Modelisation de la formation de traces dues au ralentissement electronique des ions lourds rapides dans les materiaux metalliques et etudes experimentales dans le bismuth

par Christian Dufour

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Eric Paumier.

Soutenue en 1993

à Caen .

mots clés

Résumé

Une particule chargee qui traverse une cible solide subit des collisions elastiques avec les noyaux de la cible et inelastiques avec les electrons. Ces collisions successives provoquent des degats et laissent ainsi une trace le long de la trajectoire de l'ion. Le processus de chocs elastiques est maintenant bien cerne sur les plans theorique et experimental. Le processus de collisions sur les electrons constitue la cause majeure du ralentissement des ions lourds rapides dans la matiere. Comment l'energie deposee sur les electrons peut-elle conduire a la creation de defauts dans le reseau atomique? le present travail traite la question en developpant le modele de la pointe thermique. Le materiau cible est considere comme un ensemble de deux systemes en interaction: les electrons et atomes decrits par leurs coefficients thermodynamiques (chaleur specifique et diffusivite thermique). L'energie deposee sur les electrons se repartit par diffusion thermique dans le gaz d'electrons et par interaction electron-phonon dans le reseau atomique. Il en resulte pour le reseau atomique une elevation de temperature pouvant provoquer une fusion, puis une trempe par contact thermique avec le milieu ambiant. Il apparait alors une trace supposee cylindrique. Le calcul numerique donne les temperatures electronique (t#e) et atomique (t#a) a tout instant t et rayon r de l'axe du passage de l'ion. On determine le rayon de trace pour lequel t#a #m#a#x#it#f#u#s#i#o#n. Parallelement a cette approche theorique, nous avons etudie experimentalement, dans le bismuth, les effets d'irradiations aux ions lourds (o, mg, kr, xe, ta, pb et u). Un fort effet du ralentissement electronique a ete mis en evidence par l'etude des courbes d'accroissement de resistivite en fonction du nombre d'ions recus. On en tire des rayons de trace que l'on compare aux rayons calcules dans le cadre du modele thermodynamique

Titre traduit

A model for track formation due to electronic stopping power of swift heavy ions in metallic materials. Experimental survey on bismuth

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