5 research outputs found
Relationships between morphological and microstructural characteristics of the UâSiâ compound and its elaboration processes
Cette thĂšse sâinscrit dans le cadre du dĂ©veloppement de combustibles nuclĂ©aires haute densitĂ© Ă base UâSiâ pour les rĂ©acteurs expĂ©rimentaux. Ces combustibles se prĂ©sentent sous forme de plaques dans lesquelles une Ăąme combustible - faite de particules uranifĂšres dispersĂ©es dans une matrice aluminium - est gainĂ©e dans un alliage dâaluminium. Lâensemble est colaminĂ©, permettant la cohĂ©sion et la soudure des Ă©lĂ©ments entre eux. Pour les rĂ©acteurs de recherche les plus performants, ce combustible haute densitĂ© est en cours de qualification. Cette thĂšse exploratoire sâinscrit en parallĂšle de cet effort de recherche. Dans ce travail, des leviers dâamĂ©liorations des procĂ©dĂ©s de synthĂšse et de fabrication actuels ont Ă©tĂ© identifiĂ©s. Tout dâabord, une Ă©tude microstructurale approfondie du composĂ© UâSiâ, synthĂ©tisĂ© en laboratoire mais Ă©galement provenant de synthĂšses industrielles par fusion Ă lâarc ou par atomisation centrifuge, a Ă©tĂ© menĂ©e pour obtenir des caractĂ©ristiques de rĂ©fĂ©rence. Un travail visant Ă obtenir des particules de morphologie arrondie, mieux adaptĂ©es au procĂ©dĂ© de fabrication de plaques par laminage, a ensuite Ă©tĂ© menĂ©. Pour ce faire, deux voies ont Ă©tĂ© testĂ©es. ParallĂšlement, une Ă©tude a portĂ© sur le dĂ©veloppement dâune nouvelle mĂ©thode de synthĂšse dâUâSiâ en passant par une rĂ©action en phase solide entre U et Si. Le suivi in situ par diffraction de neutrons de la rĂ©action 3U+2Si a permis son optimisation. Ce procĂ©dĂ© permet dâobtenir des poudres avec des caractĂ©ristiques morphologiques et microstructurales significativement diffĂ©rentes de celles produites par les procĂ©dĂ©s de synthĂšse classiquement mis en Ćuvre. Enfin, une derniĂšre Ă©tude a portĂ© sur le procĂ©dĂ© de fabrication des plaques de combustible. Un procĂ©dĂ© de fabrication innovant a Ă©tĂ© dĂ©veloppĂ©, basĂ© sur le frittage SPS. Cette mĂ©thode prĂ©sente de nombreux avantages et notamment la possibilitĂ© de contrĂŽler aisĂ©ment diffĂ©rentes caractĂ©ristiques de la plaque finale (dont sa charge en U). Des exemplaires de plaques Ă Ă©chelle rĂ©duite ont ainsi Ă©tĂ© fabriquĂ©s.This thesis is part of the development of a high-density UâSiâ-based fuel for nuclear research reactors. These fuels have a shape of plates in which the âfuel meatâ - fissile particles dispersed in an aluminium matrix - is cladded by an aluminium alloy. The plates are then hot and cold rolled to ensure cohesion between the different elements. For the most powerful research reactors, the qualification of these high-loaded fuels are still underway. This exploratory thesis runs parallel to this research effort. Within this work, levers improving the currently applied synthesis and manufacturing process currently were identified. First of all, a thorough microstructural investigation was performed on UâSiâ, synthesized in the laboratory but also from industrial production batches by arc-melting or centrifugal atomization. It allows a full overview of the properties of UâSiâ, from the arc-melted ingot to the powder dispersed inside the fuel plate. In parallel, a study focused on the development of a new synthesis process of U3Si2 through solid-state reactions. Among them the 3U+2Si reaction has been followed in situ by neutron diffraction, to understand and optimize it. With this process, powders with significantly different morphological and microstructural characteristics have been obtained, compared to the powders produced with the standard arc-melting+milling synthesis process. Finally, a last study focused on the fuel plate manufacturing process using Spark Plasma Sintering as an innovative manufacturing process. It presents several advantages inclunding its high flexibility to tune the final plate properties. Reduced scale plates were thus produced