Contribution à l'étude de la pulvérisation et de l'endommagement du dioxyde d'uranium par les ions lourds rapides
Résumé
Swift heavy ion-solid interaction leads in volume to track creation and on the surface to the ejection of particles into the vacuum. To learn more about initial mechanisms of track formation, we are focused on the sputtering of uranium dioxide by fast heavy ions. This present study is exclusively devoted to the influence of the electronic stopping power on the emission of neutral particles and especially on their angular distribution. These measurements are completed by those of the ions emitted from UO2 targets bombarded with swift heavy ions. The whole experimental results give access to : i) the nature of the sputtered particles ; ii) the charge state of the emitted particles ; iii) the direction of ejection of the sputtered particles ; iv) the sputtering yields deduced from the angular distributions. These results are compared to the prediction of the sputtering models proposed in the literature and it seems that the supersonic gas flow model is well suited to describe our results. Finally, the sputtering yields are compared with a set of earlier experimental data on uranium dioxide damage obtained by T. Wiss and we observe that only a small fraction of UO2 monolayers are sputtered.
La mise en mouvement des atomes d'un matériau par un ion lourd se traduit dans le volume par la création de traces et à la surface par l'éjection d'atomes vers le vide. Ainsi, afin d'appréhender les mécanismes initiaux de formation des traces, nous nous sommes intéressés à la pulvérisation du dioxyde d'uranium par les ions lourds rapides. L'étude est consacrée à l'influence du pouvoir d'arrêt électronique sur l'émission de particule neutre et plus spécifiquement sur la mesure de leurs distributions angulaires. Ces mesures sont complétées par celles des ions émis d'une cible d'UO2 soumise à un bombardement d'ions lourds rapides. L'ensemble des résultats expérimentaux donne accès à : i) la nature des particules pulvérisées ; ii) l'état de charge des particules émises ; iii) la direction d'éjection des particules pulvérisées ; iv) et aux rendements de pulvérisation, obtenus à partir des distributions angulaires. Ces résultats sont confrontés aux modèles de pulvérisation proposés dans la littérature et il apparaît que seul le modèle d'écoulement gazeux supersonique donne des résultats cohérents avec nos observations. Enfin, grâce aux expériences antérieures, réalisées par T. Wiss, concernant l'endommagement du dioxyde d'uranium, ce travail débouche sur la comparaison entre les modifications observées dans le matériau et la pulvérisation. Cette démarche permet de mettre en évidence que seule une fraction de monocouches d'UO2 participe à la pulvérisation.