Excitations électroniques dans l'irradiation des matériaux: du pouvoir d'arrêt aux cascades de déplacements

par Ivan Maliyov

Projet de thèse en Physique

Sous la direction de Jean-Paul Crocombette et de Fabien Bruneval.

Thèses en préparation à Paris Saclay , dans le cadre de École doctorale Physique en Île-de-France (Paris) , en partenariat avec CEA/DMN Département des matériaux pour le nucléaire/SRMP (laboratoire) et de Université Paris-Sud (établissement de préparation de la thèse) depuis le 03-10-2016 .


  • Résumé

    Le dommage d'irradiation dans la matière condensée est un phénomène important pour de nombreux domaines industriels : les matériaux dans les centrales nucléaires bien sûr, mais aussi l'électronique embarquée dans les satellites sujette au rayonnement du soleil, ou même la matière vivante soumise au traitement des tumeurs par radiothérapie. Pour tous ces aspects, une connaissance précise de l'interaction entre la particule irradiante et le matériau cible est fondamentale. En particulier, l'interaction peut être décomposée en une partie de collision classique et une partie d'excitations des électrons de la cible qui nécessite une description quantique. C'est cette dernière contribution, plus complexe, à laquelle nous souhaitons consacrer cette thèse. A l'aide de simulations numériques de mécanique quantique des électrons excités, nous voulons caractériser le transfert d'énergie entre un ion irradiant et la matière dans le but de comprendre son influence sur le dommage dans les matériaux. Les simulations envisagées doivent permettre de coupler la description quantique précise de l'interaction aux simulations classiques d'évolution du dommage dans une démarche multi-échelle.

  • Titre traduit

    Electronic excitations in the irradiation of materials: from the stopping power to displacement cascades


  • Résumé

    Irradiation damage in condensed matter is central to many technological fields: materials in nuclear plants of course, but also electronics in space which is subjected to the solar irradiation, and living matter treated by radiotherapy to eliminate tumors. For all these subjects, an accurate knowledge of the interaction between the irradiating projectile and the target is crucial. More precisely, this interaction can be split into two contributions: a classical collision part and a purely quantum mechanical part induced by the excitation of the electrons in the target material. The present thesis will be devoted to the latter contribution that is way more complex and far less studied. Employing numerical modeling within quantum mechanics for the excited electrons, we aim at predicting the energy transfer from an swift impinging ion and condensed matter, in order to understand its influence on damage in materials. The computer simulations will combine the precise quantum mechanical description of the interaction with classical molecular dynamics of the damage, with an overall multi-scale approach.