Défauts ponctuels et irradiation dans les oxydes : simulations à l'échelle atomique (HDR) - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Hdr Année : 2005

Point defects and irradiation in oxides :
simulations at the atomic scale

Défauts ponctuels et irradiation dans les oxydes : simulations à l'échelle atomique (HDR)

Résumé

The studies done by Jean-Paul Crocombette between 1996 and 2005 in the Service de Recherches de Métallurgie Physique of the Direction de l'Energie Nucléaire in Saclay are presented in this Habilitation thesis.
These works were part of the material science researches on the ageing, especially under irradiation, of oxides of interest for the nuclear industry. In this context simulation studies at the atomic scale were performed on two elementary components of ageing under irradiation : point defects and displacement cascades ; using two complementary simulation techniques : ab initio electronic structure calculations and empirical potential molecular dynamics.
The first part deals with point defects : self defects (vacancies or interstitials) or hetero-atomic dopants. One first recalls the energetics of such defects in oxides, the specific features of defects calculations and the expected accuracy of these calculations. Then one presents the results obtained on uranium dioxide, oxygen in silver and amorphous silica.
The second part tackles the modelling of displacement cascades created by Α disintegration recoil nuclei in various crystalline matrices for actinide waste disposal. Cascade calculations give access to the amorphization mechanisms under irradiation of these materials. One thus predicts that the amorphization in zircon takes place directly in the tracks whereas in lanthanum zirconate, the amorphization proceeds through the accumulation of point defects.
Finally the prospects of these studies are discussed.
Dans ce mémoire d'Habilitation à Diriger des Recherches sont présentées les études menées par Jean-Paul Crocombette entre 1996 et 2005 au Service de Recherches de Métallurgie Physique de la Direction de l'Energie Nucléaire à Saclay.
Le travail se place dans le cadre général des recherches en sciences des matériaux sur le vieillissement des oxydes d'intérêt pour le nucléaire, en particulier sous irradiation. Dans ce contexte, on a mené des études de modélisation à l'échelle atomique en abordant deux ingrédients élémentaires du vieillissement sous irradiation : les défauts ponctuels et les cascades de déplacements à l'aide de deux techniques de simulation complémentaires : les calculs de structure électronique dits ab initio et la dynamique moléculaire en potentiels empiriques.
La première partie du mémoire est consacrée aux études de défauts ponctuels : auto-défauts (lacune, interstitiel) ou dopants hétéro-atomiques. Après avoir rapidement rappelé l'énergétique des défauts ponctuels dans les oxydes, les particularités des calculs de défauts et la précision que l'on peut attendre de ce type de calcul, on présente les résultats obtenus sur le dioxyde d'uranium, l'oxygène dans l'argent et la silice amorphe.
La deuxième partie du mémoire s'intéresse aux cascades de déplacements atomiques créées par les noyaux de recul des désintégrations Α dans diverses matrices cristallines de stockage des actinides radioactifs. Les calculs de cascade donnent des éléments pour comprendre les mécanismes d'amorphisation sous irradiation de ces oxydes. On a ainsi prédit que l'amorphisation dans le zircon a lieu dans le coeur de chaque trace alors que dans le zirconate de lanthane, l'amorphisation se produit par accumulation de défauts ponctuels.
En fin de mémoire, on présente les perspectives ouvertes par ces études et les travaux en cours.
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Dates et versions

tel-00011337 , version 1 (10-01-2006)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00011337 , version 1

Citer

Jean-Paul Crocombette. Défauts ponctuels et irradiation dans les oxydes : simulations à l'échelle atomique (HDR). Physique [physics]. Université de Marne la Vallée, 2005. ⟨tel-00011337⟩
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