Analyse de la périphérie du combustible nucléaire à fort taux de combustion : étude du mono-uranate de césium, C2UO4

par Jean-Philippe Berton

Thèse de doctorat en Génie des matériaux

Sous la direction de Jean-Louis Vuillermoz.


  • Résumé

    Le césium est l'un des plus importants produits de fission aussi bien dans les crayons combustibles des réacteurs à eau pressurisée que dans ceux des réacteurs rapides. Dans les conditions normales de fonctionnement, il migre axialement et radialement et peut se combiner avec le combustible pour former des composés du système Cs-U-0. Ce travail étudie d'abord la stabilité thermique et la compatibilité chimique du monouranate de césium dans les conditions du réacteur. La synthèse du monouranate de césium (Cs2UO4) a ensuite été réalisée et des essais de stabilité thermique en absence d'oxygène ont été effectués et ont montré la stabilité du Cs2UO4 jusqu'à au moins 800°C à l'aide d'analyses aux rayons X et de la thermogravimétrie. Il se décompose en Cs2U207 et Cs20 à 800 °C. Des essais de densification de la poudre de Cs2UO4 ont permis ensuite d'obtenir des pastilles à 90% de la densité théorique. Des mesures de dilatation thermique et de conductivité thermique ont permis d'établir des relations simples de la dilatation et de la conductivité thermique du mono-uranate de césium en fonction de la température. A partir d'essais en compression simples, d'essais cyclés de chargement-déchargement et d'essais de fluage, les principales tendances des propriétés mécaniques du mono-uranate de césium ont été identifiées. La mise en évidence du comportement visco-plastique du mono-uranate de césium au-delà de 400°C conduit à penser que sous l'effet des sollicitations mécaniques et thermiques, ce composé d'interface pourrait pénétrer les fissures et participer ainsi à une meilleure distribution des contraintes azimuthales sur la gaine pendant un transitoire de puissance.

  • Titre traduit

    = Analysis of the periphery of the nuclear fuel at high burnup : study of the caesium-mono-uranate, C2UO4


  • Résumé

    Caesium is one of the most abundant fission product of thermal and fast reactor. Under reactor operating conditions, it migrates to the periphery of the cylindrical fuel pellets and reacts with uranium dioxide to form caesium uranates. This work first determines the thermal stability and chemical stability of Cs2UO4. Caesium uranate was prepared by heating a mixture of caesium carbonate and U3O8 in air at 943°K. The reaction product was characterised by X-ray diffraction and was chemically stable up to about 1073°K in inert atmosphere. The decomposition into Cs2U2O7 and Cs20 was investigated by thermogravimetry and X-ray analysis. Cylindrical pellets prepared by pressing (hot pressing) the caesium uranate powder to 90% of the theoritical density, were used to give simple relations for the thermal conductivity and the expansion coefficient versus temperature. The samples have been tested in a mechanical testing machine in order to get the principal tends of the mechanical properties of cesium mono-uranate. The results obtained so far improve the knowledge of the mechanical properties of the caesium uranate. Lt can be anticipated that the visco-plasticity of caesium uranate is high enough to ensure a more favourable distribution of the mechanical stresses at the pellet periphery during power ramp.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (174 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr.

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  • Bibliothèque : Institut national des sciences appliquées (Villeurbanne, Rhône). Service Commun de la Documentation Doc'INSA.
  • Accessible pour le PEB
  • Cote : C.83(1975)
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