Traitements thermiques de l'oxyde d'uranium irradié dans un réacteur à eau pressurisée (R. E. P. ) : gonflement et relâchement des gaz de fission

Heat treatments of irradiated uranium oxide in a pressurised water reactor (P. W. R. ) : swelling and fission gas release

• Auteur / Autrice : Isabelle Zacharie
• Direction : Michel Coster, Michel Groos
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences appliquées
• Date : Soutenance en 1997
• Etablissement(s) : Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'Ingénieur (Châtenay-Malabry, Hauts de Seine1998-2015)
• Jury : Président / Présidente : Dominique François
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Patrick Combette, Sylvie Lansiart, Maria Trotabas
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Daniel Baron, Hansjoachim Matzke

Mots clés

Mots clés contrôlés

Fission nucléaire

Réacteurs à eau sous pression

Réacteurs nucléaires

Résumé

Afin de maintenir à un niveau maximal de sureté les réacteurs à eau pressurisée, il est nécessaire de comprendre le phénomène d'interaction mécanique et chimique entre l'élément combustible et sa gaine sous l'effet d'une élévation brutale de température, due à un transitoire de puissance. Dans ce processus, le gonflement de l'oxyde d'uranium occupe une place importante. Il a pour origine une précipitation sous forme de bulles de gaz de fission, qui, lorsqu'ils accèdent à l'extérieur, sont relâchés. C'est pourquoi l'objectif de cette thèse consiste à acquérir une meilleure connaissance des mécanismes mis en jeu. Des échantillons d'oxyde d'uranium, issus d'un combustible ayant fonctionné pendant deux cycles, ont tout d'abord subi des traitements thermiques entre 1100c et 1700c pour des temps de traitement variant de cinq minutes à dix heures. L'évolution de la quantité de gaz relâchés en fonction du temps a été déterminée lors de chaque traitement. La confrontation de ces résultats expérimentaux avec un modèle numérique existant s'étant révélée satisfaisante, il apparait que le relâchement, après formation de tunnels aux joints de grains, est contrôlé par la diffusion. Les échantillons ont fait ensuite l'objet de mesures de gonflement. Les examens micrographiques des échantillons montrent que les bulles sont intergranulaires, de forme lenticulaire. Le gonflement mesuré pouvant s'expliquer par la seule coalescence des bulles, un modèle a été développé. Il aboutit à une équation permettant d'obtenir le gonflement intergranulaire d'un combustible ayant fonctionné deux cycles en réacteur en fonction du temps et de la température. L'étude entreprise donne donc la possibilité d'interpréter le comportement des gaz de fission, lors d'une élévation de température.