Evaluation du comportement sous irradiation de Ti₃SiC₂. Etude de l'endommagement structural et microstructural

par Jean-Christophe Nappé

Thèse de doctorat en Génie des Procédés

Sous la direction de Philippe Grosseau.

Soutenue en 2009

à Saint-Etienne, EMSE .


  • Résumé

    Parmi les six nouveaux systèmes de réacteurs nucléaires envisagés par le Forum International Génération IV, le réacteur à neutrons rapides et à caloporteur gaz est étudié en France. Ses conditions de fonctionnement nominal (haute température et pression d'hélium) ont conduit à la sélection de céramiques non-oxydes pour la gaine de combustible. Parmi ces céramiques, Ti₃SiC₂ se distingue par sa particularité à combiner certaines propriétés des métaux à celles des céramiques. Cependant, son comportement en réacteur n'est pas connu. L'objectif de cette thèse est ainsi de caractériser l'endommagement de Ti₃SiC₂2 sous irradiation, en utilisant les irradiations ioniques pour simuler l'effet des irradiations neutroniques. Des échantillons ont été irradiés par différents couples ion-énergie (Au de 4 MeV, Kr de 74 MeV, Xe de 92 MeV et de 930 MeV) à différentes fluences et températures. Après irradiation, les modifications structurales ont été caractérisées par diffraction des rayons X sous faible incidence et par microscopie électronique en transmission de sections transverses alors que la microscopie à force atomique a permis l'étude des modifications microstructurales. Ainsi, quelles que soient les irradiations réalisées Ti₃SiC₂ reste cristallisé (jusqu'à 7 dpa d'endommagement) et aucune trace latente n'est observable (28 keV nm⁻¹ de pouvoir d'arrêt électronique maximal). De plus, en fonction des paramètres d'irradiation, une dilatation de la maille hexagonale compacte de Ti₃SiC₂ suivant l'axe c est observée, induisant notamment des microdéformations. Enfin, d'un point de vue microstructure, les irradiations aux ions Xe de 92 MeV induisent la formation de monticules en surface alors qu'un léger gonflement est observé pour les irradiations aux ions Au de 4 MeV.

  • Titre traduit

    Assessment of the behaviour of ti3sic2 under irradiations: study of both structural and microstructural spoiling


  • Résumé

    Among the six new systems of nuclear reactors considered by Generation IV International Forum, the gas fast reactor is studied in France. Its working conditions (both high temperature and pressure) led to select non-oxide ceramics for the cladding material. Among these ceramics, Ti₃SiC₂ is distinguishable by its particularity to combine some properties of metals with those of ceramics. However, its behaviour under irradiation is not known. The goal of this PhD is so to characterize the damages induced by irradiations in Ti₃SiC₂ by using ionic irradiations to simulate the effect of neutron irradiations. Some specimens were irradiated by different ion-energy couples (4 MeV Au, 74 MeV Kr, 92 MeV and 930 MeV Xe) at several fluences and temperatures. After irradiation, the structural changes were characterised by low incidence X-ray diffraction and transmission electron microscopy whereas atomic force microscopy allowed the microstructural change study. Thus, whatever the performed irradiations are, Ti₃SiC₂ remains crystallized (up to 7 dpa of damages) and no latent track was noticeable (28 keV nm⁻¹ of maximal electronic stopping power). Moreover, as a function of irradiation parameters, an expansion of the hexagonal close-packed unit cell of Ti₃SiC₂ is noticed along the c axis, leading notably to microstrains. Eventually, from the point of view of the microstructure, the 92 MeV Xe ion irradiations induce the formation of hills on the surface whereas a slight swelling is noticed by the 4 MeV Au ion irradiations.

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Informations

  • Détails : 1 volume (viii-155 pages)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliographie pages 127-146

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  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 539.7 NAP
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