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Multi-technique coupling for analysis of deuterium retention in carbon fiber composite NB31

Authors :
Cédric Pardanaud
J. Chêne
B. Pégourié
I. Beurroies
Hicham Khodja
G. Giacometti
P. Roubin
Céline Martin
E. Bernard
Loïc Marchetti
Ryuichi Sakamoto
Laboratoire d'Etudes des Eléments Légers (LEEL - UMR 3685)
Nanosciences et Innovation pour les Matériaux, la Biomédecine et l'Energie (ex SIS2M) (NIMBE UMR 3685)
Institut Rayonnement Matière de Saclay (IRAMIS)
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut Rayonnement Matière de Saclay (IRAMIS)
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
National Institute for Fusion Science (NIFS)
Institut de Recherche sur la Fusion par confinement Magnétique (IRFM)
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)
Physique des interactions ioniques et moléculaires (PIIM)
Aix Marseille Université (AMU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Matériaux divisés, interfaces, réactivité, électrochimie (MADIREL)
Laboratoire Analyse et Modélisation pour la Biologie et l'Environnement (LAMBE - UMR 8587)
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Cergy Pontoise (UCP)
Université Paris-Seine-Université Paris-Seine-Université d'Évry-Val-d'Essonne (UEVE)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Service d'Etudes du Comportement des Matériaux de Conditionnement (SECM)
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut Rayonnement Matière de Saclay (IRAMIS)
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)
Aix Marseille Université (AMU)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Laboratoire Analyse et Modélisation pour la Biologie et l'Environnement (LAMBE)
Université Paris-Seine-Université Paris-Seine-Université d'Évry-Val-d'Essonne (UEVE)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut Rayonnement Matière de Saclay (IRAMIS)
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Université Paris-Seine-Université Paris-Seine-Université d'Évry-Val-d'Essonne (UEVE)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Source :
Journal of Materials Science, Journal of Materials Science, Springer Verlag, 2015, 50, pp.7031-7042. ⟨10.1007/s10853-015-9256-x⟩, Journal of Materials Science, 2015, 50, pp.7031-7042. ⟨10.1007/s10853-015-9256-x⟩
Publication Year :
2015
Publisher :
HAL CCSD, 2015.

Abstract

International audience; This paper presents an extensive set of measurements from complementary surface analysis techniques performed for characterizing deuterium retention in carbon fiber composite Sepcarb®NB31 subsequently to a deuterium beam exposition: adsorption isotherm measurements and Hg porosimetry to characterize the porous network, coupled deuterium beam exposure and in situ µ-NRA analysis to follow the dynamics of the penetration of the retained deuterium in the material, TEM and Raman microscopy to investigate the change in the material structure induced by ion irradiation, and finally TPD to estimate the respective proportion of deuterium retained in the surface layer and in the bulk material. The parameters extracted from this set of characterizations are introduced in a 2D Monte Carlo model which couples the propagation of deuterium and eroded carbon atoms in a network of rectilinear pores and plasma–surface interaction parameters from the SRIM code. The simulations reproduce satisfactorily the main features of the measured deuterium concentration profile and behavior of the retained deuterium amount with incident fluence, validating the physical picture of deuterium retention in CFC as due to the simultaneous implantation of the incident ions in the few 10-nm-depth layer the closest to the surface and penetration of atoms deeper in the material (several tens of microns) through the pore network

Details

Language :
English
ISSN :
00222461 and 15734803
Database :
OpenAIRE
Journal :
Journal of Materials Science, Journal of Materials Science, Springer Verlag, 2015, 50, pp.7031-7042. ⟨10.1007/s10853-015-9256-x⟩, Journal of Materials Science, 2015, 50, pp.7031-7042. ⟨10.1007/s10853-015-9256-x⟩
Accession number :
edsair.doi.dedup.....d50b1b6373dc2745652953710826de17
Full Text :
https://doi.org/10.1007/s10853-015-9256-x⟩