Évolution et modélisation des dommages induits par la désintégration alpha dans l'apatite

par Dee jay Cerico

Projet de thèse en Science des Matériaux

Sous la direction de Frederico Garrido et de Cécile Gautheron.

Thèses en préparation à université Paris-Saclay , dans le cadre de École doctorale Particules, Hadrons, Énergie et Noyau : Instrumentation, Imagerie, Cosmos et Simulat , en partenariat avec Laboratoire de Physique des deux Infinis Irène Joliot-Curie (laboratoire) et de Faculté des sciences d'Orsay (référent) depuis le 30-09-2018 .


  • Résumé

    Le projet de thèse se concentre sur la caractérisation de l'effet de l'irradiation à faibles et fortes doses sur la microstructure de l'apatite. L'apatite est un minéral très utilisé en Sciences de la Terre et se trouvent dans diverses roches. La structure céramique apatite peut être synthétisée et utilisée comme matrice alternative pour l'immobilisation des déchets nucléaires de haute activité tandis que son minéral naturel issu de la roche est principalement utilisé dans le domaine de la thermochronologie (U-Th)/He dans la prédiction de la roche histoires thermiques.En effet, l'apatite naturelle est impactés par l'endommagement radioactif lors des désintégrations de l'U-Th qui se trouvent dans le réseau cristallin, mais leur caractérisation reste encore mal comprise. Par exemple, il a été montré que les défauts créés lors des désintégrations alpha altèrent fortement les propriétés de diffusion de l'He dans l'apatite, et une étude récente montre que les particules alpha pourraient aussi cicatriser partiellement les défauts. A plus forte dose, ces défauts semblent aussi s'agréger et aller jusqu'à la formation de bulles d'He. Les mécanismes de création et de guérison des défauts restent encore à déterminer. Dans ce projet, nous proposons d'étudier l'évolution des dommages dans l'apatite par plusieurs approches utilisant des faisceaux d'ions (en particulier la spectrométrie de rétrodiffusion Rutherford en géométrie de canalisation) et de la microscopie à transmission. Ce projet est par essence pluridisciplinaire regroupe deux laboratoires de Paris Saclay : IJCLab et GEOPS. Les résultats globaux de la thèse seront appliqués principalement pour améliorer la précision de la thermochronologie de l'apatite (U-Th) / He, lorsque l'apatite naturelle est juste soumise à de faibles doses d'irradiation en temps géologique, mais en parallèle, elle pourra également démontrent le comportement de l'apatite comme matrice d'immobilisation des déchets nucléaires, car des niveaux élevés de doses d'irradiation ont également été explorés dans le cadre de ce projet pour modéliser pleinement l'évolution des dommages dans l'apatite lorsqu'elle est soumise à la désintégration alpha.

  • Titre traduit

    Evolution & Modelling of Alpha Decay Induced-Damages in Apatite


  • Résumé

    The thesis project focuses on the characterization of the effect of low and high dose irradiation on the apatite microstructure. Apatite is a mineral widely used in Earth Sciences and is found in various rocks. The apatite ceramic structure can be synthesized and used as an alternative matrix for the immobilization of high-level nuclear waste while its natural mineral form found in rocks is mainly used in the field of (U-Th)/He thermochronology in the prediction of rock thermal histories. Indeed, natural apatite is damaged by the radioactive decay of uranium and thorium found in the crystal lattice, but damage characterization is still poorly understood. For example, the defects created during alpha decays have been shown to strongly alter the diffusion properties of He in apatite, and a recent study shows that alpha particles can also partially heal defects. At higher doses, these defects also seem to aggregate and lead to the formation of He bubbles. The mechanisms for creating and healing defects are yet to be determined. In this project, we propose to study the evolution of damage in apatite by several approaches using ion beams (in particular, Rutherford backscattering spectrometry in channeling conditions) and transmission electron microscopy. This research is essentially multidisciplinary and brings together two laboratories from Université Paris Saclay: IJCLab and GEOPS. The global results of the thesis will be applied mainly to improve the accuracy of apatite (U-Th)/He thermochronology, when natural apatite is just subjected to low doses of irradiation in geological time, but in parallel, it will also be able to demonstrate the behavior of apatite as an immobilization matrix for nuclear wastes, as high levels of irradiation doses were also explored on this project to fully model the damage evolution in apatite when subjected to alpha decay.