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Enhancing Nuclear Safety


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Behavior of rare gases confined in a ceramic matrix at high temperature: modeling of semi-empirical approaches

Mehdi Colbert has defended his thesis on 15th November 2012 in Marseille.

Document type > *Mémoire/HDR/Thesis

Keywords >

Research Unit > IRSN/DPAM/SEMCA/LEC

Authors > COLBERT Mehdi

Publication Date > 15/11/2012

Summary

Le dioxyde d’uranium UO2 est utilisé en tant que combustible standard dans les réacteurs à eau pressurisée (REP). Pour cette raison il est très important de bien connaître ses propriétés mécaniques, thermiques et physico-chimiques dans les conditions de fonctionnement normales ou accidentelles (600K - 2000K). Lors des réactions de fissions de l'uranium, des gaz rares tel que le Xe et Kr sont générés. Ces atomes présentent une très faible solubilité dans la matrice combustible et vont donc soit être relâchés, soit former des bulles de gaz (intra ou intergranulaires) au sein de l’UO2. La présence de ces bulles modifie les propriétés thermomécaniques du combustible. Les enjeux en termes de sûreté, liés à la présence de ces bulles, ont donné lieu à d'importants travaux, tant sur le plan expérimental que théorique, afin d'accroître notre compréhension de l'ensemble des propriétés physiques et du comportement du combustible. L’objectif de ces travaux est de mieux comprendre l'impact de bulles de gaz intragranulaires sur le comportement du combustible au moyen de modélisations atomistiques. Dans un premier temps, l'impact de cavités intragranulaires sur les propriétés thermomécaniques (comportement élastique, dilatation thermique et conductivité thermique) a été étudié par des approche semi-empiriques. Un soin particulier a été porté à l’étude des effets d’interfaces pour ces cavités nanométriques. Dans un deuxième temps, nous avons procédé à un remplissage physique des ces cavités par du xénon et nous avons étudié la microstructure et les pressions régnant au sein des bulles.  Le confinement par la céramique conduit à des pressions dans les bulles beaucoup plus importantes qu’estimé jusque là.

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