Thèse soutenue

Evolution microstructurale du fer pur et d’un alliage Fe-Cr sous irradiation avec injection simultanée d’hélium : étude expérimentale et modélisation
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Auteur / Autrice : Daniel Brimbal
Direction : Brigitte Décamps
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Physique
Date : Soutenance le 02/12/2011
Etablissement(s) : Paris 11
Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Modélisation et Instrumentation en Physique, Energie, Géosciences et Environnement (Orsay, Essonne ; 2010-2015)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de sciences nucléaires et de sciences de la matière (Orsay, Essonne ; 1998-2019)
Jury : Président / Présidente : Michèle Gupta
Examinateurs / Examinatrices : Brigitte Décamps, Michèle Gupta, Robin Schaeublin, Cristelle Schmuck-Pareige, Philippe Pareige, Jean Henry
Rapporteurs / Rapporteuses : Robin Schaeublin, Cristelle Schmuck-Pareige

Résumé

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Les aciers ferrito-martensitiques sont d’excellents candidats potentiels en tant que matériaux de structure dans les futurs réacteurs de fusion. A ce titre, ils devront résister à des flux intenses de neutrons de 14 MeV qui créeront des cascades de déplacements atomiques et des produits de transmutation tels que l’hélium. Afin de mieux comprendre le comportement de base de ces aciers sous irradiation en présence d’hélium, nous avons étudié les effets de l’hélium et ceux du chrome dans le cadre de ce travail de thèse. Du fer pur et un alliage modèle Fe-5,4%pds Cr ont ainsi été irradiés dans la plateforme JANNuS à 500°C en bi-faisceau avec des ions Fe+ et He+ et en mono-faisceau avec des ions Fe+. L’utilisation de cette plateforme a permis de suivre l’évolution du dommage jusqu’à des doses faibles (1 dpa) et de caractériser la microstructure après irradiation à forte dose (100 dpa). Elle a également permis l’observation in situ dans un MET couplé à deux accélérateurs des effets cinétiques d’implantation/irradiation. La nature et la répartition des défauts d’irradiation ont été déterminés : ce sont essentiellement des boucles de dislocations de vecteur de Burgers de type a<100> et des cavités/bulles. Nous avons montré que la co-implantation d’hélium et l’addition de chrome réduisent la mobilité des boucles. Par ailleurs, avec ou sans hélium, l’addition de chrome réduit le gonflement dans toutes les conditions étudiées. De plus, dans le fer pur irradié avec hélium, un phénomène original de germination hétérogène de cavités/bulles dans les plans des boucles a été mis en évidence. Enfin, nous avons également utilisé le code de dynamique d’amas CRESCENDO pour interpréter les résultats expérimentaux dans le fer pur irradié avec hélium.