[JANNUS : la validation expérimentale à l'échelle de la modélisation atomistique]
L'irradiation aux ions peut être considérée comme totalement représentative pour simuler les effets de l'irradiation des matériaux par les neutrons dans la mesure où les premiers atomes de recul sont des ions de la cible elle-même. La principale différence qui subsiste réside dans la forme du spectre en énergie des atomes de recul qui est plus étroite dans le cas des neutrons. Ainsi, il est possible d'étudier l'endommagement des matériaux, les effets d'implantation ionique, la production d'hélium et d'hydrogène ainsi que les réactions nucléaires induites en réalisant des expériences de co-irradiation aux ions (double ou triple faisceau). Le projet JANNUS (Jumelage d'Accélérateurs pour les Nanosciences, le NUcléaire et la Simulation) a été lancé en 2002 en collaboration entre le CEA et le CNRS–IN2P3. Deux sites expérimentaux sont concernés. Le premier situé à Saclay regroupe trois accélérateurs d'ions : une machine 3 MV de type Pelletron™ équipée d'une source d'ions multi-chargés ECR, un Van de Graaff simple étage de 2,5 MV et un tandem de 2,25 MV de General Ionex. Le second site situé à Orsay voit le couplage d'un accélérateur mixte de 2 MV (ARAMIS) et d'un implanteur d'ions de 190 kV (IRMA) avec un nouveau microscope électronique à transmission de 200 kV TECNAI™ et permettra ainsi une observation in situ pendant l'irradiation. Cet article discute tout d'abord les avantages et les inconvénients d'une simulation des effets d'irradiation des neutrons par des faisceaux d'ions. Une brève description technique des deux sites expérimentaux est ensuite donnée et quelques informations sont rassemblées sur les autres installations de multi-irradiation disponibles dans le monde. Enfin, les principaux domaines d'application de JANNUS sont présentés.
Ion irradiation is well suited to simulate neutron irradiation because primary knock-on atoms (PKA) produced by neutron collisions are self ions of the target. As the main difference, the energy spectrum of ion-produced PKAs is somewhat broader than in the case of fast neutrons. Studies of the combined effects of target damaging, ion implantation effects, helium and hydrogen production, and the occurrence of nuclear reactions should be performed by co-irradiation experiments (dual or triple beam irradiation). The JANNUS project (Joint Accelerators for Nanosciences and NUclear Simulation) was started in 2002 in the frame of a collaboration between CEA (Commissariat à l'Énergie Atomique) and CNRS–IN2P3 (Centre National de la Recherche Scientifique–Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules). Two experimental sites are involved. At Saclay, three electrostatic accelerators are being coupled: a new 3 MV Pelletron™ machine equipped with an ECR multi-charged ion source, a 2.5 MV single ended Van de Graaff and a 2.25 MV General Ionex tandem. At Orsay, the 2 MV tandem ARAMIS and the 190 kV ion implanter IRMA are being coupled with a 200 kV TECNAI™ transmission electron microscope to allow simultaneous co-irradiation and observation. This paper will first discuss both advantages and limitations of the use of ion beam irradiation to simulate neutron irradiation. A technical description of both set-ups is then presented, and some details will be given concerning multi-irradiation facilities running worldwide. The main application fields of JANNUS will be further detailed.
Mot clés : Irradiation par neutrons, JANNUS, Modélisation atomistique
Yves Serruys 1 ; Marie-Odile Ruault 2 ; Patrick Trocellier 1 ; Sandrine Miro 1 ; Alain Barbu 1 ; Loïc Boulanger 1 ; Odile Kaïtasov 2 ; Sylvain Henry 2 ; Olivier Leseigneur 1 ; Philippe Trouslard 3 ; Stéphanie Pellegrino 3 ; Sylvain Vaubaillon 3
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Yves Serruys; Marie-Odile Ruault; Patrick Trocellier; Sandrine Miro; Alain Barbu; Loïc Boulanger; Odile Kaïtasov; Sylvain Henry; Olivier Leseigneur; Philippe Trouslard; Stéphanie Pellegrino; Sylvain Vaubaillon. JANNUS: experimental validation at the scale of atomic modelling. Comptes Rendus. Physique, Volume 9 (2008) no. 3-4, pp. 437-444. doi : 10.1016/j.crhy.2007.10.015. https://comptes-rendus.academie-sciences.fr/physique/articles/10.1016/j.crhy.2007.10.015/
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