The uranium valence in the Cs-U-O system : crystal structures and thin layers : contribution to the physico-chemical study of grain boundaries in irradiated fuel

par Sven Van Den Berghe

Thèse de doctorat en Matériaux céramiques et traitements de surface

Sous la direction de Bernard Gaudreau.

Soutenue en 2001

à Limoges , en partenariat avec Université de Limoges. Faculté des sciences et techniques (autre partenaire) .

mots clés

• Spectroscope photoélectrons X
• Césium
• Uranium (combustible)
• Rayons X -- Diffraction
• Neutrons -- Diffraction
• Rietveld, Méthode de
• Couches minces
• Oxydation

Résumé

Ce travail est une contribution à l'étude du système Cs-U-O. Il met en évidence la modification du degré d'oxydation de l'uranium, induite par le césium, par l'intermédiaire des anions oxygène. Ceci a été montré de deux manières différentes: la première concerne d'abord la détermination des structures cristallines de plusieurs uranates de césium, réalisée à partir des données obtenues par diffraction des rayons X et des neutrons, à l'aide de la méthode de Rietveld. Elle a été complétée par des examens faits, d'une part par spectroscopie de photoélectrons X (XPS) afin de préciser le ou les degrés d'oxydation des cations uranium, d'autre part par spectroscopie d'absorption des rayons X (XAS) pour étudier directement leur environnement local. La méthode des valences électrostatiques a permis de corroborer les divers résultats. La seconde porte sur des couches minces simulant les joints de grains du combustible nucléaire irradié. Le décapage réactif d'uranium métallique par des ions argon, en présence d'oxygène en quantité connue, a, tout d'abord permis de préparer des couches de dioxyde UO2. Celles-ci ont ensuite été recouvertes par du césium, le degré d'oxydation de l'uranium étant simultanément suivi par spectroscopie de photoélectrons UV (UPS) et X (XPS). Un décapage réactif d'uranium en présence d'oxygène et de vapeur de césium, a enfin conduit à la formation de couches mixtes de ces trois éléments chimiques, qui ont été étudiés comme précédemment. Lors de la formation de couches mixtes constituées d'uranium, césium et oxygène, la formation de cation U6+ a pu être montrée, alors que dans les même conditions, ils n'apparaissent pas en l'absence de césium.

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