Effet de l'irradiation (alpha, gamma) sur l'altération des matrices de déchets nucléaires de hautes activités (UO2, hollandite, verre SON68)

par Tomo Suzuki

Thèse de doctorat en Chimie. Radiochimie

Sous la direction de Bernd Grambow et de Abdesselam Abdelouas.

Soutenue en 2007

à Nantes , dans le cadre de École doctorale sciences et technologies de l'information et des matériaux (Nantes) .

mots clés

• Déchets radioactifs
• Chimie sous rayonnement

Résumé

Le but de ce travail est de déterminer l’effet de l’irradiation sur l’altération des matrices de confinement des déchets nucléaires de hautes activités. Les matrices étudiées sont l’UO2 pour simuler le combustible irradié, la hollandite pour le confinement spécifique du Cs, et le verre inactif SON68 représentant le verre nucléaire R7T7. I) Les expériences d’irradiation alpha sur les colloïdes de UO2 ont permis de discerner entre l’étape initiale d’oxydation de la matrice UO2 et la dissolution comme étape suivante. La présence simultanée de carbonate et de H2O2 (produit issu de la radiolyse de l’eau) augmente la dissolution des colloïdes à sa valeur maximale gouvernée par la vitesse d’oxydation. Ii) L’étude de l’altération de la hollandite sous l’effet de l’irradiation gamma a confirmé la bonne capacité de rétention du Cs et du Ba. L’irradiation gamma a apporté que peu d’influence sur le relâchement du Cs et du Ba en solution. L’irradiation électronique a conduit à l’amorphisation de la hollandite seulement pour une dose 1000 fois supérieures à la dose auto-induite par le Ba pour des million d’années. Iii) Les expériences d’irradiation du verre SON68 sous faisceau alpha et les implantations à l’hélium ont été analysées par spectroscopie d’annihilation de positons.

Résumé

The aim of this work is to determine the effect of irradiation on the alteration of high level nuclear waste forms matrices. The matrices investigated are UO2 to simulate the spent fuel, the hollandite for the specific conditioning of Cs, and the inactive glass SON68 representing the nuclear glass R7T7. I) The alpha irradiation experiments on UO2 colloids in aqueous carbonate media have enabled to distinguish between the oxidation of UO2 matrix as initial and dissolution as subsequent step. The simultaneous presence of carbonate and H2O2 (product resulting from water radiolysis) increased the dissolution rate of UO2 to its maximum value governed by the oxidation rate. Ii) The study of hollandite alteration under gamma irradiation confirmed the good retention capacity for Cs and Ba. Gamma irradiation had brought only a little influence on releasing of Cs and Ba in solution. Electronic irradiation had conducted to the amorphisation of the hollandite only for a dose 1000 times higher than the auto-induced dose of Ba over millions of years. Iii) The experiences of glass irradiation under alpha beam and of helium implantation in the glass SON68 were analyzed by positon annihilation spectroscopy.