Thèse soutenue

Effet de la microstructure sur le comportement de l’Hélium radiogénique dans le combustible nucléaire UO2

FR  |  
EN
Auteur / Autrice : Emanuele De Bona
Direction : Gianguido BaldinozziThierry Wiss
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Physique
Date : Soutenance le 26/11/2019
Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Interfaces : matériaux, systèmes, usages (Palaiseau, Essonne ; 2015-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de structures, propriétés et modélisation des solides (Gif-sur-Yvette, Essonne)
établissement opérateur d'inscription : CentraleSupélec (2015-....)
Jury : Président / Présidente : Nathalie Moncoffre
Examinateurs / Examinatrices : Fabienne Audubert, Lionel Thomé, Vaclav Tyrpekl, Damien Prieur, Marco Cologna
Rapporteurs / Rapporteuses : Nathalie Moncoffre, Fabienne Audubert

Résumé

FR  |  
EN

Dû à l’environnement extrême dans lequel il est exploité, le combustible nucléaire présente des modifications des propriétés thermophysiques ainsi que microstructurales. En particulier se forme en périphérie de l’élément de combustible une structure appelée Structure Haut Burnup (HBS) caractérisée par la subdivision des grains originaux en grains d’environ 100 nm. Dans ce travail, la synthèse d’échantillons denses de UO2 et ThO2 avec des grains d’environ 100 nm a été réalisée. De tels matériaux permettront de faire des études à effets séparés sur l’impact de la HBS sur le comportement du combustible en conditions normales et accidentelles. UO2 dopé avec 238Pu a également été synthétisé et ce dans le but d’étudier en accéléré l’impact de l’activité alpha sur l’évolution de la microstructure et des propriétés thermophysiques du combustible tel qu’en situation de stockage où ce type de décroissance prédomine pendant des millénaires. L’UO2 auto-irradié jusqu’à 0.41 dpa, correspondant à un combustible usagé standard de 300 ans , a été caractérisé périodiquement par un ensemble de techniques. La DRX a mis en évidence une saturation du paramètre de maille à 0.3% tandis que la désorption thermique d’hélium a montré une rétention complète du gaz. Le MEB a montré que l’intégrité de la structure est préservée ; en MET la formation de boucles de dislocations et de bulles d’hélium a été mis en évidence. La conductivité thermique mesurée par flash laser décroît de 40% dès 0.03 dpa et aucune restauration de défauts n’a été observée par calorimétrie différentielle aux températures caractéristiques de l’entreposage. Des spectres RAMAN ont été obtenus pour la première fois sur (U, Pu)O2 en fonction de la dose d’autoirradiation. Cette étude a permis d’évaluer certains aspects du comportement du combustible usagé en conditions d’entreposage pendant 300 ans.