Published September 29, 1995 | Version v1
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Influence of a microwave radiation on dissolution kinetics of UO2, CeO2, and Co3O4 in nitric environment

Description

This research thesis addresses the issue of dissolution oxides present in spent nuclear fuels. As previous studies outlined important increases of oxide dissolution rate when submitted to microwaves, the issue is then to apply such a technique to PuO2 which is the most difficult oxide to dissolve. As plutonium may be handled only in certified laboratories and under strict safety conditions, the author studied the influence of a microwave radiation on the dissolution kinetics of other and various metallic oxides in a nitric environment. The choice of this nitric environment is imposed by conditions met in the nuclear industry. Oxides are chosen according to two criteria: dissolution times ranging from few minutes to few days, various responses to electromagnetic radiation (different values for the real and imaginary parts of their dielectric permittivity). Three oxides are retained: UO2 and CeO2 (to model PuO2) and Co3O4. After a recall of some theoretical aspects of the response of a dielectric material to an electromagnetic field, a comparison between conventional and microwave heating, the author presents the main results obtained by using microwaves in chemistry (organic synthesis, ceramic sintering, acid dissolution). He reports the experimental study of nitric dissolution of oxides by conventional heating, and the dielectric characterisation of the studied oxides. He presents the experimental microwave set-up, and reports and discusses experimental results obtained for the dissolution of UO2, CeO2 and Co3O4 in HNO3

Abstract (French)

La dissolution d'oxydes metalliques et de minerais divers en milieu acide est souvent une operation essentielle pour l'industrie hydrometallurgique. Dans le present travail, nous avons cherche a voir dans quelle mesure l'emploi des microondes peut permettre une amelioration des procedes actuels. Pour ce faire, nous avons etudie la dissolution de trois oxydes (UO2, CeO2 et CO3O4) en milieu acide nitrique, a differentes pressions, en utilisant des applicateurs monomodes varies. Un resultat important de cette etude menee en effectuant des mesures precises de temperature est que les dissolutions realisees sous microondes suivent une loi d'Arrhenius identique a celle observee en chauffage conventionnel: les energies d'activation apparentes des reactions de dissolution des oxydes etudies sont les memes dans les deux cas. Cependant, lors des essais sous pression (1,8 - 5,4 atm.), les heterogeneites de temperature creees par le chauffage microonde font que la dissolution semble plus rapide qu'en chauffage conventionnel a une temperature moyenne equivalente. En fait, les vitesses reactionnelles atteintes sous microondes s'expliquent sans postuler l'existence d'effets non thermiques parfois evoques dans la litterature, mais simplement en integrant l'equation cinetique dans l'ensemble du volume du reacteur et en tenant compte de la distribution reelle de temperature. L'obtention rapide de temperatures elevees, ainsi que l'existence d'heterogeneites de temperature constituent des particularites qui font que l'emploi des microondes apparait comme une utilisation astucieuse de l'energie. (auteur)

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Original title (French)
Influence d'un rayonnement microonde sur la cinetique de dissolution de UO2, CeO2 et CO3O4 en milieu nitrique

Publishing Information

Imprint Pagination
131 p.
Report number
FRNC-TH--9164

Optional Information

Notes
102 refs.; Available from the INIS Liaison Officer for France, see the 'INIS contacts' section of the INIS website for current contact and E-mail addresses: http://www.iaea.org/inis/Contacts/