Contexte :
Les composés plutonifères interagissent avec leur environnement notamment par le biais de processus de radiolyse. Au travers de ces processus, la production de gaz tels que l’H2 ou le CH4 à l’intérieur des conteneurs peut alors se produire. Ainsi, les phénomènes radiolyse sont à considérer vis-à-vis de la sûreté des stockages de matière nucléaire.
Objectif de la thèse :
Il apparaît clairement que ces phénomènes de radiolyse ne peuvent être saisis dans leur globalité sans effectuer des études ciblées visant à comprendre les mécanismes élémentaires mis en jeu. L’objectif à terme est de développer un modèle fiable, validé par des données expérimentales, permettant d’estimer l’évolution
au cours du temps des conditions d’entreposage de la matière nucléaire en fonction du type de produit considéré, de sorte à améliorer les standards de stockage et anticiper leur modification.
Déroulement de la thèse :
Afin de répondre à cette problématique, le rôle des oxydes de carbone sur les mécanismes d’évolution de la composition des atmosphères de stockage au travers de la radiolyse alpha de l’eau adsorbée sur les oxydes de plutonium sera étudié.
Dans un premier temps, seul l’effet du rayonnement sur le comportement des gaz d’intérêt (N2, O2, H2O, CO2, CO) en mélange dans un gaz tampon de type atmosphère de stockage (Ar, N2 ou air) sera étudié. Ces essais consisteront à irradier au moyen d’un faisceau d’électrons ou d’une source gamma externe des échantillons de gaz et à analyser leur composition en fonction de la dose délivrée par chromatographie gazeuse, infra-rouge ou spectrométrie de masse. L’influence de la présence d’oxygène sera également traitée pour comprendre les phénomènes dans les stockages sous air.
Préalablement aux essais d’irradiation décrits précédemment, il sera nécessaire d’effectuer une étude dosimétrique de l’énergie réellement déposée dans le gaz dans les conditions opératoires. Ce type de mesure, essentiel pour construire des mécanismes de radiolyse fiables, demeure néanmoins original dans le cas de la radiolyse des gaz. Il sera alors également intéressant de comparer les valeurs obtenues avec des simulations d’énergie déposée.
Dans un second temps, l’effet de la nature des surfaces sur la radiolyse de ces gaz devra être étudié. En effet, il est connu que les surfaces peuvent jouer un rôle prépondérant dans les mécanismes physico-chimiques de radiolyse des gaz, notamment au travers des phénomènes d’adsorption/désorption, d’oxydation ou de transferts d’énergie. Pour cela, des expérimentations mettant en oeuvre des oxydes de plutonium ou du plutonium métallique de surface spécifique et d’isotopie connues constitueront une part essentielle de la thèse. Il sera alors essentiel de mesurer, par la mise en oeuvre de différentes techniques d’analyse, l’évolution de l’atmosphère (IRTF, GC-MS, CPV) et de la matière (MEB, XPS, DRX) avant et après les expérimentations.
Directeur de thèse et école doctorale :
Philippe MOISY (CEA/Direction de l’énergie nucléaire) Université Montpellier II
Contact :
Laurent VENAULT CEA/Marcoule & Lilian BERLU – CEA/Valduc – 21120 Is-sur-Tille – 03 80 23 40 00