Journée thématique interne IRAMIS

"Irradiation :
neutrons, ions, électrons et photons"
à l'IRAMIS

Vendredi 18 Novembre 2011, CEA Saclay
Amphi. Bloch, Orme des Merisiers

Programme

Irradiation à l'IRAMIS : Programme

18 Novembre

PROGRAMME     pdfVersion PDF à télécharger

08:30 Accueil des participants / Installation posters  
08:50 Ouverture de la journée : Didier Normand (IRAMIS/Dir)


Outils - Mécanismes / phénomènes d'irradiation (Modérateur : Bruno Boizot, LSI)

09:00-9:20 Les outils de l'irradiation à l'IRAMIS – le réseau EMIR Serge Bouffard (CIMAP)
 
Matériaux et vieillissement I (Modérateur : )
09:20-09:40 Effets de l'irradiation neutronique sur des aciers Fe-9-14%Cr W Marie-Hélène Mathon (LLB)
09:40-10:00 Corrosion sous irradiation des aciers Catherine Corbel (LSI)
10:00-10:20 Etude de cinétiques de transitions de phases induites par excitation électronique Clara Grygiel (CIMAP)

10:20-10:50 Pause café et session posters

Matériaux et vieillissement : Polymères, verres et vitrocéramiques (Modérateur : Emmanuel Balanzat, CIMAP)
Invité :
10:50-11:20 Apercu des études d’irradiations au SRMP Jean-Paul Crocombette (DEN/SRMP)
 
11:20-11:40 Emission gazeuse dans les polymères soumis aux rayonnements ionisants : étude des transferts d'énergie vers les défauts radio-induits Yvette Ngono-Ravache (CIMAP)
11:40-12:00 Fracture et propriétés mécaniques des verres nucléaires irradiés Cindy Rountree (SPCSI)
12:00-12:20 Verres et irradiation : applications pour l’optique Nadège Ollier (LSI)
12:20-12:40 Les enjeux physiques de l'irradiation des matériaux supraconducteurs Kees Van der Beek (LSI)

12:40-13:50 Déjeuner + POSTERS


De la chimie à la biologie sous irradiation (Modérateur : Hicham Khodja, SIS2M)
13:50-14:10 Radiolyse de l’eau dans des conditions extrêmes de température, pression et de TEL Gérard Baldacchino (SIS2M)
14:10-14:30 Des ions lourds et des glaces Philippe Boduch (CIMAP)
14:30-14:50 Spectroscopie de fluorescence femtoseconde pour l’étude de l'ADN
Thomas Gustavsson / Pascale Changenet-Barret / Dimitra Markovitsi (SPAM-LFP)
14:50-15:10 Irradiation de biomolécules par des ions de basse énergie
Alain Mery (CIMAP)

15:10-15:30 Pause café et session posters

Structuration, matériaux fonctionnels, nanosciences et irradiation / Modérateur : Amine Cassimi (CIMAP)
15:30-15:50

Propriétés plasmoniques des nanostructures métalliques mises en forme par irradiation ionique (au GANIL)

Giancarlo Rizza (LSI)
15:50-16:10 Réactivité sous irradiation de surfaces de silices greffées Sophie Le Caër (SIS2M)
16:10-16:30 Comment couper et plier le Graphène ? Henning Lebius (CIMAP)
 
Techniques d'avenir
 
16:30-16:45 :Irradiations par microsonde nucléaire : quelles perspectives ? Hicham Khodja (SIS2M)
16:45-17:00 Particules accélérées par laser et applications médicales potentielles Tiberio Ceccotti (SPAM)
17:00-17:15

Imagerie nanométrique ultrarapide

Willem Boutu (SPAM)

17:15 Clôture de la journée, Didier Normand (IRAMIS/Dir).

 


 

Posters

Abstracts (oraux) :


topLes outils de l'irradiation à l'IRAMIS – le réseau EMIR
Serge Bouffard (CIMAP)

Lien vers le réseau EMIR.
Portail commun aux 5 installations
: CIMAP et LSI, DEN/SRMA et SRMP, CSNSM-Orsay et CEMHTI-Orléans.


topEffets de l'irradiation neutronique sur des aciers Fe-9-14%Cr W
Marie-Hélène Mathon (LLB / GIM)

Les aciers martensitiques et ferritiques dont la teneur en chrome varie entre 7 et 12% Cr sont de très bons candidats pour les structures internes des réacteurs nucléaires de future génération (RNR, fusion,…), en raison de leur remarquable résistance au gonflement sous irradiation et de leurs hautes propriétés mécaniques (traction, résistance au fluage jusqu'à 550°C). En particulier, des nuances à activation réduite avec une teneur en chrome limitée à 9% ont été développées pour simplifier le stockage des déchets des structures. La validation de ces aciers nécessite une bonne maîtrise de leur comportement sous irradiation neutronique. En conséquence, beaucoup d'efforts ont été concentrés sur l’étude de l’évolution microstructurale sous irradiation neutronique en corrélation avec les variations de comportement mécanique (fragilisation et durcissement).

La diffusion de neutrons aux petits angles est un outil très puissant pour la mise en évidence des hétérogénéités nanométriques telle que précipitation de soluté ou de défauts ponctuels induites par l’irradiation. En particulier, la précipitation d’une phase riche en chrome a pu être identifiée et quantifiée dans des matériaux irradiés et ce en fonction de la dose. Ces travaux sont menés en collaboration avec le SRMA (DEN/DMN).


topCorrosion sous irradiation des aciers
Catherine Corbel (LSI)

In the primary circuit of pressurized water reactors (PWR), water radiolysis occurred at high temperature (HT), 280-320°C, and high pressure (HP), 15.5MPa. Very few data are available in the literature on the role of HTHP water radiolysis on the corrosion of metallic reactor components.

The HPHT cell is designed to record the free potential of the irradiated AISI 316L/PWR solution interface against a non-irradiated pseudo-reference electrode, i.e. a platinum wire. It is mounted on line either at the cyclotron delivering the proton beam (CEMHTI, CNRS Orléans, France) or at the SIRIUS pelletron delivering the electron beam (LSI, École polytechnique, France).

The talk focuses on the first data obtained at 300°C, 90 bar with proton beams emerging either at 23 MeV or 6 MeV at the interface. The proton flux and the cumulated fluence both affect the response of the free potential to the beam switching on-off. The effect of the hydrogen initially dissolved in the solution is also presented.


topEtude de cinétiques de transitions de phases induites par excitation électronique
Clara Grygiel (CIMAP)

Une forte densité d’excitation électronique induit dans les matériaux d’importantes modifications structurales. Bien que les procédés initiaux, transfert d’énergie et modèle de pointe thermique, soient bien connus, les modifications induites dépendent de la nature du matériau. Ainsi la compréhension des mécanismes guidant ces transitions de phases sous irradiation reste encore une question ouverte. Pour faciliter l’étude de cinétiques de transitions structurales en fonction de la fluence, un diffractomètre de rayons X ("ALIX") a été récemment installé sur la ligne IRRSUD du GANIL. Ce dispositif a été modifié et optimisé pour permettre d’irradier simultanément à l’enregistrement de diffractogrammes. Lors de cette communication, des résultats d’irradiation-diffraction en mode séquentiel ou simultané seront présentés pour montrer les effets de fortes excitations électroniques sur les propriétés structurales de céramiques. Les cinétiques de transitions de phases ont ainsi été étudiées pendant l’irradiation par des ions Xe pour des échantillons polycristallins de MgO, SrTiO3 et Nd2Zr2O7. Ces évolutions seront discutées et combinées à des analyses obtenues par microscopie électronique en transmission.


topApercu des études d’irradiations au SRMP
Jean-Paul Crocombette (DEN/SRMP)

Le Service de Recherches de Métallurgie Physique (SRMP) du Département des Matériaux pour le Nucléaire (DMN) mène des études fondamentales sur l’effet des irradiations dans les matériaux. On s’intéresse aux effets (principalement structuraux) des irradiations en volume. Le choix des matériaux étudiés découle d'un compromis entre la volonté de faire des études centrées sur la compréhension des phénomènes et le souci de la connexion avec les matériaux réels. Après une description générale des activités du SRMP dans le domaine, deux études seront présentée à titre d’exemple :

  • la reproduction par calculs de dynamique moléculaire de l’amorphisation des oxydes de structure pyrochlores.
  • l’étude de l'évolution hors et sous irradiation des alliages fer-chrome. abordée expérimentalement et par simulation numérique.

topEmission gazeuse dans les polymères soumis aux rayonnements ionisants : étude des transferts d'énergie vers les défauts radio-induits
Yvette Ngono-Ravache (CIMAP)

L'irradiation des polymères peut causer la perte des propriétés fonctionnelles ou induire des situations potentiellement dangereuses, notamment dans le cas des colis de déchets contaminés par des radionucléides. Dans ces derniers, d’une part les gaz émis présentent des risques d’explosion (H2), de corrosion (HCl, HF) et de toxicité, et d’autre part la formation de molécules complexantes pour les radionucléides pourrait en accélérer la diffusion dans leur environnement proche. Il est donc nécessaire, de pouvoir prédire la quantité de gaz émise ou de molécules complexantes formée. Les modèles de prédiction d’émission gazeuse actuels utilisent les rendements radiochimiques à dose nulle G0. Cette méthode est pénalisante dans la mesure où le rendement radiochimique diminue lorsque la dose augmente et que les applications nécessitant ces estimations impliquent de fortes doses. A moins d’irradier tous les polymères existants, ce qui est contreproductif et irréaliste, la compréhension des phénomènes impliqués dans la diminution des rendements radiochimiques avec la dose est l’étape préalable à toute modélisation.


topFracture et propriétés mécaniques des verres nucléaires irradiés
Cindy Rountree (SPCSI)

France has an active program to reprocess spent fuel into MOX fuel and subsequently stores the by-products in complex alumino boro silicate glasses (frequently R7T7). Ensuring the durability of these glasses over the long-term (up to few hundreds of thousands of years) still presents a major challenge due to spatial and temporal length scales. Hence, the reliability of the long term storage can only be achieved through a deep fundamental comprehensive understanding of physical and mechanical behavior of irradiated glasses at nanoscale dimensions, specifically involving deformation and fracture. We are in the process of understanding how alterations in the structural, mechanical, failure and stress corrosion cracking properties induced by highly controlled á and â irradiation of different doses evolve over relevant length-scales. Herein we will present preliminary results from feasibility tests conduct on Jannus (α-irradiation) and in Poland (α-irradiation, Institute of Nuclear Chemistry et Technology; Department of Nuclear Chemistry et Technology) and subsequently fractured at SPCSI, CEA.


topRadiolyse de l’eau dans des conditions extrêmes de température, pression et de TEL
Gérard Baldacchino (SIS2M)

Dans cet exposé il sera fait état des dernières études effectuées au LRAD, durant la thèse de Dimitri Saffré. Après un bref état des lieux du domaine particulier des hautes températures en radiolyse, nous parlerons du développement d'autoclave destiné à être soumis à une irradiation d'ions lourds accélérés à TEL élevé (TEL : Transfert d'Energie /u. Longueur) et à permettre l'analyse spectroscopique in situ et en temps réel. Ce nouvel outil s'est aussi avéré être un outil très adapté pour les mesures de réactions ultra rapides accélérées par la température, mesurées avec l'accélérateur ELYSE du LCP/Orsay. C'est au travers du système chimique de l'acide bromhydrique que sera évoquée la réactivité du radical hydroxyle (HO.).


topVerre et irradiation : applications pour l’optique
Nadège Ollier et Stéphane Guizard (LSI)

L’irradiation des verres comporte des applications dans plusieurs domaines comme celui du nucléaire (stockage des déchets, dosimétrie…) ou bien de l’optique (réseaux de Bragg, tenue des composants optiques à l’irradiation etc…).
Dans une première partie, nous nous intéresserons à des verres d’oxydes dopés Yb (applications laser et amplificateurs) soumis à des irradiations ionisantes de type électrons ou gamma. Nous montrerons en particulier le lien étroit qui existe entre la structure initiale du verre et l’environnement des ions Yb3+ et son évolution sous irradiation (création et stabilité de défauts formés, réduction des ions Yb3+, propriétés de luminescence des ions Yb3+ ) à travers deux exemples. Le premier concerne des verres phosphates et aluminosilicates et le deuxième porte sur des préformes de fibres laser dopées Yb et la question du photodarkening.

Dans une seconde partie, nous nous intéresserons à l’interaction laser-solide et plus particulièrement au verre modèle la silice. Dans les diélectriques, les lasers femtosecondes, permettent d’induire une forte densité d’excitation et d’étudier en temps réel, les différents mécanismes de relaxation, qui vont, suivant les densités atteintes, de la formation des défauts ponctuels jusqu’au claquage optique.


topSupra-conducteurs irradiés
Kees Van der Beek (LSI)

Cette brève contribution soulèvera l'importance de l'outil ''irradiation'' pour la physique de matériaux supraconducteurs, matériaux qui, on le rappelle, perdent toute résistance électrique en dessous de leur température critique Tc

L'introduction contrôlée de défauts de type et de taille connue permet de changer des paramètres cruciaux du matériau. Notamment, elle permet de changer a la densité de ''quasi-particules'', ainsi que leur libre parcours moyen. La modification de ces deux paramètres a un impact important sur des paramètres mesurables comme la température critique, les champs critiques, et la profondeur de pénétration du champ électromagnétique. On note que l'on ne saura changer ces paramètres par d'autres moyens que l'irradiation (par exemple, par substitution chimique), sans altérer la nature du matériau.

Si le temps permet, je passerai également quelques minutes sur l'importance des défauts introduits par irradiation pour l'accrochage des lignes de flux quantifiés, ou vortex, qui traversent les supraconducteurs de type II lorsque ceux-ci sont exposés à un champ magnétique. En effet, c'est le piégeage des vortex par les défauts qui détermine le courant critique, c'est-à-dire, le courant maximal que l'on puisse passer par le matériau supraconducteur sans que celui-ci perde sa propriété de résistance nulle.


topDes ions lourds et des glaces
Philippe Boduch (CIMAP)

Des premières expériences d'irradiation de glaces ternaires (H22-CO-NH3) par des ions lourds conduites au GANIL par les chercheurs de l'IRAMIS/CIMAP ont permis de mettre en évidence la formation de molécules complexes pré-biotiques. Certaines hypothèses sur l'origine de la vie sur Terre proposent une origine extra-terrestre des briques élémentaires nécessaires à la vie. Les glaces cométaires ou entourant les grains de poussières des nuages denses interstellaires pourraient être ainsi le berceau de la formation de ces molécules prébiotiques. Le résultat obtenu montre que l'irradiation constante subie par ces glaces normalement inertes car très froides, permet la formation de ces molécules complexes.

Voir le fait marquant IRAMIS : A la recherche de l'origine de la vie : irradiation de glaces d’intérêt astrophysique


top Spectroscopie de fluorescence femtoseconde pour l’étude de l'ADN
Thomas Gustavsson / Pascale Changenet-Barret / Dimitra Markovitsi (SPAM-LFP)

Depuis une dizaine d’années, nous avons choisi d’adapter différentes techniques de spectroscopie de fluorescence résolue en temps, pour l’étude de la molécule d’ADN en solution, sur un très large domaine temporel, allant d’une centaine femtosecondes à une centaine des nanosecondes..

Notre activité principale porte sur l'étude des ’interactions de la lumière UV avec l'ADN connues pour être néfastes à notre santé. Notre démarche consiste à caractériser la structure et la dynamique des états directement excités par le rayonnement UV, par spectroscopie de fluorescence résolue en temps, afin de les corréler à leur réactivité. Nos expériences réalisées ces dernières années ont permis de montrer que si la durée de vie de fluorescence des bases monomériques sont extrêmement courtes (< 1 ps), du fait de processus de conversion interne extrêmement efficaces dissipant efficacement l’énergie absorbée, celle des hélices, en revanche, est beaucoup plus longue. Les études théoriques ont mis en évidence que l’organisation des bases en double brins induit la formation d’états excités "délocalisés" conduisant à la formation d’états à caractère de transfert de charge non-négligeable de durée de vie très longues qui pourraient être à l’origine de la formation des photodommages.

Plus récemment, nous avons entrepris l’étude des interactions de l’ADN avec diverses molécules d’intérêt pharmaceutique. Certaines d’entre elles ont un effet thérapeutique avéré, telles que les anthracyclines largement utilisées dans le traitement des cancers. Or, la nature de leurs interactions avec l’ADN reste mal connue. Dans ce cas, la spectroscopie de fluorescence résolue en temps permet de renseigner sur la nature et la dynamique des interactions, ainsi que leur sélectivité, des facteurs clefs pour l’amélioration de leurs propriétés thérapeutiques. Plusieurs études ont déjà été effectuées dans le cadre du SLIC/LaserLab.

Nous présenterons nos différents projets en cours, notamment le projet FemtoFlim, qui vise à mettre en œuvre un dispositif de microscopie de fluorescence femtoseconde, permettant la caractérisation des durées de vie et la distribution spatiale des médicaments en milieu hétérogène, voir cellulaire.


top Irradiation de biomolécules par des ions de basse énergie
Alain Mery (CIMAP)


top Propriétés plasmoniques des nanostructures métalliques mises en forme par irradiation ionique (au GANIL)
Giancarlo Rizza (LSI)

L'exposé sera divisé en trois parties :
- Je décrirai tout d'abord comment utiliser l?irradiation pour modifier la morphologie des nanostructures métalliques confinées dans une matrice diélectrique. Les résultats expérimentaux seront expliqués en ayant recours à un code que nous avons développé pour la pointe thermique en trois dimensions et pour un milieu anisotrope et composite.
- Puis je monterai comment le champ proche des nanoantennes fabriquées par irradiation peut être cartographié en ayant recours à la technique EELS en mode STEM.
- Enfin, je terminerai mon exposé en introduisant les cristaux plasmoniques en deux dimensions fabriqués par lithographie électronique et modifiés par l'irradiation. Je décrirai brièvement les potentialités de la technique pour contrôler le profil de la résonance plasmon ainsi que les possibles applications.


top Réactivité sous irradiation de surfaces de silices greffées
Sophie Le Caër (SIS2M)

Sous l'action des rayonnements ionisants sur la silice, la production de dihydrogène par lyse des groupes -OH de surface, qu'ils soient chimisorbés ou physisorbés, est désormais bien connue et comprise.

Nous nous sommes intéressés ici à l'évolution de la réactivité sous irradiation de surfaces de silice de 8 nm de taille de pore lorsqu'elles sont greffées avec divers monochlorodiméthylsilanes. L'utilisation de diverses techniques (spectroscopiques, par infrarouge et RMN du solide, ainsi que la spectrométrie de masse pour déterminer les gaz produits sous irradiation) permettent de mieux comprendre les transferts d'énergie du solide vers sa surface sous irradiation.


top Comment couper et plier le Graphène ?
Henning Lebius (CIMAP)

Le graphène est un matériau étudié de façon très approfondie du fait de ses propriétés exceptionnelles : ses conductances électrique et thermique sont élevées et sa dureté mécanique est supérieure à celle des autres matériaux. En irradiant avec un ion lourd, le graphène est coupé et plié. Ce type d’irradiation est à notre connaissance la seule méthode de découpage et pliage du graphène. Le découpage du graphène semble possible grâce à deux processus. Tout d’abord, pendant le passage d’ion des défauts sont créés, ce qui affaiblit le graphène. Puis, grâce à l’incidence rasante de l’ion des chaînes (ou chapelet) de bosses sont créées sur la surface du substrat. Ces chaînes exercent une force qui finalement coupe le graphène. Alors qu’habituellement l’irradiation conduit à des défauts ponctuels, sous la forme des traces latentes ou de structure en surface, le cas de l’endommagement du graphène est tout à fait atypique.


top Irradiations par microsonde nucléaire : quelles perspectives ?
Hicham Khodja (SIS2M)

Les microsondes nucléaires sont quasi exclusivement utilisées à des fins d'analyse chimique. Elles sont en particulier largement utilisées pour explorer le comportement des éléments légers dans les matériaux. Après avoir brièvement rappelé les caractéristiques principales de ces instruments, nous évoquerons l’endommagement généré par les faisceaux focalisés d’ions légers, puis nous discuterons de l'extension de leur domaine d'utilisation à l'irradiation. Nous passerons en revue les applications actuelles dans ce domaine et proposerons quelques perspectives.


topTechniques d'avenir : Particules accélérées par laser et applications médicales potentielles
Tiberio Ceccotti (SPAM)

L’accélération de protons et d'électrons par laser a été l'un des plus actifs champs de recherche en physique de l'interaction laser-matière tout au long des dix dernières années, en raison des différentes possibilités d’application qu'elle offre. Sous un point de vue social, la perspective la plus attrayante est de loin la possibilité d'utiliser de telles particules pour le traitement de certains types de tumeur maligne. Deux traitements en particulier semblent permettre, à l'avenir, de remplacer les actuels accélérateurs classiques avec des sources « laser »: la photothérapie et la radio thérapie intra-opératoire .

Après une brève rappel des principaux mécanismes physiques de la génération de particules par laser, cet exposé examine les caractéristiques principales et le domaine d'application de chacun de ces deux approches, les avantages potentiels offerts par les sources laser, les progrès qui restent à accomplir et les activités de recherche menées par notre équipe dans ce cadre, sur l’installation UHI100 à Saclay.


topTechniques d'avenir : Imagerie nanométrique ultrarapide
Willem Boutu (SPAM)

Les techniques d’imagerie par diffraction cohérente permettent d’atteindre des résolutions spatiales limitées théoriquement uniquement par la longueur d’onde utilisée. Au sein du groupe Attophysique du SPAM, nous avons développé une source de rayonnement X-UV de laboratoire sur laquelle nous avons pu démontrer des résolutions spatiales inférieures à 100 nm. Grâce à ses propriétés uniques, une unique impulsion laser est suffisante pour acquérir une telle image. Ceci ouvre la voie vers des études de phénomènes ultrarapides, couplant résolution spatiale et résolution temporelle femtoseconde.


Contacts
Clara Grygiel / Yann Leconte / Isabelle Monnet / Nadège Ollier /
Jean-Philippe Renault / Luc Barbier
CEA / DSM-IRAMIS

 

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