Voie sol-gel multi-colloïdales pour la préparation de combustibles mixtes

Multi-colloidal sol-gel route for the preparation of mixed fuels

• Auteur / Autrice : Hélène Barbier
• Direction : Diane Rebiscoul
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Chimie Séparative, Matériaux et Procédés
• Date : Inscription en doctorat le 03/10/2023
• Etablissement(s) : Université de Montpellier (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Chimiques Balard (Montpellier ; 2003-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : ICSM - Institut de Chimie Séparative de Marcoule

Mots clés

Mots clés libres

Actinide

Sol-gel

Combustibles mixtes

Actinides

Sol-gel

Mixed fuels

Résumé

Le combustible nucléaire d'oxydes d'actinides mixtes (Mixed Oxides Fuels - MOX composé de UO2 et PuO2) actuellement utilisé dans certains réacteurs et d'intérêt pour les réacteurs du futur de type GEN IV est classiquement fabriqué par métallurgie des poudres puis frittage. La nécessité d'avoir une distribution homogène des actinides, la présence de risques de contamination, le nombre d'étape importants ainsi que la complexité de leur mise en œuvre nécessitent de trouver de nouvelles voies innovantes, simples et sécuritaires. C'est dans ce cadre que se situe ce sujet de thèse dont l'approche originale est basée sur l'utilisation de la voie sol-gel colloïdale pour la préparation de combustible nucléaire d'oxydes d'actinides mixtes à base d'uranium et d'actinides ou de lanthanides. L'objectif sera de caractériser l'évolution des systèmes depuis différents sols colloïdaux jusqu'aux matériaux finals par diffusion des rayons X aux petits angles, spectroscopies d'absorption des rayons X et Raman, microscopie électronique à balayage et en transmission et analyse élémentaire pour in fine déterminer les conditions de préparation d'un combustible les plus prometteuses. A l'issue de ce travail de thèse, le candidat (Master II et/ou Ecole d'ingénieur spécialité nucléaire, chimie séparative ou physico-chimie) pourra valoriser de fortes expertises en chimie des actinides, en voie sol-gel colloïdale, en caractérisation fine des systèmes colloïdaux (diffusion et spectroscopies d'absorption des rayons des rayons X) et en caractérisation du solide (DRX, MEB, TEM, ATG…). Pour finir, cette thèse devrait permettre à l'étudiant de faire valoir une connaissance importante dans le domaine des combustibles pour le nucléaire.

The nuclear fuel of mixed actinide oxides (Mixed Oxides Fuels - MOX composed of UO2 and PuO2) currently used in some reactors and of interest for GEN IV reactors is conventionally manufactured by powder metallurgy followed by sintering. This manufacturing can present some disadvantages such as the inhomogeneous distribution of actinides in the fuel, contamination risks, an important number of complex steps. Regarding this point, innovative, simple and safe nuclear fuel manufacturing have to be studied. In this context, the original approach of this work is based on the use of the colloidal sol-gel route for the preparation of nuclear fuel of mixed actinide oxide using uranium and actinide or lanthanide elements. The objective will be to characterize the evolution of the systems from the colloidal sols to the final materials by small-angle X-ray scattering, X-ray and Raman absorption spectroscopies, scanning and transmission electron microscopy and elemental analysis to determine the most promising systems. At the end of this work, the candidate (Master II and / or Engineering School in nuclear, separative chemistry or physical chemistry) will have a strong expertise in actinide chemistry, in colloidal sol-gel route, in colloid characterization (X-ray diffusion and absorption spectroscopies) and in solid characterization (DRX, SEM, TEM, ATG ). In addition, this Ph.D will bring to the student an important knowledge in the field of nuclear fuels.