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Pourquoi des irradiations aux électrons ?

La physique étudiée à l’aide des faisceaux de particules (ions, électrons, photons γ, neutrons) est celle des défauts induits dans les matériaux, des modifications structurales en corrélation avec des modifications de propriétés physiques et chimiques. On parle de «vieillissement» si ces modifications ne sont pas a priori désirées, et qu’on ne les contrôle pas, mais on peut a contrario tenter d’utiliser l’irradiation comme un moyen de piloter à dessein les propriétés d’un matériau.

Dans ce but, l’irradiation est un outil de choix et complémentaire des autres faisceaux de particules. Premièrement, les électrons portent une charge, et ils peuvent donc interagir par les deux grands mécanismes connus que sont les excitations électroniques et les chocs nucléaires. Dans le cas des chocs balistiques, compte tenu du rapport réduit entre la masse de l’électron et celle de l’ion, l’énergie transférée à ce dernier est suffisamment faible pour que, in fine, un seul ion du réseau soit déplacé (ou au maximum quelques ions) (fig. 1). Cette situation est très différente de celle rencontrée avec les ions ou les neutrons, qui créent des « cascades de déplacement », objets complexes à étudier et souvent mal déterminés. On peut donc avec les électrons étudier l’influence de chocs balistiques isolés dans les matériaux donnant accès aux énergies de seuil de déplacement et de migration qui sont des données fondamentales pour la modélisation du comportement à long terme des matériaux sous irradiation.

Figure 1 : Choc balistique isolé induit par une irradiation aux électrons

Deuxièmement, des parcours millimétriques dans la matière sont observés pour des électrons de quelques MeV. On induira donc par ce type d’irradiation des modifications structurales volumiques dans les matériaux. Cette propriété des irradiations aux électrons permet l’utilisation d’une large gamme de méthodes de caractérisation. On peut également plus facilement appliquer des nouvelles méthodologies spectroscopiques « in situ » pour étudier le comportement du matériau pendant l’irradiation ainsi que les processus de relaxation hors irradiation (fig. 2).

Figure 2 : Principe d’une expérience in situ sous irradiation

Les irradiations aux électrons sont un outil de choix pour simuler l’influence de l’irradiation dans les différentes classes de matériaux.