Déformations élastiques dans des échantillons polycristallins d'UO2 implantés en hélium : mesures par micro diffraction Laue et modélisation élastique

Abstract

Des échantillons polycristallins d’UO2 ont été implantés avec des ions He. La fine couche implantée, proche de la surface libre et contrainte par la matrice non implantée, est soumise à des contraintes élastiques qui sont étudiées par diffraction des rayons X et une modélisation mécanique. Les échantillons sont caractérisés par micro diffraction Laue sur la ligne de lumière BM32 au synchrotron européen ESRF à Grenoble. Cette technique permet une caractérisation grain à grain, générant plus de 1000 diagrammes Laue par échantillon. Les clichés Laue sont caractéristiques de la structure cubique de l’UO2 mais présentent un dédoublement des taches: un pic principal provenant de la matrice UO2 non implantée et un pic dit satellite de plus faible intensité associé à la couche implantée déformée. Pour chaque grain, la distance entre les pics dédoublés peut être analysée par une méthode des moindres carrés dans le but d’extraire la déformation élastique dans la couche implantée. Le grand nombre de grains sondés (1000), orientés dans des directions cristallographiques très différentes (texture isotrope), permet d’étudier la relation entre la déformation ainsi mesurée et l’orientation du grain. Pour tous les grains, le tenseur des déformations comporte essentiellement une composante normale à la surface, et un terme de cisaillement. Les autres composantes sont négligeables. Les valeurs mesurées dépendent de l’orientation du cristal par rapport à la surface de l’échantillon. Une modélisation mécanique simple a été proposée pour expliquer ces résultats : il s’agit d’un modèle élastique, qui prend en compte l’anisotropie locale de la structure cubique de l’UO2 et l’orientation cristallographique de chaque grain. L’implantation est modélisée par un gonflement libre isotrope qui charge mécaniquement la couche implantée. Le très bon accord obtenu entre les données issues du modèle et celles extraites des mesures de diffraction confirme la pertinence des hypothèses définies pour ce modèle