Etude du comportement sous irradiation avec des ions lours des couches minces ZrNelaboré par magnetronsputtering sur le zarcaloy 4 et l’acier inoxydable 304L
Etude du comportement sous irradiation avec des ions lours des couches minces ZrNelaboré par magnetronsputtering sur le zarcaloy 4 et l’acier inoxydable 304L
Fichiers
Date
2025-05-20
Auteurs
DAHMANI Mokhtaria
Nom de la revue
ISSN de la revue
Titre du volume
Éditeur
Université Oran 1
Résumé
L’étude réalisée dans le cadre de cette thèse est dédié à démontrer la tolérance du film ZrN aux dommages induit par irradiation par des protons de 2MeV et des ions Xe de 91.3 MeV. Notre objectif est aussi de comprendre l’évolution et le mécanisme de formation des défauts ponctuels par les deux types d’irradiation. Le nitrure de zirconium est un matériau céramique prometteur en raison de ses propriétés particulières, il répond à de nombreuses applications telles qu’une matrice inerte pour transmutation du plutonium et la fabrication du combustible UMo. Actuellement vu sa résistance à la corrosion et à l’irradiation, il peut jouer un rôle important dans la conception des réacteurs de nouvelles génération (Gen. IV). L’irradiation aux protons a été effectuée au centre national de physique (NCP) d’Islamabad, Pakistan. L’irradiation aux ions de Xe a été réalisée auprès du Grand Accélérateur National des Ions Lourds (GANIL), Caen, France. Les films minces ZrN utilisés dans ce travail ont été élaborés au niveau du Centre de Développement des Technologies Avancées (CDTA), Baba-Hassen, Alger. Les films ont été déposés sur différents types de substrat (verre : ZrN/verre, Acier inoxydable 304L : ZrN/304LSS, alliage de zirconium : ZrN/Zy-4 et silicium) à l’aide de la technique de pulvérisation par magnétron à impulsion haute puissance. Plusieurs techniques ont été utilisées pour caractériser la formation de défauts dans les films de ZrN après irradiation, à savoir la spectrophotométrie UV-visible, la diffraction des rayons X à incidence rasante (GIXRD), la microscopie à force atomique (AFM) et la nano-indentation. La spectroscopie UV-visible a révélé une réduction de la bande interdite et une augmentation de l'énergie d'Urbach indiquant la formation de défauts avec le niveau d'énergie dans la bande interdite. De plus, des résultats intéressants ont été obtenus montrant une bande d'absorption à 650 nm attribuée à la résonance plasmonique de surface localisée (LSPR) des nanoparticules de ZrN. On constate que cette bande n'est pas affectée après irradiation. GIXRD a indiqué que la cristallinité est améliorée après irradiation seulement pour les films ZrN/304LSS et ZrN/Zy-4, nous avons une contraction de l’échantillon dans la gamme a basse fluence (5×1012 – 1×1013) puis la structure cristalline se rétablit progressivement au-dessus de 1×1013 cm-2. Les analyses AFM de films ZrN/Zy-4 irradiés avec des ions Xe de 91,3 MeV ont montré l'apparition de nanostructures de plus en plus petites et plus denses avec une fluence croissante, ce qui améliore la résistance à la corrosion. Les résultats de la nano-indentation ne montrent pratiquement aucun changement significatif de la dureté et du module de Young avec l'augmentation de la fluence. Cette étude confirme donc que les films nanostructurés en ZrN peuvent être utilisés dans des environnements d'irradiation sévère tels que les réacteurs à neutrons et l'aérospatiale sans modifier ses propriétés structurelles, plasmoniques et mécaniques. En plus de son application possible comme revêtement dans les matériaux de structures des réacteurs nucléaires de nouvelles générations (Gen. IV).
Description
Mots-clés
Nitrure de zirconium (ZrN; résistance à la corrosion; dommages par irradiation; formation de défauts ponctuels; l'énergie du gap; réacteurs à neutrons; résonance plasmonique de surface localisée (LSPR; réacteur nucléaire avancé (Gen. IV; matrice inerte; matériaux de revêtement; Diffraction des rayons X (XRD)