Simulation expérimentale des effets d'irradiation sur le comportement thermomécanique du combustible UO2 : impact des produits de fission solides et gazeux

Experimental simulation of irradiation effects on thermomechanical behaviour of UO2 fuel : Impact of solid and gaseous fission products

• Auteur / Autrice : Julien Balland
• Direction : Helmut Klöcker
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Science et génie des matériaux
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Saint-Etienne, EMSE

Mots clés

Mots clés contrôlés

Produits de fission

Mécanique

Thermique

Irradiation

Dioxyde d'uranium

Résumé

La modélisation du comportement thermomécanique de UO2 nécessite la prise en compte des produits de fission (PF), susceptibles de modifier son comportement. La thèse a étudié l’impact des PF en solution solide et des gaz de fission sur le comportement, en situation d’Interaction Pastille-Gaine. Les domaines fragile et ductile des combustibles ont été investigués. La présence des PF élève la température de transition fragile-ductile, et réduit les contraintes de rupture dans le domaine fragile. La diminution est attribuée à l’augmentation du nombre de défauts microstructuraux créés par la solution solide et à la présence de bulles aux joints de grains. Les mécanismes de fluage ont été étudiés par des analyses microstructurales après déformation. En comparant UO2 et les combustibles simulants, à microstructure identique, un facteur de fluage a été déterminé. Il traduit un effet durcissant de la solution solide. La présence de bulles de gaz induit un couplage entre durcissement et amplification.

Simulation of thermomechanical behaviour of UO2 has to take into account irradiation effects since Fission Products (FP) can modify its behaviour. Differentiation was made between fission products which create a solid solution and gaseous products as bubbles. Brittle and ductile behaviour of UO2 was investigated, under conditions representative of Pellet-Cladding Interaction. Addition of simulates FP increase the brittle-to-ductile transition temperature and reduce fracture stresses. Decrease of fracture stress is due to an increase of microstructural defects created by the solid solution and to bubbles at grain boundaries. Creep controlling mechanisms were evidenced by microstructural analysis performed on pellets at different strains. With calculations on fuels having the same microstructures than the SIMFUELs, a creep factor is determined. It revealed a hardening by the solid solution, whereas bubbles showed a coupling between hardening and softening effects.