Impact des conditions d'irradiation aux ions sur les microstructures irradiées : application à la transférabilité des irradiations aux ions aux neutrons

Impact of ion irradiation conditions on irradiated microstructures: application to the transferability of ion irradiation to neutrons

• Auteur / Autrice : Lisa Lefort
• Direction : Thomas Jourdan
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Physique
• Date : Inscription en doctorat le 02/11/2022
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique en Île-de-France (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : CEA/SRMP - Service de Recherches de Métallurgie Physique
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Faculté des sciences d'Orsay

Mots clés

Mots clés libres

Ion

Irradiation

Nickel

Résumé

Les irradiations aux ions sont couramment utilisées pour simuler l'endommagement neutronique en réacteur. Elles n'activent pas les matériaux et elles permettent d'obtenir des doses d'irradiation importantes pour des durées et des coûts restreints. Si les irradiations aux ions sont avant tout un outil de recherche fondamentale, la communauté scientifique s'interroge régulièrement sur la représentativité de ce type d'irradiation par rapport aux irradiations neutroniques. Remplacer les irradiations neutroniques par des irradiations ioniques dans le processus de qualification des matériaux nucléaires accélèreraient drastiquement le développement des nouvelles centrales. Pour cela il est nécessaire d'évaluer l'impact des paramètres des irradiations ioniques sur les microstructures irradiées en fonction des paramètres matériaux. C'est l'objectif de cette thèse. La démarche consistera à caractériser par microscopie électronique à transmission, avant et après irradiations ioniques, des matériaux représentatifs des aciers utilisés dans l'industrie du nucléaire, de structure cubique faces centrées et de structure cubique centrée. L'impact du type de faisceau utilisé (défocalisé versus balayé), de la méthode de mesure du flux ionique et du séquençage des irradiations sur plusieurs jours seront évalués en fonction des matériaux et de leurs caractéristiques (énergie de migration de défauts, …). Les microstructures obtenues seront comparées à des simulations type Monte Carlo cinétique sur objets (OKMC) et de dynamique d'amas. Cette démarche permettra de mettre en lumière certains mécanismes comme effet de l'état de contrainte locale, de la diffusion unidimensionnelle pour expliquer les différences microstructurales observées et de déterminer les paramètres (des irradiations et des matériaux) pertinents qui limitent la transférabilité ions-neutrons.

Ion irradiations are commonly used to simulate neutron damage in the reactor. They do not activate the materials and they make it possible to obtain significant doses of irradiation for limited durations and costs. Although ion irradiation is above all a basic research tool, the scientific community regularly wonders about the representativeness of this type of irradiation compared to neutron irradiation. Replacing neutron irradiation with ion irradiation in the qualification process for nuclear materials would drastically accelerate the development of new power plants. For this it is necessary to evaluate the impact of the parameters of the ionic irradiations on the irradiated microstructures according to the material parameters. This is the objective of this thesis. The approach will consist in characterizing by transmission electron microscopy, before and after ion irradiation, materials representative of the steels used in the nuclear industry, with a face-centered cubic structure and a centered cubic structure. The impact of the type of beam used (defocused versus rastered), of the method of measuring the ion flux and of the sequencing of the irradiations over several days will be evaluated according to the materials and their characteristics (energy of migration of defects, etc.). The microstructures obtained will be compared to object kinetic Monte Carlo (OKMC) and cluster dynamics. This approach will make it possible to highlight certain mechanisms such as the effect of the local stress state, of one-dimensional diffusion to explain the microstructural differences observed and to determine the relevant parameters (of irradiations and materials) which limit ion-neutron transferability.