Radiation damage in mono-atomic and bi-atomic materials : simulation of neutron irradiation by ion irradiation

The direct simulation of the neutron irradiation damage during the whole lifespan of the in-core components in a nuclear facility can be time-consuming. The literature being quite rare in this field, we investigated the possibility to simulate this neutron irradiation damage with ion irradiation that can cause similar damage in a reduced duration. Conditions for their possible equivalence will be defined through the projectile energy loss distribution between phonon generation, ionization dissipation and future stored energy. Python codes working in symbiosis with the renown TRIM software were developed in order to simulate the neutron path inside any mono and bi-atomic materials. The interest of this master thesis is mainly focused on the creation of the defects (vacancies and interstitials), their spacial distribution and the energy loss of the neutron or ion projectiles. The recovery processes will not be considered and their modelization and programming with molecular dynamic codes can constitute an excellent second step to couple with the codes created in the present.

La simulazione diretta del danno da irradiazione di neutroni durante l'intero ciclo di vita dei componenti interni in un impianto nucleare può richiedere molto tempo. Essendo la letteratura abbastanza rara in questo campo, abbiamo studiato la possibilità di simulare questo danno da irradiazione di neutroni con irradiazione di ioni che possono causare danni simili in una durata ridotta. Le condizioni per la loro possibile equivalenza saranno definite attraverso la distribuzione della perdita di energia del proiettile tra generazione di fononi, dissipazione di ionizzazione e futura energia immagazzinata. Sono stati sviluppati codici Python che lavorano in simbiosi con il rinomato software TRIM per simulare il percorso dei neutroni all'interno di qualsiasi materiale mono e biatomico. L'interesse di questa tesi di laurea è principalmente focalizzato sulla creazione dei difetti (vacanze e interstiziali), sulla loro distribuzione spaziale e sulla perdita di energia dei proiettili di neutroni o ioni. I processi di recupero non verranno considerati e la loro modellizzazione e programmazione con codici di dinamica molecolare può costituire un ottimo secondo passo da affiancare ai codici creati nel presente.