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10 oct
10/10/2019 13:30

Sciences & Société

Soutenance de thèse : Piotr KONARSKI

Thermo-chemical-mechanical modeling of nuclear fuel behavior. Impact of oxygen transport in the fuel on Pellet Cladding Interaction

Doctorant : Piotr KONARSKI

Laboratoire INSA : MATEIS
Ecole doctorale : ED34 : Matériaux de Lyon

L’objectif de cette thèse est d'étudier l'impact du transport de l’oxygène sur la thermochimie de l’interaction pastille-gaine. Pendant les rampes de puissance, le combustible nucléaire est exposé à des gradients de température élevés. Il subit des changements chimiques et structurels. Le gonflement du combustible entraîne un contact mécanique avec la gaine, provoquant des contraintes mécaniques élevées. Simultanément, des espèces chimiquement réactives sont libérées par le centre des pellets chauds et peuvent interagir avec la gaine. La combinaison de ces facteurs chimiques et mécaniques peut entraîner une défaillance de la gaine causée par la fissuration par corrosion sous contrainte. Il a été prouvé que le transport de l'oxygène sous des gradients de température élevés affecte la thermochimie, ce qui peut jouer un rôle important dans la fissuration par corrosion sous contrainte. Cette thèse présente des simulations 3D de rampes de puissance dans des réacteurs à eau sous pression avec le code de performance de combustible ALCYONE, qui fait partie de l'environnement informatique PLEIADES. Le code a été mis à jour pour associer la description de la thermochimie du carburant irradié déjà disponible au transport de l'oxygène en tenant compte de la thermo diffusion de l'oxygène. L'impact de la redistribution de l’oxygène pendant une période transitoire de puissance sur la thermochimie du combustible irradié et sur le relâchement de gaz chimiquement réactif provenant du combustible (I(g), I2(g), CsI(g), TeI2(g), Cs(g) et Cs2(g) principalement) est étudié. Les simulations montrent que la redistribution de l’oxygène, même modérée, conduit à la réduction des oxydes métalliques (dioxyde de molybdène, molybdates de césium, oxyde de chrome) au centre des pastilles de combustible et, par conséquent, au relâchement d’une quantité beaucoup plus importante de césium gazeux, en accord avec les examens post-irradiation. Les calculs tridimensionnels des quantités d'importance pour la fissuration par corrosion sous contrainte due à l'iode (contrainte circonférentielle, déformation circonférentielle, pression partielle d'iode sur gaine) sont ensuite utilisés dans des simulations de propagation de fissures de gaine.

Informations complémentaires

  • CEA Cadarache (St Paul lez Durance)