Etude du comportement sous irradiation neutronique du diborure de hafnium

Study of the behavior of hafnium diboride under neutron irradiation

• Auteur / Autrice : PASCALE CHEMINANT COATANLEM
• Direction : Alain Thorel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences appliquées
• Date : Soutenance en 1997
• Etablissement(s) : Paris 11

Résumé

Du fait de sa bonne efficacite neutronique et de son caractere refractaire, le diborure de hafnium est un candidat potentiel pour une utilisation comme absorbant neutronique dans les barres de commande des reacteurs a eau sous pression de prochaine generation. Les causes d'endommagement sous irradiation neutronique dans cette ceramique viennent essentiellement de la reaction #1#0b(n,)#7li qui introduit dans la structure cristalline des atomes etrangers et des defauts ponctuels. Les etudes portent sur le compose stoechiometrique hfb#2 et le compose hfb#2 + 10% vol. Hf. Ils ont subi des irradiations neutroniques a differentes fluences et temperatures. Des irradiations electroniques et des implantations d'helium et de lithium ont egalement ete effectuees afin de simuler l'apparition de defauts ponctuels et/ou de produits de fission. Les observations des echantillons par microscopie electronique en transmission et a balayage ont permis de determiner les mecanismes d'endommagement de hfb#2. A basse temperature (<500c), les defauts d'irradiation se rassemblent en boucles de dislocations, lacunaires et interstitielles. Ces boucles ont une organisation particuliere dans le reseau cristallin de hfb#2, les boucles lacunaires se placant dans le plan de base et les boucles interstitielles dans les plans perpendiculaires au plan de base. Cela induit une deformation anisotrope des grains qui est a l'origine du developpement de contraintes internes. Celles-ci sont associees a l'empilement des dislocations autour des joints de grains et a la formation de cavites dans les joints de grains. A haute temperature (>700c), les memes boucles de dislocations apparaissent. Cependant on observe en plus la diffusion des defauts d'irradiation vers les joints de grains, dans lesquels se forment alors des bulles d'helium. Ce dernier mecanisme de fragilisation du materiau devient predominant. Les pastilles de hfb#2 + 10% hf resistent mieux a l'irradiation que les pastilles de hfb#2. On explique ce resultat par le fait que, d'une part, les pastilles de hfb#2 + 10 % hf ont une resistance a la rupture plus elevee que hfb#2 et, d'uatre part, que les grains des pastilles de hfb#2 + 10 % hf presentent des colonies preexistantes de cavites intragranulaires d'environ 15 nm de diametre qui jouent le role de puits de defauts d'irradiation.