Comportement des interfaces UO2/H2O de haute pureté sous faisceau d'ions He2+ en milieu désaéré

Behaviour of high purity UO2/H2O interfaces under helium beam irradiation in deaerated conditions

• Auteur / Autrice : Eric Mendes
• Direction : Eric Simoni
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance en 2005
• Etablissement(s) : Paris 11
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne)

Mots clés

Mots clés libres

Radiolyse

Irradiation

Interface

Altération

Lixiviation

Dioxyde d'uranium

Electrochimie

Résumé

Une question posée dans le cadre du stockage des combustibles nucléaires usés en site géologique est celle de leur devenir en présence d'eau. Un programme fondamental, dans le cade du projet PRECCI (CEA), a pour but de mettre en évidence le comportement d'interfaces qui puissent servir de modèles, pour les interfaces combustible nucléaire usé/eau dans le cas où le combustible est du dioxyde d'uranium UO2. Ce doctorat s'intéresse à l'effet de l'activité a qui est la seule à perdurer dans les combustibles usés sur de longues périodes. Il s'agit d'identifier les mécanismes d'altération et de lixiviation des surfaces en présence d'irradiation a. Un équipement est mis au point pour irradier des interfaces UO2/H2O en milieu désaéré avec le faisceau d'ions He2+ d'un cyclotron. Les ions He2+ traversent le disque UO2 et sortent dans l'eau avec une énergie de 5 MeV. Des lixiviations sous irradiation sont réalisées sur une large gamme de flux de particules. La caractérisation post-irradiation de la surface des disques par spectroscopie micro-Raman a permis d'identifier la couche d'altération formée. Elle est composée de studtite UO2(O2),4H2O, et de schoepite UO3,xH2O. L'analyse des solutions montre que le relâchement d'uranium augmente fortement. Les propriétés électrochimiques des interfaces sous irradiation diffèrent fortement de celles avant irradiation. Ce travail permet de proposer que les espèces radiolytiques vues par l'interface le soient pendant la phase hétérogène d'évolution des traces et sont des espèces de courte durée de vie. Les modélisations montrent que les espèces radiolytiques radicalaires peuvent migrer vers l'interface et réagir avec la surface UO2.

A question put within the framework of the nuclear fuel storage worn in geological site is what become to them in the presence of water. The aim of a fundamental program, of PRECCI project (ECA), is to highlight the behaviour of interfaces which can be used as models for the interfaces nuclear spent fuel/water if the fuel is uranium UO2 dioxide. This doctorate is interested in the effect of the alpha activity which is the only one that exist in the spent fuel after long periods. The aim is to identify the mechanisms of alteration and of leaching of surfaces under alpha irradiation. A method is developed to irradiate UO2/H2O interfaces in deaerated conditions with the beam of He2+ produced by a cyclotron. The He2+ ions cross an UO2 disc and emerge in water with an energy of 5 MeV. Leachings under irradiation are carried with a large range of particles flux. The post-irradiation characterization of the surface of the discs realised by micro-Raman spectroscopy allowed to identify the alteration layer. It is made up of studtite UO2(O2),4H2O, and of schoepite UO3,xH2O. The analysis of the solutions shows that the uranium release strongly increases. The electrochemical properties of the interfaces under irradiation strongly differ from those before irradiation. This work allows to propose that the radiolytic species seen by the interface are it during the heterogeneous phase of evolution of the traces and are species of short lives. Modelings show that the radiolytic radicals species can migrate toward the interface and react with the UO2 surface.