Cette plateforme permet de simuler expérimentalement le comportement à long terme des matériaux nucléaires soumis à l’irradiation neutronique, afin d’améliorer la modélisation et d’approfondir la compréhension des phénomènes de vieillissement sous irradiation. Ses principales applications sont prévues pour s’appliquer dans le domaine des nanosciences et pour le développement de matériaux pour le nucléaire.
Elle réunit des chercheurs autour d’équipements de pointe répartis sur deux ensembles expérimentaux :
• l’un à Orsay au Centre de spectrométrie nucléaire et de spectrométrie de masse, unité mixte de recherche CNRS et Université Paris-Sud ;
• l’autre sur le centre CEA de Saclay au Département des matériaux pour le nucléaire.
La plateforme JANNuS constitue également un outil pédagogique pour former de jeunes scientifiques au fonctionnement et à l’application des accélérateurs, à la physique des interactions ions/matière et à la science des matériaux.
Décidé en 2004, le projet JANNuS est en phase de fonctionnement normal depuis cette année 2011, après l’installation des derniers équipements en 2009 et une première phase de mise en exploitation dès 2009.
JANNuS pourquoi faire ?
Jumelage d’accélérateurs :
Le couplage de différents accélérateurs permet de « co-irradier » par 2, voire 3 faisceaux différents, un même matériau. De plus, à Orsay, un microscope électronique permet d’observer en temps réel les modifications induites par les irradiations. Ces caractéristiques font de JANNuS une plateforme unique en Europe.
La concentration de plusieurs faisceaux d’ions sur une même cible expérimentale permet de simuler différents types d’endommagement, en un temps très court. L’évolution de la structure de la matière, de sa composition chimique, et de ses propriétés physiques peut ainsi être étudiée en fonction des conditions d’irradiation.
Pour les nanosciences :
Les équipements de JANNuS permettent de modifier de façon contrôlée des matériaux d’intérêt technologique par implantation/irradiation.
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En implantant des ions de nature différente dans un matériau, on a la possibilité de synthétiser des matériaux hors équilibre, ce qui est impossible à réaliser par voie chimique. La structure intime de ces matériaux est alors modifiée, et le système peut présenter des propriétés physiques, thermiques, mécaniques, électriques, magnétiques ou optiques nouvelles, intéressantes tant sur le plan fondamental que sur le plan appliqué. JANNuS contribue ainsi au développement de nouveaux composants en microélectronique, en optoélectronique, et pour les technologies nanométriques.
Pour le nucléaire :
JANNuS permet d’étudier le comportement et la tenue sous irradiation des matériaux utilisés dans les réacteurs nucléaires, en reproduisant expérimentalement l’endommagement de la matière sous l’effet d’un bombardement neutronique.
Dans un réacteur nucléaire, les matériaux utilisés sont fortement sollicités ; l’irradiation neutronique modifie leur architecture atomique et peut faire évoluer leur structure et leur composition chimique. Cela influe sur le comportement mécanique, la conduction thermique, la résistance à la corrosion… des matériaux, et donc sur leur tenue dans le temps.
JANNuS présente un double avantage pour étudier ces phénomènes : les différents faisceaux d’ions utilisés reproduisent le bombardement des neutrons sans rendre radioactifs les échantillons étudiés ; ces faisceaux reproduisent en un temps très court, de l’ordre d’un jour, le dommage subi pendant plusieurs années en réacteur.
Et pour la simulation :
L’instrumentation de la plateforme permet aux chercheurs de simuler expérimentalement le comportement d’un matériau sous irradiation neutronique.
Pour les matériaux du nucléaire, les résultats acquis sur JANNuS sont analysés en fonction des conditions d’irradiation, en couplage étroit avec la simulation numérique et les développements théoriques. Une fois le lien entre conditions d’irradiation et évolution microstructurale établi, la transposition à l’irradiation neutronique, dont les effets ne peuvent être mesurés que par des expériences plus lourdes menées en réacteur, devient possible et la prédiction du comportement des matériaux à très long terme en est améliorée via le lien microstructure/comportement.
** La plateforme JANNuS permet au CEA, au CNRS et à l’Université Paris-Sud de disposer aujourd’hui d’un équipement sans équivalent en Europe. Il rassemble une vingtaine de chercheurs permanents et est ouvert à la communauté scientifique internationale, ainsi qu’aux industriels.
