photons/matter interactions simulation in the carbon fibre, the resin, and at the carbon fibre /resin interface, and finally, to analyse the simulation results in term of deposited charge and energy in the matter. One of the originalities of this work is the determination of the interaction cross sections and the simulation of the electrons transport in the matter on a wide energy range starting from few MeV down to eV, by treating the shocks individually, which allows considering the thickest matter for microdosimetry in the case of heterogeneous bi-layer material in order to understand the backscattering effect at the interface and in multi-layer material made of micrometric carbon fibres inserted into resin.