Comportement du combustible (U,Gd)O2 en irradiation : effet du gadolinium sur l’évolution microstructurale et sur le comportement des gaz de fission

par Rémy Delorme

Thèse de doctorat en Milieux denses, matériaux et composants

Sous la direction de Serge Bouffard.

Soutenue en 2013

à Caen .


  • Résumé

    Le gadolinium est utilisé dans les combustibles nucléaires en tant que poison consommable. Son rôle est de participer au contrôle de la réactivité et notamment celle des assemblages neufs. La présence de gadolinium dans la maille fluorine de l’UO2 a une influence sur certaines propriétés du combustible vierge telle que la conductivité thermique. La problématique de ces travaux est la description et la compréhension du comportement en irradiation du combustible (U,Gd)O2 (en conditions de fonctionnement nominal, en situation de rampe de puissance et lors de transitoires thermiques post-irradiation). Deux aspects du comportement en irradiation feront l’objet d’attentions particulières : l’évolution microstructurale du combustible et le comportement des gaz de fission. L’ensemble des études sera mené sur un matériau unique, le combustible industriel de fabrication AREVA contenant 8 % en masse de Gd2O3. Le résultat principal issu de ces travaux est la mise en évidence expérimentale de la formation anticipée en taux de combustion de la zone HBS dans l’(U,Gd)O2 par rapport à l’UO2. L’étude détaillée de ce phénomène a permis de mettre en évidence que l’introduction du cation Gd3+ dans la structure fluorine est la cause principale de ce résultat. La présence de gadolinium augmente le désordre structural du combustible vierge, favorise la précipitation des gaz de fission et induit la restructuration anticipée en taux de combustion de l’(U,Gd)O2.


  • Résumé

    Gadolinium is used as a burnable absorber in nuclear fuel in order to control the reactivity and specially the reactivity of new fuel assemblies. It is now well known that gadolinium introduction in UO2 lattice affects several properties of as-fabricated fuel such as the thermal conductivity. The major issue of this work is the description and the understanding of (U,Gd)O2 fuel behaviour under irradiation (standard irradiation, power ramp and post-irradiation thermal annealing). Fuel microstructural evolution and fission gas behaviour will be particularly investigated. All the study will be carried out on an only material the industrial fuel manufactured by AREVA (8 wt % of Gd2O3). The main result highlighted in this work is that the HBS formation occurs earlier, in terms of local burn-up, in (U,Gd)O2 than in UO2. Detailed characterisations of this result have indicated that the trivalent gadolinium cation introduction in the fluorite structure of UO2 is the key parameter. Indeed gadolinium increases the initial structural desordre, enhances the fission gas precipitation and thus induces the early HBS formation in (U,Gd)O2 fuel.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (253 p.)
  • Notes : Thèse confidentielle jusqu’en Novembre 2015 / Publication non autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. 158 réf. Index

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  • Non disponible pour le PEB
  • Cote : TCAS-2013-91
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  • Disponible pour le PEB
  • Cote : TCAS-2013-91bis
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