Étude et compréhension du piégeage irréversible de l'hydrogène à l'aide d'un mélange MnO2/Ag2O

The hydrogen risk generated by radiolysis of organic compounds during a nuclear waste transport is a major issue. The use of irreversible getters is considered to limit this risk. The aim of this work is to study one of these getters, MnO2/Ag2O, in order to better understand the trapping phenomenon and to ensure its reliability. Initially several parameters affecting the trapping kinetics were studied. It has been shown that among all MnO2 allotropic phases, the nsutite has the best trapping kinetics. Moreover, specific surface area and defect amount in MnO2 can enhance trapping performances. Ag2O weight percentage (acting as promotor) has been determined at 13 % to have the best trapping kinetics. Chemisorption of H2, which is required for its application, has been shown by using several characterization techniques such as magnetometry, infrared spectroscopy and electronic energy loss spectroscopy. The trapping irreversibility and the regeneration of the getter have been demonstrated respectively under nitrogen or air at 150 °C. Finally, proton insertion mechanism in MnO2 has been elucidated by pairs distribution function analysis through the development of a model to simulate the complex structure of MnO2. It has been shown that Ag2O is turned into Ag2CO3 during the preparation of the getter under water, which has never been demonstrated.La sûreté du risque hydrogène généré par radiolyse de matériaux organiques lors d'une phase de transport de déchets est une problématique majeure dans le domaine du nucléaire. L'utilisation de piégeurs irréversibles de H2 est envisagée afin de limiter le risque encouru. Le but de ce travail est d'étudier l'un de ces piégeurs, le mélange MnO2/Ag2O, afin de mieux comprendre le phénomène de piégeage. Dans un premier temps, différents paramètres influant sur la cinétique e piégeage ont été étudiés. Il a ainsi été déterminé que, parmi les différentes variétés allotropiques d'oxydes de manganèse, la nsutite possède la meilleure cinétique de piégeage de H2. La surface spécifique du piégeur améliore également la cinétique. La teneur massique en Ag2O dans le piégeur (promoteur du piégeage) a été déterminée à 13 %. La chimisorption de H2, requise pour l'application visée, a été mise en évidence grâce à des techniques de caractérisation telles que la magnétométrie, la spectroscopie infrarouge et de perte d'énergie des électrons. L'irréversibilité du piégeage et la régénération du piégeur après protonation ont été mis en évidence respectivement sous N2 et sous air à 150 °C. Le mécanisme d'insertion du proton dans MnO2 a été déterminé par analyse de fonction de distribution de paires, grâce à l'élaboration d'un modèle permettant de simuler le matériau réel, très complexe. La transformation d'Ag2O en Ag2CO3, lors de la préparation du piégeur sous eau, a également pu être mise en évidence grâce à cette technique d'analyse innovante

Étude et compréhension du piégeage irréversible de l'hydrogène à l'aide d'un mélange MnO2/Ag2O

The hydrogen risk generated by radiolysis of organic compounds during a nuclear waste transport is a major issue. The use of irreversible getters is considered to limit this risk. The aim of this work is to study one of these getters, MnO2/Ag2O, in order to better understand the trapping phenomenon and to ensure its reliability. Initially several parameters affecting the trapping kinetics were studied. It has been shown that among all MnO2 allotropic phases, the nsutite has the best trapping kinetics. Moreover, specific surface area and defect amount in MnO2 can enhance trapping performances. Ag2O weight percentage (acting as promotor) has been determined at 13 % to have the best trapping kinetics. Chemisorption of H2, which is required for its application, has been shown by using several characterization techniques such as magnetometry, infrared spectroscopy and electronic energy loss spectroscopy. The trapping irreversibility and the regeneration of the getter have been demonstrated respectively under nitrogen or air at 150 °C. Finally, proton insertion mechanism in MnO2 has been elucidated by pairs distribution function analysis through the development of a model to simulate the complex structure of MnO2. It has been shown that Ag2O is turned into Ag2CO3 during the preparation of the getter under water, which has never been demonstrated.La sûreté du risque hydrogène généré par radiolyse de matériaux organiques lors d'une phase de transport de déchets est une problématique majeure dans le domaine du nucléaire. L'utilisation de piégeurs irréversibles de H2 est envisagée afin de limiter le risque encouru. Le but de ce travail est d'étudier l'un de ces piégeurs, le mélange MnO2/Ag2O, afin de mieux comprendre le phénomène de piégeage. Dans un premier temps, différents paramètres influant sur la cinétique e piégeage ont été étudiés. Il a ainsi été déterminé que, parmi les différentes variétés allotropiques d'oxydes de manganèse, la nsutite possède la meilleure cinétique de piégeage de H2. La surface spécifique du piégeur améliore également la cinétique. La teneur massique en Ag2O dans le piégeur (promoteur du piégeage) a été déterminée à 13 %. La chimisorption de H2, requise pour l'application visée, a été mise en évidence grâce à des techniques de caractérisation telles que la magnétométrie, la spectroscopie infrarouge et de perte d'énergie des électrons. L'irréversibilité du piégeage et la régénération du piégeur après protonation ont été mis en évidence respectivement sous N2 et sous air à 150 °C. Le mécanisme d'insertion du proton dans MnO2 a été déterminé par analyse de fonction de distribution de paires, grâce à l'élaboration d'un modèle permettant de simuler le matériau réel, très complexe. La transformation d'Ag2O en Ag2CO3, lors de la préparation du piégeur sous eau, a également pu être mise en évidence grâce à cette technique d'analyse innovante

Etude et compréhension du piégeage irréversible de l'hydrogène à l'aide d'un mélange MnO2/Ag2O

La sûreté du risque hydrogène généré par radiolyse de matériaux organiques lors d une phase de transport de déchets est une problématique majeure dans le domaine du nucléaire. L utilisation de piégeurs irréversibles de H2 est envisagée afin de limiter le risque encouru. Le but de ce travail est d étudier l un de ces piégeurs, le mélange MnO2/Ag2O, afin de mieux comprendre le phénomène de piégeage. Dans un premier temps, différents paramètres influant sur la cinétique e piégeage ont été étudiés. Il a ainsi été déterminé que, parmi les différentes variétés allotropiques d oxydes de manganèse, la nsutite possède la meilleure cinétique de piégeage de H2. La surface spécifique du piégeur améliore également la cinétique. La teneur massique en Ag2O dans le piégeur (promoteur du piégeage) a été déterminée à 13 %. La chimisorption de H2, requise pour l application visée, a été mise en évidence grâce à des techniques de caractérisation telles que la magnétométrie, la spectroscopie infrarouge et de perte d énergie des électrons. L irréversibilité du piégeage et la régénération du piégeur après protonation ont été mis en évidence respectivement sous N2 et sous air à 150 C. Le mécanisme d insertion du proton dans MnO2 a été déterminé par analyse de fonction de distribution de paires, grâce à l élaboration d un modèle permettant de simuler le matériau réel, très complexe. La transformation d Ag2O en Ag2CO3, lors de la préparation du piégeur sous eau, a également pu être mise en évidence grâce à cette technique d analyse innovante.The hydrogen risk generated by radiolysis of organic compounds during a nuclear waste transport is a major issue. The use of irreversible getters is considered to limit this risk. The aim of this work is to study one of these getters, MnO2/Ag2O, in order to better understand the trapping phenomenon and to ensure its reliability. Initially several parameters affecting the trapping kinetics were studied. It has been shown that among all MnO2 allotropic phases, the nsutite has the best trapping kinetics. Moreover, specific surface area and defect amount in MnO2 can enhance trapping performances. Ag2O weight percentage (acting as promotor) has been determined at 13 % to have the best trapping kinetics. Chemisorption of H2, which is required for its application, has been shown by using several characterization techniques such as magnetometry, infrared spectroscopy and electronic energy loss spectroscopy. The trapping irreversibility and the regeneration of the getter have been demonstrated respectively under nitrogen or air at 150 C. Finally, proton insertion mechanism in MnO2 has been elucidated by pairs distribution function analysis through the development of a model to simulate the complex structure of MnO2. It has been shown that Ag2O is turned into Ag2CO3 during the preparation of the getter under water, which has never been demonstrated.NANTES-BU Sciences (441092104) / SudocSudocFranceF

Characterization of Low Level Wastes: a new design for calorimetric measurement

Calorimetry is one of the best solutions to estimate the overall quantity of nuclear material on a wide range of masses, from a few milligrams up to kilograms of radionuclides, by measuring the overall thermal power due to the radioactive decay coming from the waste contained in a metallic drum or a different type of container. It has many advantages as it features a non-destructive method which remains independent of matrix effect or the chemical composition. Until now, calorimetry allows to measure at the lowest 0.5 to 1 mW for samples up to 385 liters. But nowadays, thanks to new technological breakthroughs, KEP-Technologies calorimeters are able to measure as low as 50 μW for 40 liters samples. The μLVC is based on a new design with twin cells, a new temperature regulation loop and a heat-flow measurement system inside a vacuum chamber (Patent deposit P005299 LA/VL). The μLVC is a differential heat-flow calorimeter for precise measurement independent of the residual fluctuations caused by environmental changes. The new calorimeter is an industrial product able to work in environmental conditions with wide temperature variations. The first results have shown a great improvement in the detection of very low thermal effect thanks to the thermal noise reduction. The paper presents the developments in Large Volume Calorimetry as a new tool for quantification of nuclear material to characterize Pu-Am samples, i-graphite, and low tritium samples with high precision and reliability

Characterization of Low Level Wastes: a new design for calorimetric measurement

Calorimetry is one of the best solutions to estimate the overall quantity of nuclear material on a wide range of masses, from a few milligrams up to kilograms of radionuclides, by measuring the overall thermal power due to the radioactive decay coming from the waste contained in a metallic drum or a different type of container. It has many advantages as it features a non-destructive method which remains independent of matrix effect or the chemical composition. Until now, calorimetry allows to measure at the lowest 0.5 to 1 mW for samples up to 385 liters. But nowadays, thanks to new technological breakthroughs, KEP-Technologies calorimeters are able to measure as low as 50 μW for 40 liters samples. The μLVC is based on a new design with twin cells, a new temperature regulation loop and a heat-flow measurement system inside a vacuum chamber (Patent deposit P005299 LA/VL). The μLVC is a differential heat-flow calorimeter for precise measurement independent of the residual fluctuations caused by environmental changes. The new calorimeter is an industrial product able to work in environmental conditions with wide temperature variations. The first results have shown a great improvement in the detection of very low thermal effect thanks to the thermal noise reduction. The paper presents the developments in Large Volume Calorimetry as a new tool for quantification of nuclear material to characterize Pu-Am samples, i-graphite, and low tritium samples with high precision and reliability

Effect of gamma irradiation on MnO2/Ag2O hydrogen getter

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