Surface blistering and flaking of sintered uranium dioxide samples under high dose gas implantation and annealing

International audienceHigh helium contents will be generated within minor actinide doped uranium dioxide blankets which could be used in fourth generation reactors. In this framework, it is essential to improve our understanding of the type of damage which a pellet could incur as a result of extensive helium build-up. This paper is an attempt at tackling this issue. Sintered uranium dioxide disks have been implanted with helium ions then annealed at various temperatures. Above a concentration of 0.4 at.% and above 1000°C, optical images of the sample surface revealed swollen grains and extensive areas which have exfoliated. Nuclear reaction microanalyses and atomic force microscopy observations were performed to demonstrate that helium has substantially precipitated within the swollen grains. Massive precipitation of the gas leads under these conditions to sample surface blistering which appears to precede flaking. Deuterium ion irradiations have also been performed at ambient and a direct flaking of the sample surface was observed, but for this phenomenon to be observed required much higher doses than in the He study, indicating that temperature could be an essential ingredient for gas to migrate and cause extensive precipitation. Such phenomena could possibly lead to degradation of the fuel

Films minces auto-organisés à base de copolymères à blocs de type PS-PLA

Les films minces de copolymères à bloc PS-b-PLA peuvent servir de gabarits pour la fabrication de nano-objets sur une surface. Ce copolymère à bloc doit dans ce cas être organisé sous forme de cylindres de PLA orientés perpendiculairement et arrangés en hexagone dans une matrice de PS sur plusieurs micromètres. Le PLA extrait par hydrolyse conduit alors à un film mince poreux. Dans cette perspective, des films minces ont été préparés par spin-coating d une solution d un PS-PLA, de fraction volumique en PLA 0,35. Les analyses en AFM, MEB montrent que les films ainsi préparés présente un état métastable avec une structure nanoséparée avec des cylindres de PLA orientés perpendiculairement et arrangés en hexagone très localement. Il est nécessaire de réorganiser les films pour obtenir une organisation à longue distance. Les recuits thermiques sous vide s avèrent peu efficace. L exposition des films à des vapeurs de solvant (THF, acétone et chlorobenzène) entraîne la réorganisation des films. La nature du solvant, le temps d exposition conditionnent la morphologie observée. Une étude détaillée de ces paramètres permet d obtenir une organisation optimale pour les applications visées. Une irradiation UV permet d immobiliser le film sur la surface rendant possible l extraction du PLA par hydrolyse. Des films de PS à nanoporosité organisés sur plusieurs micromètres peuvent donc être produits. En parallèle, une stratégie de synthèse originale de copolymères diblocs PS-PLA fondée sur la combinaison d ATRP et du ROP en utilisant le tribromoéthanol comme amorceur commercial a été essayé. Après purification des copolymères synthétisés sur une colonne de silice afin d éliminer les homopolymères PLA, les différentes morphologies obtenues après dépôt par spin-coating ont été étudiées et des expositions à des vapeurs de solvants ont été réalisées afin d améliorer l ordre à grande échelle des films préparés.Block copolymers thin films (PS-PLA) can be used as templates to fabricate nano-objects on a surface. This block copolymer must be organized in the form of cylinders of PLA oriented perpendicularly and arranged in a hexagonal array in PS matrix over several micrometers. PLA extracted by hydrolysis leads to a porous thin film. In this perspective, thin films were prepared by spin-coating from a solution of PS-PLA, the PLA volume fraction was 0,35. Analysis by AFM, SEM showed that the films prepared after spin-coating has a metastable state with a nanoseparated structure with PLA cylinders oriented perpendicularly and arranged in hexagon very locally. It is necessary to reorganize the films to obtain a long range order. The thermal annealing have been shown to be ineffective. The exposition of films to solvent vapours (THF, acetone and chlorobenzene) improves the reorganization of block copolymers thin films. The solvent nature and exposure time determine the film morphology. With a detailed experimental study of these parameters we determine the experimental conditions to obtain thin films with cylinders of PLA oriented perpendicularly and arranged in hexagonal array over several micrometers (exposure to THF for 4H). UV irradiation immobilizes the film on the surface and therefore the extraction of PLA is possible by hydrolysis. Nanoporous polystyrene thin film organized over several micrometers can be produced. In parallel, original synthesis of PS-PLA based on the combination of ATRP and ROP using commercial dualinitiator tribromoethanol has been tried. After purification of copolymers synthesized on a silica column to remove the PLA homopolymer, the morphologies obtained after spin-coating have been studied and exposition to solvent vapours were performed to improve the film order-scale.ORLEANS-SCD-Bib. electronique (452349901) / SudocSudocFranceF

A physical approach to define a class A surface in polymer thermosetting composite materials

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Etude des modifications structurales induites par implantation ionique dans les aciers austénitiques

L implantation ionique dans les aciers bien que largement utilisée pour l amélioration de propriétés d usage des aciers entraîne des modifications structurales des couches superficielles, qui restent encore sujettes à controverses. Dans ce cadre, différents éléments (N, Ar, Cr, Mo, Ag, Xe et Pb) ont été implantés (à des énergies allant de 28 à 280 keV) dans un acier 316LVM austénitique dans une couche d épaisseur limitée à 80 nm avec une concentration maximale en élément implanté n excédant pas 10 %at. L analyse de la couche implantée par diffraction des rayons X en incidence rasante permet de mettre en évidence des déformations des raies de l austénite, l apparition de ferrite, et l amorphisation de la couche. La phase ferritique apparaît aux joints de grains, quelle que soit la nature de l élément implanté, à partir d une quantité seuil d énergie totale envoyée (produit de la dose par l énergie d un ion). La formation de ferrite ainsi que l amorphisation de la couche implantée ne dépendent que de la quantité totale d énergie envoyée. Afin de comprendre les déformations des raies de diffraction de l austénite, un modèle de simulation de ces raies a été élaboré. Le modèle décrit correctement les déformations (élargissement, décalage, dédoublement) observées à partir de l hypothèse que l expansion de la maille austénitique est due à la présence de l élément implanté et est proportionnelle à la concentration de l élément au travers d un coefficient k . Ce coefficient ne dépend que de l élément et varie linéairement avec son rayon.ORLEANS-BU Sciences (452342104) / SudocSudocFranceF

Films minces de copolymères à blocs pour la réalisation de gabarits à porosité contrôlée

Des masques polymères à porosité contrôlée sont fabriqués à partir de films minces de copolymères à blocs auto-organisés polystyène-b-polylactide (PS-PLA) et polystyrène-b-poly(méthacrylate de méthyle) (PS-PMMA). Les films doivent être réorganisés grâce à une exposition aux vapeurs de solvant (THF ou DCE) pour obtenir des cylindres perpendiculaires à la surface, dans le volume et arrangés de façon hexagonale à longue distance. L extraction sélective des domaines minoritaires conduit alors à des films minces poreux de PS. La mise en place de nouvelles techniques de caractérisation (analyse des images AFM, analyse MEB de répliques de système poreux, ellipso-porosimétrie) a permis d évaluer l influence de nombreux paramètres (nature du substrat, épaisseur du film, mode de dépôt, nature du solvant, temps et mode d exposition aux vapeurs du solvant, ) sur la morphologie des films (surface, interface substrat/film, volume) et sur la cinétique de réorganisation. Des mélanges de copolymères à blocs A-B et d homopolymères C (PS-PMMA/PLA, PS-PLA/PMMA, PS-PLA/PEO, PS-PEO/PLA, PS-PEO/PMMA, PS-PMMA/PEO) sont également étudiés. L ajout d homopolymères permet dans certains cas, d améliorer la réorganisation des films de copolymères à blocs. Il permet également une augmentation des tailles caractéristiques du système. L homopolymère C se localise au centre des domaines du bloc minoritaire B si A-C> B-C et A-C > A-B. Par exemple, dans le cas du mélange PS-PMMA/PLA, des cylindres perpendiculaires à la surface et organisés de façon hexagonale sont observés après exposition aux vapeurs de THF avec incorporation des domaines d homopolymères PLA au centre des domaines de PMMA.Polymer films with controlled porosity are obtained from block copolymer thin films of polystyrene-b-polylactide (PS-PLA) and polystyrene-b-poly(methylmethacrylate) (PS-PMMA). The morphology of these films must be reorganized by solvent annealing (THF or DCE) in order to obtain the cylinders perpendicular to the surface, in the volume and arranged in a hexagonal lattice over a long distance. The selective removal of the minority domains leads to a porous thin film of PS. New characterization techniques (AFM image analysis, SEM analysis of the silica replica, ellipsoporosimetry) are developed to evaluate the influence of various parameters (substrate nature, film thickness, method of deposition, duration and method of solvent vapors annealing ) on the morphology of the film (surface, interface and volume) and on the kinetics of reorganization. Blends of copolymer/homopolymer A-B/C (PS-PMMA/PLA, PS-PLA/PMMA, PS-PLA/PEO, PS-PEO/PLA, PS-PEO/PMMA, PS-PMMA/PEO) are also studied. In some cases, the addition of homopolymers can improve the reorganization of block copolymer films. It also allows an increase of the characteristics size of the system. Homopolymers C locate at the center of the minority B domains if A-C> B-C and A-C> A-B. For example, in the case of PS-PMMA/PLA blends, cylinders perpendicular to the surface and hexagonally arranged are observed after exposure to vapor of THF with incorporation of PLA homopolymer in central PMMA domains.ORLEANS-SCD-Bib. electronique (452349901) / SudocSudocFranceF

Morphology and cure kinetics of unsaturated polyester resin/block copolymer blends

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New insights into polymer-solvent affinity in thin films

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A simple route to ordered metal oxide nanoparticle arrays using block copolymer thin films

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PS-b-PMMA/PLA blends for nanoporous templates with hierarchical and tunable pore size

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Phase-separation mechanism and corresponding final morphologies of thermoset blends based on unsaturated polyester and low-molar-weight saturated polyester

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