Simulations moléculaires aux temps courts de l'irradiation ionisante de solutions d'extractant du plutonium
Auteur / Autrice : | Damien Tolu |
Direction : | Aurélien De la lande, Dominique Guillaumont |
Type : | Thèse de doctorat |
Discipline(s) : | Chimie |
Date : | Soutenance le 30/10/2023 |
Etablissement(s) : | université Paris-Saclay |
Ecole(s) doctorale(s) : | École doctorale Sciences chimiques : molécules, matériaux, instrumentation et biosystèmes |
Partenaire(s) de recherche : | Laboratoire : Institut de chimie physique (Orsay, Essonne ; 2000-....) |
Equipe de recherche : Laboratoire Ions aux Interfaces Actives (L2IA) | |
référent : Faculté des sciences d'Orsay | |
graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Chimie (2020-....) | |
Jury : | Président / Présidente : Fabien Bruneval |
Examinateurs / Examinatrices : Tzonka Mineva, Dennis R. Salahub, Magali Duvail, Marie-Anne Hervé du Penhoat | |
Rapporteurs / Rapporteuses : Tzonka Mineva, Dennis R. Salahub |
Mots clés
Résumé
Cette thèse porte sur les simulations aux temps ultra-courts (attoseconde-femtoseconde) d'irradiations de molécules par des particules ionisantes massiques. Dans de nombreux domaines tels que le nucléaire ou le médical, les produits et mécanismes de dégradations sont suivies par la communauté scientifique. Les simulations ont été réalisées à l'aide du code deMon2k et réparties en trois chapitres.Le premier chapitre traite de la réponse électronique de la molécule de tributyl-phosphate (TBP) et de complexes inorganiques formés avec le plutonium en phase gazeuse, soumis à des particules alpha de hautes énergies. La réponse électronique et le traitement des électrons secondaires sont simulés par propagation en temps réel des équations de la théorie de la fonctionnelle de la densité auxiliaire dépendante du temps (RT-TD-ADFT). De plus, nous décrivons l'implémentation au sein de deMon2k de conditions aux limites absorbantes statiques et adaptatives. Nous montrons que le choix de conditions absorbantes dans l'espace des orbitales moléculaires permet d'absorber les électrons au cours des dynamiques, après irradiation. Nous montrons que les différentes réponses du nuage électronique diffèrent suivant que l'on considère la forme libre ou complexée du TBP.Le deuxième chapitre met l'accent sur la problématique de l'échantillonnage des dynamiques électroniques effectuées par RT-TD-ADFT pour obtenir le pouvoir d'arrêt électronique, propriété fortement dépendante des paramètres d'impact. La solution prometteuse, testée pour de l'eau bulk, que nous proposons est l'emploi de réseaux de neurones, entraînés à partir des interactions électrostatiques entre une particule ionisante chargée et les atomes du système, pour prédire le pouvoir d'arrêt électronique.Enfin, un troisième chapitre porte sur l'attachement électronique dissociatif du TBP engendré par les électrons secondaires après irradiation. Tandis que la forme anionique du système simule l'attachement électronique, nous avons implémenté dans deMon2k une méthode de calcul fondée sur la dynamique moléculaire ab initio et l'ajout d'un excès d'énergie cinétique d'atomes, pour simuler la rupture d'une liaison chimique en phase gazeuse et condensée.Le manuscrit se conclue par une synthèse générale du travail et une proposition de pistes de recherches futures envisageables.