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Etude du comportement des gaz de fission dans le dioxyde d'uranium : mécanismes de diffusion, nucléation et grossissement de bulles
Amélie Michel
IRAMIS/CIMAP
et
LLCC - Laboratoire des Lois de Comportement du Combustible
Mardi 13/12/2011, 14h30
CIMAP Caen,

Spécialité : Milieux denses, Matériaux et Composants
Directeur de thèse : Serge BOUFFARD
Soutenance à l'INSTN, Cadarache, St Paul- lez- Durances (13)

Manuscrit de la thèse.


Résumé :

Lors de l'irradiation en réacteur du combustible, sont générés des gaz de fission, principalement xénon et krypton, soumis à plusieurs phénomènes : la diffusion et la précipitation. Ces différents phénomènes peuvent avoir des conséquences néfastes sur les propriétés physico-chimiques du combustible et sur son comportement en réacteur. L'objectif de ce travail est d'améliorer la compréhension du comportement des gaz de fission en identifiant les mécanismes régissant les phénomènes de diffusion, de nucléation et de grossissement de bulles. Pour ce faire, des études à effets séparés ont été mises en place couplant des irradiations/implantations aux ions à des caractérisations fines sur Grands Instruments. L'influence de plusieurs paramètres tels que le type de gaz, sa concentration et la température a été mise en évidence. L'interprétation des mesures de relâchement réalisées par Spectrométrie de Désorption Thermique au CENBG de Bordeaux, a permis de déterminer des coefficients de diffusion du xénon et du krypton dans le dioxyde d'uranium. Un mécanisme de nucléation hétérogène sur les germes de défauts a été démontré à l'aide d'expériences sur la plate-forme JANNuS d'Orsay couplant un implanteur, un accélérateur et un Microscope Electronique en Transmission (MET). Enfin, des caractérisations par MET et par spectroscopie d'absorption X d'échantillons implantés en gaz et recuits ont mis en évidence le grossissement des bulles par capture d'atomes de gaz et de lacunes.

Mots-clés : Dioxyde d'uranium – gaz rares – diffusion – implantation – nucléation – microscopie électronique en transmission


Study of fission gases behavior in uranium dioxide : diffusion and bubble nucleation and growth mechanisms

Abstract :

During in-reactor irradiation of the nuclear fuel, fission gases, mainly xenon and krypton, are generated that are subject to several phenomena: diffusion and precipitation. These phenomena can have adverse consequences on the fuel physical and chemical properties and its in-reactor behavior. The purpose of this work is to better understand the behavior of fission gases by identifying diffusion, bubble nucleation and growth mechanisms. To do this, studies involving separate effects have been established coupling ion irradiations/implantations with fine characterizations on Large Scale Facilities. The influence of several parameters such as gas type, concentration and temperature has been identified separately. Interpretation of the Thermal Desorption Spectrometry (TDS) measurements has enabled us to determine xenon and krypton diffusion coefficients in uranium dioxide. A heterogeneous nucleation mechanism on defects was determined by means of experiments on the JANNuS platform in Orsay that consists of a coupling of an implantor, an accelerator and a Transmission Electron Microscope (TEM). Finally, TEM and X-ray Absorption Spectroscopy characterizations of implanted and annealed samples put in relieve a bubble growth mechanism by atoms and vacancies capture.

keywords: Uranium dioxide – rare gases – diffusion – implantation – nucleation – transmission electron microscopy.

Contact : Serge BOUFFARD

 

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