Fragmentation du combustible nucléaire UO2 en environnement oxydant : Etude cinétique et phénoménologique

Une des voies envisagées pour apporter de la flexibilité à la gestion du combustible UO2 usé/irradié est son entreposage à sec. Ce mode de gestion pose en particulier la question de la tenue du combustible en cas de scénario accidentel qui entraînerait la mise à l'air des pastilles de UO2. La cinétique d'oxydation et la phénoménologie de la fragmentation de UO2 entre 250 et 330°C ont été étudiées à partir de vieillissements sous O2 et sous air de monocristaux et de fragments de pastilles de combustible non irradiés. En environnement oxydant, l'initiation de la fissuration semble due à la relaxation des contraintes de traction induites par la contraction du réseau cristallin lors de la croissance d'une couche de U4O9/U3O7 en surface de UO2. Ainsi, une période d'incubation avant fissuration, dont la durée chute avec l'augmentation de la température, est mise en évidence. Durant leur oxydation, monocristaux et fragments présentent une fissuration progressive conduisant à leur subdivision jusqu'à une taille de grain submicronique

Expérimentation et modélisation des réactions de décomposition isotherme et isobare des solides. Application au sulfate de lithium monohydrate et au carbonate de calcium

232 pagesNo english abstractLa décomposition d'un solide S1 en un solide S2 et un gaz G : S1→S2 + G, peut-être décrite par les processus de germination et de croissance de la nouvelle phase. Une modélisation géométrique peut permettre de déterminer la réactivité de croissance et la fréquence de germination. Nous avons étudié les variations de celles-ci en fonction des contraintes physico-chimiques température et pression du gaz produit. La méthode des décrochements et l'étude de grains uniques ont permis de valider les valeurs des vitesses obtenues. A ce stade, la modélisation physico-chimique, c'est-à-dire l'établissement d'un mécanisme réactionnel détaillé propre à chacun des deux processus est effectuée. La comparaison des vitesses théoriques issus des modèles aux variations expérimentales permettra de valider le mécanisme. L'effet smith-topley observe sur les variations expérimentales peut alors être expliqué par une variation de la taille des germes en fonction de la pression. De plus, l'étude de calcaires naturels a permis de faire apparaître une forte influence des impuretés sur les réactivités spécifiques de croissance et les fréquences spécifiques de germination lors de leur décomposition

Characterisation of the chemical reactivity of a CaCO3 powder for its decomposition

International audienceThe decomposition of calcium carbonate has been studied by isothermal and isobaric thermogravimetry at 700 °C, under various pressures of carbon dioxide. The kinetic curves, which have a sigmoidal shape, have been interpreted with a model involving nucleation and growth processes based on the Mampel's model. It was supposed that nucleation occurs at the surface of all the particles and that growth proceeds isotropically inward in each of them. This model allowed to characterise the chemical reactivity of several CaCO3 powders by means of the determination of both their specific nucleation frequency and their specific growth rate

Kinetic study of the dehydration of lithium sulphate monohydrate

International audienceThe dehydration of lithium sulphate monohydrate has been studied by isothermal thermogravimetry at 80 °C, under various partial pressures in water vapour. The kinetic curves are sigmoid, they are interpreted with a model involving nucleation and growth steps: the nucleation is supposed to occur at the surface of the grains and is followed by a rapid two-dimensional growth, the new phase developing towards the centre of the grains. The studied powder being composed of ellipsoidal particles, this geometry is taken into account in the model

Caractérisation et simulation de microstructures de céramiques d'UO2 présentant un réseau de porosité filamentaire

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Caractérisation et simulation de microstructures de céramiques d'UO2 présentant un réseau de porosité filamentaire

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Caractérisation et simulation de microstructures de céramiques d'UO2 présentant un réseau de porosité filamentaire

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Caractérisation et simulation de microstructures de céramiques d'UO2 présentant un réseau de porosité filamentaire

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Conductivité thermique d'une céramique affectée par un réseau de fissures localisées aux joints de granulats : simulations 2D de l'effet d'une distribution bimodale de taille de granulats

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On the origin of the sigmoid shape in the UO2 oxidation weight gain curves

International audienceCracking and spalling are known to occur during the oxidation of UO2. However, these phenomena are not considered by the existing kinetic models of the oxidation of UO2 into U3O8. In this study the oxidation of UO2 samples of various sizes from the single crystal to nanopowders, has been followed by isothermal and isobaric thermogravimetry, environmental scanning electron microscopy and in situ X-ray diffraction at temperatures ranging from 250 to 370°C in air. It has been shown that cracking occurs once a critical layer thickness of intermediate oxide has been reached, which corresponds to the beginning of the sigmoid kinetic curve. Cracking contribution to the sigmoid kinetic curve is then discussed as a function of temperature, and on the basis of nucleation and growth processes