Academic literature on the topic 'Verre de silice – Effets des rayonnements'

Nous avons étudié par spectroscopie de Résonance Paramagnétique Électronique (RPE), par simulation de spectre RPE, par spectroscopie Raman et par photoluminescence les ions Ti3+ formés par irradiation aux β de 3,37 x 10^5 à 1,68 x 10^9 Gy dans les verres SiO2 - Na2O - TiO2 et SiO2 - Al2O3 - B2O3 - Na2O - TiO2. Nous montrons que ces ions existent dans les verres silicatés dans trois sites différents correspondant à trois environnements différents : [VI]Ti3+, [V]Ti3+ sous forme de pyramide à base carrée et peut être sous forme de bi-pyramide. Il existe de même trois sites des ions Ti3+ dans les verres alumino-borosilicatés et le site des ions [VI]Ti3+ est commun aux deux classes de verres. L'étude de l'évolution des proportions d'ions Ti3+ dans chacun des sites ainsi que l'étude des paramètres RPE des sites montre que leur existence est déterminée par la dose intégrée et la valeur du rapport [Na]/[Ti] que nous redéfinissons dans le cas des verres alumino-borosilicatés. Enfin, sous une excitation à 266 nm nous observons à température ambiante une bande d'émission à 500 nm attribuée aux ions Ti4+. Sous une excitation à 532 nm, nous observons une bande d'émission à 590 nm avec des temps de vie courts d'une centaine de ns que nous attribuons soit aux ions Ti3+ soit à des défauts formés près des ions Ti4+. Dans l'ensemble, cette étude montre donc qu'il est possible de contrôler par la chimie et la dose intégrée l'environnement des ions Ti3+ et donc les propriétés d'émission de cet ion dans un verre.

La photosensibilite d'un verre (verre massif, fibre ou guide planaire) peut etre definie de facon macroscopique comme une modification de la transmission spectrale et de l'indice de refraction du materiau soumis a une irradiation. L'insolation appropriee (en longueur d'onde, en forme et en intensite) de guides optiques permet de realiser des composants a reseaux de bragg utilises dans le domaine des capteurs et des telecommunications. Dans ce memoire, la stabilite thermique des reseaux de bragg photoinscrits dans les fibres optiques et guides d'onde planaires germanosilicates est etudiee afin de valider des modeles predictifs du vieillissement de ces composants. Ces reseaux ont ete inscrits avec un laser ultraviolet fonctionnant en regime pulse ou en regime continu. Deux methodes ont ete utilisees afin d'etudier la stabilite thermique des reseaux de bragg photoinscrits dans les fibres germanosilicates codopees avec du bore et de l'etain. La methode isochrone consiste a chauffer les reseaux pendant une periode fixe t en faisant varier la temperature t par palier de 50\c. La seconde methode appelee isotherme consiste a chauffer a temperature fixe t en chauffage a permis de valider le concept de l'energie de demarcation e d. Une etude de stabilite thermique des reseaux de bragg inscrits dans des fibres germanosilicates codopees avec du bore ou de l'etain a ete realisee sur une periode de trois ans en utilisant la methode isotherme
Les reseaux inscrits dans les fibres hydrogenees montrent une stabilite thermique inferieure a ceux inscrits dans les fibres non chargees en hydrogene. L'utilisation du bore comme codopant degrade fortement la tenue thermique des reseaux de bragg. Les reseaux de type iia presentent une stabilite thermique largement superieure aux reseaux de type i. Dans la deuxieme partie de ce travail, nous nous sommes propose d'etudier la photosensibilite et la stabilite des reseaux de bragg realises dans les films germanosilicates elabores par voie sol-gel. L'hydrogenation de ces guides a ete necessaire afin d'ameliorer leur photosensibilite. Des etudes de la surface insolee a l'aide de microscope a forces atomiques et du profilometre ont ete effectuees pour mieux comprendre les mecanismes a l'origine de la photosensibilite de ces guides. L'etude de la stabilite thermique des reseaux a ete realisee en utilisant la methode isochrone. Nous avons pu en deduire une estimation de l'amplitude de la variation d'indice photoinduite de l'ordre de 10 3 et les valeurs obtenues sont en accord avec les resultats obtenus dans les verres germanosilicates

L'objectif de ces travaux était d'étudier l'influence de la silice sur le vieillissement des résines époxyde sous irradiation. Les résines époxyde obtenues par la réaction d'une polyamine aliphatique (la Triéthyltétraamine) avec le prépolymère DGEBA sont difficilement analysables du fait de leur caractère insoluble et infusible. Des modèles chimiques de structures très voisines de celle de la résine DGEBA/TETA synthétisés purs et en présence de silice nanométrique sont analysés par les méthodes classiques de chimie organique (RMN du liquide, SEC, Spectrométrie de masse Maldi-tof). Des différences de réactivité des amines primaires et secondaires en présence de silice nanométrique sont mises en évidence. Les analyses des modèles irradiés montrent un phénomène majoritaire de coupures de liaisons C-O et C-N accompagnées par la formation d'extrémités phénoliques, de terminaisons méthylcétone, de fonctions amines primaires et secondaires et notamment d'une double liaison C=C en alpha d'un azote. La RMN 1H et la RMN 13C quantitative révèlent un effet d'écran dû à la silice et mettent en évidence des réactions entre les espèces chimiques réactives créées par les irradiations et la surface de la silice. Les analyses thermiques, thermomécaniques des différentes résines époxyde en fonction de la dose d'irradiation et du type de silice montrent la diminution de la température de transition vitreuse, des températures des relaxations et de la densité de réticulation confirmant des phénomènes majoritaires de coupures de liaisons au cours des irradiations. En présence de silice nanométrique, la diminution de la densité de réticulation est ralentie. Ce phénomène peut s'expliquer par des interactions entre la surface de la silice nanométrique et la résine époxyde compensant l'effet des coupures de chaînes sur les propriétés mécaniques du matériau. Les analyses des résines époxyde par RMN 13C CP/MAS du solide confirment la pertinence des modèles et ont permis de détecter les espèces chimiques formées au cours des irradiations. L'analyse des transferts d'aimantation par RMN 13C à temps de contact variable met en évidence une rigidification de la résine chargée de silice nanométrique et des réactions entre la résine et la surface de la silice au cours des irradiations. On peut donc dire, à la suite de ce travail, que les charges de silice dans des résines époxyde sont susceptibles d'avoir un rôle de protection du réseau polymère vis à vis des irradiations
Various studies were carried out on the ageing of epoxy resins under irradiations. In all cases, pure polymers were studied. The aim of our work managed by the CEA and the CNRS consists on studying the part of fillers and particularly the part of silica on ageing process under electron beam irradiations. Because of their wide use in industrial applications and especially in nuclear environment, the DGEBA-TETA resins (DiglycidylEther of Bisphenol A - TriEthyleneTetraAmine) were chosen. Those epoxy resins are difficult to analyse because of their insolubility. Some pure and nanometric silica filled chemical models which chemical structure very close to the one the DGEBA/TETA resin were synthesized and analysed with classical methods in organic chemistry. A major phenomenon of rupture of the C-O and C-N chemical bonds with creation of phenolic extremities, methylketon extremities, of primary and tertiary amines and notably enamine functions were revealed by the analyses. The quantitative 1H and 13C NMR analyses revealed the screen effect due to the silica and the reactions between the chemical species created by the irradiations and the silica surface. Thermic and thermodynamic analyses of the different epoxy resins in function of the irradiation dose and of the kind of silica showed the decrease of the glass transition temperature, of the relaxation temperature and of the crosslink density confirming the major phenomenon of bond ruptures during irradiations. With silica, the decrease of the crosslink density is slowed. This phenomenon can be explained with interactions between the nanometric silica surface and the epoxy resin offsetting the effect of the chain rupture on the resin mechanical properties. The 13C solid state NMR analyses confirmed the choice of the chemical models and permitted to detect the chemical species created by the irradiations. The analyse of the polarization transfers with 13C CP-MAS NMR spectroscopy revealed the rigidification of the nanometric silica filled resin and the reactions between the resin and the silica surface during irradiations. This study permits to assert that the silica fillers in the epoxy resins protect the network from the irradiations

Ce mémoire s'attache à la structure à moyenne distance dans les verres et à la détermination de la relaxation structurale sous l'effet de traitements thermiques et de vieillissement physique. Il rejoint des problèmes très concrets concernant l'atténuation dans les fibres de ligne pour les télécommunications optiques. La diffusion de la lumière, et donc la transmission du signal dans les fibres, est en effet principalement liée à la diffusion Rayleigh due aux fluctuations de densité figées lors du refroidissement du verre. Cette structure figée est caractérisée par le paramètre " température fictive ". Nous avons, dans un premier temps montré que des mesures de diffusion Raman ou d'absorption infrarouge pouvaient permettre de distinguer entre des verres de même composition et de températures fictives différentes, c'est à dire ayant subi différentes relaxations structurales. Nous avons démontré qu il existait une forme de relaxation structurale pouvant se produire largement en dessous de la température de transition vitreuse pour des verres de silice ayant différentes histoires thermiques. Dans un second temps, nous avons initié la transposition de ces concepts à un verre comportant deux composants : SiO2 et GeO2, constituant le cœur des fibres optiques de télécommunication. Dans ces verres, des fluctuations de concentration se superposent aux fluctuations de densité. Nous avons donc cherché à trouver les meilleures signatures spectroscopiques des relaxations structurales et mis en évidence, par des mesures de diffusion, que, comme dans le cas de la silice, une relaxation structurale se produisait en dessous de la température de transition vitreuse. Ce mémoire illustre l intérêt de l'étude de la structure inhomogène des verres en avec le lien avec la relaxation structurale et les effets de vieillissement. Il peut proposer des pistes nouvelles de traitement physique devant améliorer la transmission des fibres optiques.

Les effets d'irradiation aux électrons sur la séparation de phase et sur la viscosité d'un verre d'oxyde binaire b#2o#3 20% pds pbo ont été étudiés en effectuant des observations in situ dans des microscopes électroniques en transmission conventionnelle (125 kev) et haute tension (1 mev). Pour cela l'échauffement local du verre sous le faisceau d'électrons a été soigneusement détermine en fonction du flux d'électrons. Alors que la composition de la phase précipites est de 43% pds pbo hors irradiation, il apparait exclusivement sous irradiation, pour un large domaine de concentration de 2 à 80% pds pbo, une séparation de phase, sous forme de particules sphériques de plomb métallique. Ces particules sont animées d'un mouvement désordonne dans tout le volume irradie ayant les caractéristiques d'un mouvement brownien. Elles coalescent au cours du temps par un mécanisme de coagulation. Ainsi le nombre de particules diminue tandis que leur taille augmente. Cette évolution est d'autant plus rapide que la température et le flux d'électrons sont élevés. Le nombre de précipités est relié à la viscosité du milieu dans lequel ils évoluent par le modèle de coagulation rapide de von smoluchowski. En utilisant cette relation on a calculé sous irradiation le coefficient de viscosité du milieu. On observe une diminution spectaculaire de la viscosité du verre sous irradiation. Celle-ci est d'autant plus importante que la température est basse et le flux d'électrons élevé: 10 ordres de grandeur à 530 k pour un flux de 1,1 10 #1#9e#/cm#2s, aux électrons de 125 kev. On a montré que ce phénomène existe en présence d'excitations électroniques seules. Dans l'hypothèse ou la diminution de la viscosité sous irradiation est provoquée par la création de défauts de types lacunaire et interstitiel, le comportement de la viscosité peut s'interpréter de façon suivante: à 125 kev, par un régime de recombinaison des défauts instables crées par radiolyse et a 1 MeV par l'élimination sur des puits de défauts dus aux déplacements atomiques induits par chocs élastiques

Ce travail de thèse a été consacré à l’étude de la formation et transformation des défauts ponctuents induits par différents traitements physico-chimiques : recuits thermiques, insolation visible, ultraviolette (UV) et infrarouge (IR), et irradiation gamma, de différents verres de silice vitreuse. La caractérisation de ces matériaux a été conduite en utilisant deux techniques spectroscopiques : la diffusion Raman et la photoluminescence. Les résultats obtenus dans ce travail sont regroupés en trois parties. La première porte sur l’étude des spectres de photoluminescence sous excitation à 488 nm des verres de silice ayant subis les différents traitements. L’apparition de l’émission à 550 nm se fait au détriment de la bande centrée vers 580 nm qui est blanchie. Ce phénomène est dû au mécanisme de transformation des défauts initialement présents dans le verre et qui est aussi activé par un recuit thermique ou une insolation UV. La deuxième partie est consacrée à l’étude de l’évolution des spectres d’émission sous excitation UV à 244 nm et 325 nm. La dernière partie est dédiée à l’étude par diffusion Raman des modifications structurales induites par l’insolation au laser femtoseconde (800 nm, 1 kHz, 150 fs) et le recuit au laser CO2. Les résultats sont discutés dans le cadre d’une structure discontinue du verre constitué de nanodomaines. Nous avons montré que l’insolation au laser femtoseconde conduit à une meilleure définition des interfaces entre les nanodomaines ainsi qu’à la formation des oxygènes non pontants que nous avons mis en évidence par leur signature en luminescence. Le recuit au laser CO2 a conduit, quant à lui, à la densification des échantillons de silice
Formation and transformation of point defects in vitreous silica glass and various treatment (thermal annealing, UV, IR, and gamma irradiation) are investigated by use of luminescence spectroscopy and Raman scattering. Experimental results are divided into three parts. In the first part we studied the evolution of the photoluminescence spectra under 488 nm excitation of the treated samples. We give evidence of the phenomenon of photobleaching. A mecanism is proposed to explain the reduction of the emission band around 580 nm and the apparition of an other one located at 550 nm. This transformation is activated by thermal annealing or UV irradiation. The second part is dedicated to the study of the evolution of photoluminescence spectra under UV excitation at 244 nm and 325 nm. The last part is dedicated to the investigation of the change in the Raman spectra of v-SiO2 as function of femtosecond and CO2 laser irradiation. We tried to relat the changes to the modifications in the medium rang order. Results are interpreted in the non-continuous glassy structure model framwork. The CO2 irradiation results in the silica network densification. Whereas, the femtosecond laser irradiation leads to an incease of the Boson peak amplitude as compared to the respective non-irradiated glass, which means that the contrast of the cohesive nanodomains relative to the softer interfacial zones increases

De nos jours, les dosimètres existants sont insuffisants pour la surveillance et le contrôle des rayonnements ionisants dans toutes les configurations et surtout en environnement sévère. En dosimétrie optique, les systèmes fibrés permettent de répondre en temps réel à des débits de dose relativement faibles, de réaliser des mesures dans des endroits difficiles d’accès, avec une résolution spatiale intéressante. Ce travail a consisté en l’étude de verres de silice élaborés par voie sol-gel et dopés par du cuivre ou du cérium ionique, en vue de les utiliser dans un dispositif dosimétrique. Ces verres ont été caractérisés par différentes techniques spectroscopiques avant et après irradiations. Dans le cas des verres dopés Cu, après irradiation X ou γ (1 MGy), les défauts HC1, HC2 et E’ ont été identifiés. Quant aux verres dopés Ce, ils sont plus résistants et restent incolores, même après une dose de 8,8 MGy sous X. Des mesures de la réponse optique des échantillons sous rayons X ont été réalisées grâce à un dispositif fibré. Concernant les verres dopés Cu, la sensibilité en radioluminescence (RL) couvre la gamme de débits de doses allant de 0,25 à au moins 800 mGy/s et la linéarité de la luminescence optiquement stimulée (OSL) a été démontrée entre 40 mGy et 200 Gy. Les verres dopés Ce sont plus performants en termes de linéarité. En effet, les signaux de RL et d’OSL sont linéaires jusqu’à 1,2 Gy/s et 500 Gy respectivement pour ce dopant. Un fading de l’OSL à court-terme a été mis en évidence avant stabilisation du signal. Les résultats obtenus montrent que ces verres dopés présentent un grand intérêt pour la dosimétrie fibrée de radiations ionisantes
Nowadays, existing dosimeters are insufficient for monitoring and control of ionizing radiation in all configurations and especially in severe environments. In optical dosimetry, fiber systems allow to provide a real-time response to relatively low dose rates, making possible some measurements in hard-to-reach places with interesting spatial resolution. This work consisted in the study of sol-gel silica glasses doped with ionic copper or cerium, with the aim of using them in a dosimetry device. These glasses have been characterized by different spectroscopic techniques before and after irradiations. In the case of Cu-doped glasses, after X or γ irradiation (1 MGy), the defects HC1, HC2 and E' have been identified. As for Ce-doped glasses, they are more resistant and remain colorless, even after a dose of 8.8 MGy under X. Measurements of the optical response from the samples under X-rays were carried out using a fibered device. For Cu-doped glasses, radioluminescence (RL) sensitivity covers dose rates ranging from 0.25 to at least 800 mGy/s and the linearity of optically stimulated luminescence (OSL) has been demonstrated in the range 40 mGy-200 Gy. Ce-doped glasses are more efficient in terms of linearity. Indeed, for this dopant, RL and OSL signals are linear up to 1.2 Gy/s and 500 Gy, respectively. Short-term OSL fading was observed before stabilization of the signal. The obtained results show that these doped glasses are of great interest for fibered dosimetry of ionizing radiations

Depuis quelques dizaines d’années, la surveillance des rayonnements ionisants est particulièrement importante dans des endroits difficiles d’accès, voire dangereux, surtout en environnement sévère. La fibre optique constitue une solution de choix lorsqu’une mesure à distance est obligatoire. De plus, les fibres optiques assurent la séparation spatiale de la sonde, sensible aux rayonnements, et du système de traitement électronique, ce qui permet des mesures à distance dans des géométries complexes. Lors de ce travail, des verres à base de silice élaborée par voie sol-gel et codopée par des ions actifs Ce/Tb ou Ce/Cu ont été soudés à une ou deux fibres de transport pour réaliser des mesures de débits de dose et de dose à distance. De plus, la présence au sein de la matrice de deux types de centres luminescents émettant à des longueurs d’ondes différentes permet d’étendre la gamme spectrale de luminescence. Ces échantillons ont été caractérisés, avant et après irradiations 1MGy, par plusieurs techniques spectroscopiques. Dans le cas des verres dopés Cu ou Tb seul, des défauts (NBOHC, HC1...) ont été créés après irradiation. Grace à la présence des ions cérium dans la silice codopé Ce/Cu ou Ce/Tb qui a joué un rôle très important où il a protégé la matrice et atténue la création de certains défauts sous irradiation. Des mesures dosimétriques réalisées sous rayons X ont permis d’évaluer la linéarité du signal RL et OSL pour les verres de silice codopés Ce/Tb et Ce/Cu. Concernant les verres codopés Ce/Cu, le signal de RL présente une réponse linéaire dans la gamme 0,0011 - 34 Gy/s à Saint-Etienne et entre 13,3 µGy/s et 7,3 Gy(SiO2)/s à Nice et la linéarité d’OSL a été démontrée jusqu’à 50 Gy à Saint-Etienne et 33 Gy à Nice. Les verres codopés Ce/Tb ont montré une sensibilité en RL dans la gamme de débits de dose comprise entre 13,3 µGy/s et 7,3 Gy/s avec une excellente reproductibilité des mesures. Il a été démontré que ce matériau a une réponse OSL qui reste proportionnelle à la dose jusqu’à 66 Gy(SiO2). Grâce à ces résultats, on en déduit que ces échantillons codopés constituent une solution pour les mesures dosimétries à distance en environnement sévère
For several decades now, monitoring ionizing radiation has been particularly important in places that are difficult to access or even dangerous, especially in harsh environments. Optical fiber is the solution of choice when remote measurement is mandatory. In addition, the optical fibers ensure the spatial separation of the probe, sensitive to radiation, and the electronic processing system, which allows remote measurements in complex geometries. During this work, silica-based glasses developed by the sol-gel route and codoped with active Ce / Tb or Ce / Cu ions were welded to one or two transport fibers to make measurements of dose rates and remote dose. In addition, the presence within the matrix of two types of luminescent centers emitting at different wavelengths makes it possible to extend the spectral range of luminescence. These samples were characterized, before and after 1MGy irradiation, by several spectroscopic techniques. In the case of Cu or Tb doped glasses alone, defects (NBOHC, HC1 ...) have been created after irradiation. Thanks to the presence of the cerium ions in the codoped silica Ce / Cu or Ce / Tb which played a very important role where it protected the matrix and attenuates the creation of certain defects under irradiation. Dosimetric measurements carried out under X-rays made it possible to evaluate the linearity of the RL and OSL signal for the codoped silica glasses Ce / Tb and Ce / Cu. For Ce / Cu codoped glasses, the RL signal has a linear response in the range 0.0011 - 34 Gy / s in Saint-Etienne and between 13.3 µGy / s and 7.3 Gy (SiO2) at Nice and the linearity of OSL has been demonstrated up to 50 Gy in Saint-Etienne and 33 Gy in Nice. Co-coded Ce / Tb glasses showed sensitivity in RL in the dose rate range of between 13.3 µGy / s and 7.3 Gy / s with excellent reproducibility of the measurements. This material has been shown to have an OSL response which remains dose proportional up to 66 Gy (SiO2). Thanks to these results, we deduce that these codoped samples constitute a solution for remote dosimetry measurements in severe environment

Notre etude porte sur les proprietes de piegeage de charges induit par rayonnement x dans les oxydes enterres des technologies silicium sur isolant. Nous avons plus precisement etudie differentes variantes d'oxyde synthetisees par implantation ionique d'oxygene dans le silicium (procede simox). Dans une premiere partie, nous avons recense les principaux defauts structuraux identifies dans sio#2 amorphe puis propose une synthese des defauts electriquement actifs. Apres avoir etabli une approche analytique du piegeage de charges dans les isolants, nous avons tente de relier les derives electriques induites par l'irradiation dans les dispositifs mos (metal-oxyde-semiconducteur) aux parametres physiques des defauts, en terme de densites de pieges et de sections efficaces de capture. D'une part, en agissant sur les variables d'environnement (champ electrique, temperature), nous avons montre l'existence d'un piegeage d'electrons dans les oxydes enterres, et identifie son origine technologique. D'autre part, des mesures d'evolution post-irradiation nous ont permis d'etablir que la charge nette piegee dans l'oxyde est largement distribuee sur des niveaux profonds de la bande interdite de l'isolant. Enfin, nous avons etendu notre etude du piegeage de charges aux materiaux a forte constante dielectrique (zircone stabilisee yttrium, oxyde de tantale)

Synthese des gels composites (sio#2-sio#2) et (sio#2-sio#2) (b#2o#3) a partir des dispersions de teos-aerosil et teos-teb-aerosil par les techniques de sonocatalyse. Mise en forme des materiaux resultants et leur conversion en verre par frittage conventionnel. Le frittage des materiaux composites a ete etudie en detail; notamment l'influence des inclusions sur la cinetique de densification. La croissance des filaments de (nh#4cl) (sio#2) a ete observee au cours du sechage de ces gels composites