Étude des effets combinés du rayonnement et de la température sur les matériaux à base de silice et les fibres optiques

Study of combined effects of radiation and temperature on silica based material and optical fibers

• Auteur / Autrice : Angela Guttilla
• Direction : Mourad Benabdesselam
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 30/06/2021
• Etablissement(s) : Université Côte d'Azur
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences fondamentales et appliquées (Nice ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Physique de Nice
• Jury : Président / Présidente : Frédéric Wrobel
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Mourad Benabdesselam, Frédéric Wrobel, Marco Cannas, Sylvain Girard, Johan Bertrand, Franck Mady
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Frédéric Wrobel, Marco Cannas

Mots clés

Mots clés contrôlés

Radioactivité

Fibres optiques

Silice

Thermoluminescence

Mots clés libres

Thermoluminescence

Atténuation radio-induite

Silice

Fibres optiques

Environnement radiatif

Thermoluminescence

Radiation induced attenuation

Silica

Optical fibers

Radiative environment

Résumé

Cette thèse s'inscrit dans le cadre du projet de recherche CERTYF dont l’objectif est l’amélioration des connaissances sur les processus de dégradation des fibres optiques à base de silice utilisées dans des environnements sévères combinant des contraintes d’irradiation, d'hydrogène et de température (R-H-T). Lorsqu'elle est exposée à un rayonnement, la fibre optique devient moins guidante en raison de la création de défauts. Ces défauts sont caractérisés par des niveaux d'énergie dans la bande interdite du matériau. Ainsi, lorsque la lumière est injectée à l'intérieur d'une fibre optique, la partie transmise de cette lumière diminue et inversement, l’atténuation radio-induite (ARI) augmente. Les objectifs du contrôle de l’ARI sont de développer des systèmes à base de fibres optiques tolérants aux radiations, capables de fonctionner dans les lieux de stockage de déchets radioactifs ou au contraire d'améliorer la sensibilité des fibres lors de leur utilisation pour la détection de la dose ou du débit de dose de rayonnement présent dans l'environnement radiatif. Ce travail est centré sur la construction d'un modèle physique capable de prédire l’ARI dans cet environnement sévère à travers une étude expérimentale basée sur la thermoluminescence (TL) et la spectroscopie d’absorption conduisant à la compréhension des mécanismes de création de défauts radio-induits. L’ARI qui en résulte est un processus complexe dépendant de plusieurs paramètres tels que la longueur d'onde, la dose, le débit de dose, la température et la composition des fibres. Tous ces paramètres qui doivent être pris en compte dans la modélisation reflètent les nombreux problèmes qui limitent l'intégration de la fibre dans des environnements combinés.

This thesis is part of the CERTYF research project, acronym of Combined Effects of Radiation Temperature and hYdrogen in optical Fibers. The CERTYF project aims to improve knowledge on the degradation processes of silica-based material and optical fibers used in severe or harsh environments combining irradiation constraints, hydrogen and temperature (R-H-T), such as the one encountered by ANDRA (Agence nationale pour la gestion des déchets radioactifs). When exposed to radiation, the optical fiber becomes less guiding due to the creation of defects. These defects are characterized by energy levels within the bandgap of the material. Thus, when the light is injected inside an optical fiber the transmitted part of this light decreases and conversely, the radiation induced attenuation (RIA) increases. The objectives of the RIA control are to develop radiation tolerant systems capable of operating in the radioactive waste storage sites or, on the contrary, of improving the sensitivity of fibers when used for the detection of the radiation dose or dose rate present in the radiative environment. This work focuses on building of a physical model capable of predicting RIA in this severe/harsh environment through an experimental study based on thermoluminescence (TL) and absorption spectroscopy leading to the understanding of the point defects creation mechanisms induced by the irradiation. The resulting radiation induced attenuation is a complex process depending on several parameters like the wavelength, dose, dose rate, temperature and fiber composition. All these parameters that must be considered in the modeling reflect the several issues that limit the fiber integration in combined environments.