Soutenance de thèse de Rébecca DOWEK

Au cours de l'irradiation des pastilles de combustibles nucléaires, les réactions de fission entraînent une accumulation progressive de nouveaux atomes, dont certains sont gazeux. Ces gaz de fission, et les bulles qu’ils forment, contribuent de manière significative au comportement du combustible lors du fonctionnement nominal, ainsi qu’en cas de fonctionnement incidentel ou accidentel. Ce travail de thèse apporte une meilleure description de l’état des gaz de fission, à l’échelle micrométrique et à fort taux de combustion, grâce à de nouvelles campagnes expérimentales de caractérisation et des méthodologies, améliorées ou nouvelles, d’acquisition, de traitement et d’analyse des données qui en résultent. Ces campagnes ont été menées en laboratoire de haute activité (LECA STAR), avec différents équipements de microanalyse. Deux types de combustibles ont été examinés, avec des tailles de grains initiaux différentes, et des taux de combustion différents. L’étude a été menée selon trois axes principaux : la morphologie des bulles, grâce à des examens 2D et 3D au MEB-FIB, les évolutions microstructurales, grâce à des cartographies EBSD, et la quantification des gaz afin d’estimer la pression des gaz de fission dans les bulles, en combinant microsonde, SIMS et MEB-FIB. Ces travaux ont permis d’établir de nouvelles méthodologies d’analyse des gaz de fission et de la microstructure. La combinaison des résultats obtenus dans les différents axes ont permis de dresser des schémas synthétiques de l’état des gaz, selon la position radiale, le taux de combustion, et la microstructure initiale du combustible. Ce travail va permettre d’enrichir, d’alimenter, et de valider les codes de calcul de modélisation du comportement du combustible UO2 à fort taux de combustion.

During the irradiation of nuclear fuel pellets, fission reactions lead to a progressive accumulation of new atoms, some of which are gaseous. These fission gases, and the bubbles they form, contribute significantly to the fuel’s behavior, whether during operation in nominal conditions or in incidental or accidental cases. This thesis work provides a better description of the fission gases’ state at a micrometer scale of high burn up PWR UO2 fuels, thanks to experimental characterization campaigns and improved or new methodologies for data acquisition, processing and analysis. These campaigns were carried out in a high activity laboratory (LECA-STAR), with different microanalysis equipment. Two types of fuels were examined, with different initial grain sizes and different burn-ups. The study was conducted along three main fronts: morphology of the bubbles, thanks to 2D and mainly 3D FIB-SEM examinations, the microstructural evolutions, thanks to EBSD caracterizations, and the quantification of the gases in order to estimate the pressure of the fission gases in the bubbles, by combining microprobe, SIMS and SEM-FIB measurements. This work has allowed to establish new methodologies for fission gas and microstructure analysis. The combination of the results obtained in these different areas has led to a synthetic representation of the gas state, as a function of the radial position, the burn-up, and the initial microstructure of the fuel. This work will allow to enrich, feed and validate the calculation codes for the modeling of the UO2 fuel behavior at high burn-up