Soutenance de thèse de LOKESH VERMA

Les gaz de fission (Xe, Kr) produits pendant l'irradiation d'un combustible nucléaire peuvent provoquer du gonflement et la libération de gaz de fission, qui peut affecter la performance globale du combustible. La théorie de la diffusion effective, qui est généralement utilisée dans la modélisation de l’irradiation de base du combustible nucléaire, ne permet pas de prédire le dégagement de gaz de fission intra-granulaire pendant les essais de recuit post-irradiation. Parmi les différents scénarios proposés, nous discutons et analysons trois des mécanismes possibles: Le mouvement dirigé vers la surface du grain de bulles de gaz intra-granulaires pressurisées dans un gradient de concentration de lacunes; Le mouvement brownien de ces bulles intra-granulaires via des mécanismes de diffusion en volume et en surface des bulles; Un scénario de mouvement de bulles de gaz avec les dislocations via le mécanisme de montée de dislocation. Un nouveau modèle spatialisé, le modèle BEEP, a été mis au point pour la migration des bulles de gaz et leur interaction avec les défauts ponctuels. Les analyses effectuées à l'aide du modèle BEEP montrent que ni le mouvement dirigé ou aléatoire, ni leur combinaison ne peuvent expliquer le relâchement important de gaz de fission obtenu lors du recuit post-irradiation dans notre expérience de référence. Il a été démontré que le mécanisme de montée peut constituer un mécanisme de relâchement de gaz important, cependant, le coefficient de diffusion de lacunes le long d’une dislocation, non connu, a été pris comme paramètre ajustable. Les travaux menés dans le cadre de cette thèse ont permis de mieux comprendre le transport des bulles de gaz intra-granulaires et son impact sur le relâchement des gaz de fission. Ce travail permet aussi de mieux cerner les questions aux quelles il serait profitable de répondre aux plus basses échelles.

Fission gases (Xe, Kr) produced during irradiation in a nuclear fuel can contribute to significant effects such as swelling and fission gas release which may affect the overall performance of the fuel. The effective diffusion theory, which is generally used in the modelling of base-irradiation of nuclear fuel, cannot predict the intra-granular fission gas release during post-irradiation annealing tests. From the several scenarios proposed, we discuss and analyze three such mechanisms: The directed movement of pressurized intra-granular gas bubbles in a vacancy concentration gradient towards the grain surface; The Brownian movement of these intra-granular bubbles via volume and surface diffusion mechanisms; A scenario of gas bubble movement along with the dislocations via the mechanism of dislocation climb. A new spatially resolved model, BEEP Model, has been developed for gas bubble migration and its interaction with point defects. Analyses done using the BEEP model show that neither of the directed or random movement, nor their combination, could explain the large fission gas release obtained during post-irradiation annealing in our reference experiment. The dislocation climb mechanism has been demonstrated as a prominent gas release mechanism, however, the values for diffusion of vacancies on the dislocations are not known and were chosen to allow gas release. The work carried out in this thesis has provided a better insight to the transport of intra-granular gas bubbles and its impact on fission gas release. This work also emphasized the questions that need to be answered at the lower scales.