Etude et optimisation du combustible à poison consommable de structure composite UO2/Gd2O3

= Study and optimization of the composite nuclear fuel with burnable poison U02/Gd203

• Auteur / Autrice : Didier Balestrieri
• Direction : Gilbert Fantozzi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des matériaux
• Date : Soutenance en 1995
• Etablissement(s) : Lyon, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Matériaux de Lyon (Villeurbanne1992?-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives. Direction des sciences de la matière (France1990-2015)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Gadolinium

Uranium -- Composés

Combustion nucléaire

Résumé

La céramique composite étudiée concerne un combustible nucléaire constitué d'une matrice de dioxyde d'uranium au sein de laquelle sont dispersés de gros grains (ou "macromasses") d'oxyde de gadolinium de 300 ± 100 μm de diamètre (fraction massique de 12%). Utilisé comme poison consommable, l'oxyde de gadolinium a fait l'objet d'une attention particulière puisque certaines de ses propriétés comme la structure cristalline, l'aptitude au frittage et le comportement thermomécanique, ont été étudiées. L'objectif de cette étude a consisté à mettre au point et à optimiser le procédé de fabrication du composite afin de répondre à des spécifications précises du point de vue de la densité et de la microstructure ainsi que de la forme et de la fraction massique des macro masses. Dans ce cadre, il s'est avéré nécessaire de consolider les macro masses de Gd2O3 par un traitement thermique préalable afin d'éviter leur déformation au cours du pressage uni-axial. L'influence des conditions de cette pré-consolidation sur la microstructure finale, l'aptitude au frittage et la conductivité thermique du composite a été étudiée.

The present study concerns a composite nuclear fuel composed of gadolinia spherical inclusions (300 ± 100 μm diameter) homogeneously dispersed within urania matrix. A special attention was drawn to the gadolinium oxide, used as burnable poison, for which crystal structure, sinterability and thermo-mechanical behaviour were studied. This work aims to develop and optimize the composite fabrication process to respect precise specifications like density and micro structure as well as inclusions form and content. In this context, it has been necessary to reinforce gadonium oxide inclusion by a preliminary thermal treatment in order to avoid their deformation during the uniaxial pressing; The effects of this preliminary reinforcement on the final microstructure, the sinterability, and the thermal conductivity of the duplex structure were studied.