Etudes in situ des oxydes mixtes d'uranium et de plutonium : Influence de la composition sur les équilibres de phase et les propriétés thermodynamiques

In situ studies of uranium-plutonium mixed oxides : Influence of composition on phase equilibria and thermodynamic properties

• Auteur / Autrice : Michal Strach
• Direction : Jacques Rogez
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matière condensée et Nanosciences
• Date : Soutenance le 29/09/2015
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole Doctorale Physique et Sciences de la Matière (Marseille)
• Jury : Président / Présidente : Christine Gueneau
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Brice Ravat, Claude Degueldre, Renaud Belin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Rudy Konings, Fiqiri Hodaj

Mots clés

Mots clés contrôlés

Thermodynamique

Plutonium

Uranium

MOX (combustibles nucléaires)

Mots clés libres

Combustible MOX

Drx ht

In-Situ

Uranium

Plutonium

Ternaire Céramiques

Thermodynamique

Diagramme de phase

Equilibres de phases

(u

Pu)O2±x

MOX nuclear fuel

Ht xrd

In-Situ

Uranium

Plutonium

U–Pu–O ternary system

Ceramics

Thermodynamics

Phase diagram

Phase equilibria

(u

Pu)O2±x

Résumé

En raison de leurs propriétés chimiques et physiques, les oxydes mixtes d'uranium et de plutonium sont considérés comme combustibles pour les réacteurs nucléaires de quatrième génération. Dans ce cadre, des études expérimentales complémentaires sont nécessaire, notamment pour mieux comprendre les phénomènes mis en jeu lors de la fabrication ou sous irradiation. L'objet de ce travail est d'étudier le diagramme de phase U-Pu-O dans une large gamme de composition et de températures afin d'améliorer notre connaissance de ce système. La plupart des expériences ont été réalisées par diffraction des rayons X en fonction de la température. La contrôle in situ de la pression partielle en oxygène a permis de faire varier la stœchiométrie en oxygène dans le matériau. L'approche expérimentale a été couplée avec la modélisation thermodynamique par la méthode CALPHAD afin de mieux dimensionner les expériences et interpréter les résultats. Cette méthodologie a permis d'améliorer notre connaissance des équilibres de phase dans le système U-Pu-O.

Due to their physical and chemical properties, mixed uranium-plutonium oxides are considered for fuel in 4th generation nuclear reactors. In this frame, complementary experimental studies are necessary to develop a better understanding of the phenomena that take place during fabrication and operation in the reactor. The focus of this work was to study the U Pu–O phase diagram in a wide range of compositions and temperatures to ameliorate our knowledge of the phase equilibria in this system. Most of experiments were done using in situ X-ray diffraction at elevated temperatures. The control of the oxygen partial pressure during the treatments made it possible to change the oxygen stoichiometry of the sample, which gave us an opportunity to study rapidly different compositions and the processes involved. The experimental approach was coupled with thermodynamic modeling using the CALPHAD method, to precisely plan the experiments and interpret the obtained results. This approach enabled us to enhance the knowledge of phase equilibria in the U–Pu–O system.