Analyse quantitative par faisceaux d’ions de systèmes Métal-Carbone-Oxygène : application à UC oxydé
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Analyse quantitative par faisceaux d’ions de systèmes Métal-Carbone-Oxygène : application à UC oxydé

Cartographies du rapport C/U et de 16O

Quantitative ion beam analysis of M–C–O systems: application to an oxidized uranium carbide sample
G. Martin, G. Raveu, P. Garcia, G. Carlot, H. Khodja, I. Vickridge, M.F. Barthe & T. Sauvage, Philosophical Magazine Volume 94, Issue 11, 2014.

 

Les carbures mixtes uranium-plutonium sont explorés comme combustibles potentiels pour les réacteurs de génération IV, et ce en raison de leur forte densité d’actinides, leur haute température de fusion et leur excellente conductivité thermique. La synthèse de tels matériaux est néanmoins délicate du fait de leur forte réactivité à l’air, qui se traduit par une prise d’oxygène.

 
Analyse quantitative par faisceaux d’ions de systèmes Métal-Carbone-Oxygène : application à UC oxydé

Profil de l’oxygène en profondeur reconstitué avec la réaction 16O(d,alpha)

Afin d’étudier ce processus, des échantillons de composition nominale UC ont été explorés par microsonde nucléaire afin de déterminer les teneurs élémentaires et la répartition en 3 dimensions de l’oxygène au sein du matériau. Ce dernier aspect est rendu possible par l’emploi de la réaction nucléaire 16O(d,α), qui, de part la nature de la particule émergente, permet d’obtenir des résolutions en profondeur de l’ordre de 100 nm. Néanmoins, la difficulté ici est double : la présence d’un élément lourd, avec un très fort rendement de rétrodiffusion, et la forte teneur en carbone qui génère un spectre de protons (du fait de la réaction 12C(d,p)) qui interfère avec la contribution de l’oxygène. En utilisant un détecteur de particules d’épaisseur réduite (60 μm) spécialement conçu à cet effet, il est possible de collecter la totalité de l’énergie des particules a provenant de la réaction 16O(d,α), tout en réduisant drastiquement la contribution des protons issus de la réaction 12C(d,p). Cet effet provient de la différence des pouvoirs d’arrêt des particules a et les protons dans le détecteur. Les expériences ont montré que la prise d’oxygène n’est pas homogène, et que celle-ci, bien que concentrée sur les 100 premiers nm d’épaisseur, conduit à la formation de couches oxydées sur plus de 1 μm.

 

Maj : 16/05/2014 (2344)

 

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