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L’équipe Physico-Chimie de l’irradiation est engagée depuis plus de dix ans dans des travaux expérimentaux relevant des deux thèmes suivants :

• Transformations structurales induites par bombardement ionique à basse (keV/nucléon) et à haute (MeV/nucléon) énergie ;

• Aspects physico-chimiques du stockage des déchets radioactifs.

Ces deux thèmes sont reliés, d’une part par l’importance des effets d’irradiation dans le comportement des matrices de stockage, et d’autre part par leur outil commun de caractérisation des matériaux constitué essentiellement des techniques de microanalyse nucléaire (rétrodiffusion Rutherford, analyse par réactions nucléaires, associées ou non à la canalisation).

Le développement du premier thème a coïncidé avec la construction des implanteurs du CSNSM et s’est progressivement étendu au domaine des très grandes énergies (>1 MeV par nucléon) lorsque l’accès aux grands accélérateurs (tels que GANIL) a été possible. Les principales avancées réalisées pendant la période couverte par ce rapport sont :

• La formation d’agrégats métalliques dans la silice par implantation et mélange ionique ;
• La création de traces dans les alliages métalliques par des ions lourds de grande énergie ;
• Le transport atomique induit par excitation électronique dans les matériaux amorphes.

Le premier type d’expériences démontre la possibilité de former des agrégats métalliques dans des matrices isolantes pour la fabrication de composés optiques aux propriétés non linéaires en utilisant des faisceaux d’ions, et permet d’étudier les mécanismes sous-jacents. Les deux autres types d’expériences ont remis en question l’insensibilité supposée des matériaux conducteurs au dépôt d’énergie par excitation électronique, et ont contribué à une meilleure compréhension des phénomènes de transport atomique suivant l’irradiation aux ions lourds très énergiques.

La motivation initiale du second thème de recherche était d’évaluer l’influence de l’irradiation due à la désintégration alpha, simulée par bombardement ionique, sur la durabilité chimique des verres nucléaires. Nous nous sommes ensuite intéressés au problème de la migration de radioéléments dans le contexte du stockage géologique des déchets radioactifs. En effet, le transport de ces éléments par les eaux naturelles fait intervenir différents phénomènes physico-chimiques à l’interface solide-liquide, pouvant être simulés en laboratoire et quantifiés par microanalyse nucléaire. Une contribution significative sur le transport des radioéléments par les colloïdes a été apportée dans le cadre d’un programme de la CEE. Une approche expérimentale identique a été utilisée pour l’étude des propriétés de l’oxyde d’uranium comme matrice de confinement des déchets nucléaires, dans l’optique du stockage direct du combustible usé.

Il est important de mentionner que les programmes de recherches présentés dans ce rapport doivent énormément aux nombreuses collaborations nationales et internationales établies sur chacun des deux thèmes cités plus haut : l’Institut de Physique Nucléaire de Lyon, Le Laboratoire des Solides Irradiés de l’École Polytechnique de Palaiseau, le CIRIL de Caen, le Service des Champs Magnétiques Pulsés de l’Université de Toulouse, le Centre d’Etudes du CEA de Grenoble, l’Institut Hahn-Meitner de Berlin (RFA), l’Université de Padova (Italie), le Centre pour la Recherche et le Développement sur les Matériaux de Brindisi (Italie) et l’Université d’Okayama (Japon), pour le premier thème ; le Centre d’Etudes du CEA de Fontenay-aux-Roses, le Laboratoire National de Legnaro (Italie), le CENBG de Bordeaux, l’Institut Européen des Eléments Transuraniens de Karlsruhe (RFA), l’Institut Soltan pour les Etudes Nucléaires de Varsovie (Pologne), et l’Institut pour les Matériaux Electroniques de Varsovie (Pologne) pour le second thème.