Published December 19, 2018 | Version v1
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Thermal behavior of fission gases in UO2 considering radiation-induced defects

Description

During in-reactor irradiation, fission gases such as xenon or krypton are produced. In the fuel, those gases diffuse and precipitate to form bubbles. In addition, fission reactions induce small defects (vacancies and interstitials) and larger defects (cavities and dislocations) formation. Data acquire fission gases migration considering radiation-induced defects is thus necessary to better understand and improve models of in-pile fuel behavior. The experimental approach developed in this work aims to study thermal diffusion of rare gases and to understand their interaction with radiation-induced defects.To do this, separated effect studies were performed coupling ion implantations/irradiations to fine characterization techniques. Positron Annihilation Spectroscopy (PAS) coupled to Transmission Electron Microscopy (TEM) observations allows for defects characterizations (vacancies and/or cavities induced by ion implantation) and for their thermal behavior study. On the other hand, gas release measurements are performed by thermal desorption spectrometry. Simulation of gas kinetic release allows to determine diffusion coefficients and to lighten trapping mechanisms. The synthesis of those various experimental results brings us to identify gas migration mechanism and to describe their interaction with radiation-induced defects. (author)

Abstract (French)

Lors de l'irradiation en reacteur, des gaz de fission tels que le xenon et le krypton sont produits. Ces gaz diffusent dans le combustible, mais peuvent egalement precipiter sous forme de bulles. En outre, les reactions de fission conduisent a la formation de defauts ponctuels (lacunes ou interstitiels) et sous forme d'amas (dislocations ou cavites). L'obtention de donnees experimentales sur la migration des gaz de fission en presence de defauts est necessaire afin d'ameliorer la comprehension et la modelisation du comportement du combustible sous irradiation. La demarche mise en place dans ce travail a pour objectif d'etudier la diffusion thermique des gaz et de comprendre leur interaction avec les defauts d'irradiation. Elle repose sur la realisation d'etudes a effets separes couplant des irradiations/implantations aux ions a des techniques de caracterisation fines. La Spectroscopie d'Annihilation des Positons (SAP) completee par la Microscopie Electronique en Transmission (MET) permet de caracteriser les defauts (ponctuels et/ou sous forme d'amas) generes par l'irradiation et de suivre leur evolution en temperature. En parallele, la modelisation des cinetiques de relachement des gaz rares mesurees par desorption thermique couplee a la spectrometrie de masse, permet d'obtenir les coefficients de diffusion des gaz et de mettre en lumiere les phenomenes de piegeage operants. La synthese de ces resultats experimentaux nous amene a identifier les mecanismes de migration des gaz et a decrire leurs interactions avec les defauts d'irradiation. (auteur)

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Original title (French)
Etude du comportement thermique des gaz de fission dans l'UO2 en presence de defauts d'irradiation

Publishing Information

Imprint Pagination
264 p.
Report number
FRCEA-TH--12190

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Notes
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