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Physico-chimie de l’irradiation

Le groupe "Physico-Chimie de l’Irradiation, PCI" est constitué (septembre 2013) de 8 personnes : un Directeur de Recherche de 1ère classe (CNRS), une Directrice de Recherche de 2ème classe (CNRS), un Chargé de Recherches 1ère classe (CNRS), un Professeur (Univ. Paris Sud), un Maître de Conférences (Univ. Paris Sud), trois étudiants en thèse de doctorat.

Les activités scientifiques du groupe PCI du CSNSM-Orsay s’inscrivent dans le contexte de l’utilisation des faisceaux d’ions pour la conduite d’études fondamentales de matériaux ayant des applications potentielles dans le domaine de l’énergie nucléaire, de l’électronique ou de l’optique. Les travaux menés se trouvent donc à frontière entre la Physique et la Chimie du Solide, avec une approche cristallographique. Ils visent, entre autres, à identifier les mécanismes responsables des changements (micro-)structuraux induits par l’irradiation aux ions, à modifier les propriétés physico-chimiques et à façonner des nouveaux matériaux à différentes échelles pour des propriétés nouvelles. Pour cela, plusieurs techniques expérimentales de pointes sont mises en œuvre, telles que l’analyse par faisceau d’ions, la diffraction des rayons X, la microscopie électronique et les spectroscopies optiques (Raman, photoluminescence). Plusieurs thématiques sont traitées, telles que :

Les faisceaux d’ions ont de nombreuses applications dans des domaines scientifiques variés tels que la Physique de la Matière Condensée, la Chimie du Solide, l’Electronique, l’Astrophysique, la Médecine, les Sciences de la Terre et de l’Environnement. L’implantation ionique permet d’introduire une quantité désirée d’atomes étrangers dans la couche de surface d’un matériau. Ce procédé conduit soit à un dopage de la cible sans modification de sa structure, soit à la formation d’alliages, peu ou totalement désordonnés (nanomatériaux, solides amorphes) ou à un mélange de phases ; dans tous les cas, l’objectif visé réside en l’amélioration des propriétés physiques (optiques, électroniques, mécaniques). Une autre utilisation importante des faisceaux d’ions est la simulation des effets d’irradiation dans des matériaux destinés à des environnements hautement radiatifs. Cette voie concerne par exemple la qualification de matrices de conditionnement (stockage et/ou transmutation) des déchets nucléaires résultant du fonctionnement des centrales, et l’évaluation des matériaux de structure des réacteurs nucléaires du futur. De telles expériences bénéficient de la possibilité d’utiliser des ions de différentes masses à des énergies allant de quelques dizaines de keV à quelques centaines de MeV, balayant une vaste gamme de pouvoir d’arrêt. Ainsi, il est possible de simuler les effets d’irradiation consécutifs à la fission de l’uranium avec des ions lourds rapides, ou à la désintégration des actinides avec des ions lourds peu énergiques et des particules α de quelques MeV. Un dernier volet concerne les techniques d’analyse mises en œuvre sur des accélérateurs de moyenne énergie. Ces techniques (RBS, PIXE, NRA), non destructives, permettent d’obtenir des dosages quantitatifs des éléments présents dans la couche de surface d’un solide, et, pour certaines d’entre elles, de fournir des informations sur leur répartition en profondeur avec une résolution de l’ordre de quelques dizaines de nanomètres.