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95 results on '"Service d'Analyses, d'Elaboration, d'Expérientations et d'Examens des combustibles (SA3E)"'

1. La fabrication additive appliquée à l’élaboration de combustibles nucléaires innovants

Author: Lemarignier, Paul, Fiquet, Olivier, Pateloup, Vincent, Laboratoire des Combustibles Uranium (LCU), Service d'Analyses, d'Elaboration, d'Expérientations et d'Examens des combustibles (SA3E), Département d'Etudes des Combustibles (DEC), CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Département d'Etudes des Combustibles (DEC), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), IRCER - Axe 1 : procédés céramiques (IRCER-AXE1), Institut de Recherche sur les CERamiques (IRCER), Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut Matériaux Procédés Environnement Ouvrages (IMPEO), Université de Limoges (UNILIM)-Université de Limoges (UNILIM)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut Matériaux Procédés Environnement Ouvrages (IMPEO), and Université de Limoges (UNILIM)-Université de Limoges (UNILIM)
Subjects: [CHIM]Chemical Sciences
Published: 2023

2. Physical, chemical and mechanical evolution of the fuel-cladding interface in irradiated PWR fuel rods

Author: Schneider, Cloé, STAR, ABES, Laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne (ICB), Université de Technologie de Belfort-Montbeliard (UTBM)-Université de Bourgogne (UB)-Université Bourgogne Franche-Comté [COMUE] (UBFC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire de Caractérisation et d'étude des Propriétés des Combustibles (LCPC), Service d'Analyses, d'Elaboration, d'Expérientations et d'Examens des combustibles (SA3E), Département d'Etudes des Combustibles (DEC), CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Département d'Etudes des Combustibles (DEC), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Université Bourgogne Franche-Comté, Sébastien Chevalier, Jérôme Favergeon, Jérôme Sercombe, and Laurent Fayette
Subjects: [CHIM.MATE] Chemical Sciences/Material chemistry, Produit de fission, Combustible nucléaire, Alliage Zr, Mechanical properties, [CHIM.MATE]Chemical Sciences/Material chemistry, Interface, Caractérisations, Nuclear fuel, Propriétés mécaniques, Zirconia, Pellet-Cladding interaction, Zircone, Interactions pastille-Gaine, Zr alloys, Microstructure
Abstract: During the fuel irradiation in nuclear reactor, the fuel-cladding assembly is exposed to several irradiation-induced modifications. The fuel swelling coupled with cladding creep leads to a contact between the fuel and the cladding. The oxygen transport from the UO2 fuel to the zirconium layer induces progressively the Zr-cladding oxidation. This oxidation is initially local with the formation of islets. Then, with the increasing burnup of the fuel, it conducts to a continuous layer of about 8-µm thickness, localized at the fuel-cladding interface. At high burnup, zirconia growths anchor themselves in the periphery of the fuel (which is restructured) leading to pellet/cladding interlocking. The objective of this research work is to provide knowledge on: (1) pellet-cladding interaction at different scales, and (2) the mechanical properties of the pellet-cladding interface. In this objective, physicochemical characterizations by EPMA, FIB-SEM, TEM and EDS, as well as mechanical tests by nanoindentation at the pellet-cladding interface were carried out on fuel rods irradiated in French pressurized water reactors. The microstructure of the zirconia layer is complex because it is composed of different phases (tetragonal and monoclinic), grains of different size and shape (four microstructural zones identified), and is implanted by numerous fission products resulting from nuclear reactions in the fuel. These fission products can be dissolved in the zirconia matrix, condensed, or as metallic precipitates and bubbles, forming complex systems composed of an assembly of different elements. It has been established that U/Zr interdiffusion is limited to the scale of the layer of grains precisely located at the ZrO2|UO2 interface, and that it is necessary for the fuel in contact with the zirconia to be restructured so that the phenomenon of bonding at the pellet-cladding interface occurs. Finally, there was little variation in hardness and elastic modulus within the zirconia layer, despite the heterogeneous microstructure and composition of the layer., Au cours de sa vie en réacteur nucléaire, l'assemblage combustible est soumis à de nombreuses modifications induites par l'irradiation. En particulier, le gonflement des pastilles de combustible qui se produit parallèlement au fluage de la gaine en alliage de zirconium, conduit à la mise en contact de ces deux matériaux, entraînant alors l’oxydation de la face interne de la gaine. D’abord locale avec la formation d’îlots ponctuels, la zircone ainsi créée tend à recouvrir entièrement la surface interne de la gaine avec la durée d’irradiation, jusqu’à former une couche continue d’environ 8 µm d’épaisseur. À fort taux de combustion, des excroissances de zircone s’ancrent dans la périphérie du combustible (qui est sous une forme restructurée) conduisant à un accrochage pastille/gaine. Ces travaux de thèse ont pour objectif d’apporter des éléments de connaissances sur : (1) l’interaction entre le dioxyde d’uranium (combustible) et le zirconium (gaine) à différentes échelles, et (2) les propriétés mécaniques de l’interface pastille-gaine. Pour ce faire, des caractérisations physico-chimiques par microsonde, MEB-FIB, MET et EDX, ainsi que des essais mécaniques par nanoindentation au niveau de l’interface pastille-gaine ont été réalisées sur des crayons combustibles irradiés en réacteurs à eau pressurisée. La microstructure de la couche de zircone s’avère complexe car elle a la particularité d’être composée de différentes phases (quadratique et monoclinique), de grains de tailles et formes différentes (quatre zones microstructurelles identifiées), et d’être implantée par de nombreux produits de fission issus des réactions de désintégrations dans le combustible. Ces produits de fission se présentent sous formes dissous dans la matrice zircone, condensés, ou encore de précipités métalliques et de bulles, formant notamment des systèmes complexes composés d’un assemblage de différents éléments. Il a pu être établit qu’il existait une interdiffusion U/Zr limitée à l’échelle de la couche de grains précisément localisés à l’interface ZrO2|UO2, et qu’il était nécessaire que le combustible en contact avec la zircone soit restructuré pour que survienne le phénomène accrochage à l’interface pastille-gaine. Enfin, la dureté et le module d’élasticité varient peu au sein de la zircone, en dépit d’une microstructure et d’une composition hétérogène de la couche.
Published: 2022

3. MAGIX, a new software for the analysis of complex gamma spectra

Author: Espagnon, Isabelle, Allinei, P.G., Simon, Anne-Catherine, Delarue, M., Pontillon, Yves, Laboratoire Sciences des Données et de la Décision (LS2D), Département Métrologie Instrumentation & Information (DM2I), Laboratoire d'Intégration des Systèmes et des Technologies (LIST (CEA)), Direction de Recherche Technologique (CEA) (DRT (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Direction de Recherche Technologique (CEA) (DRT (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Laboratoire d'Intégration des Systèmes et des Technologies (LIST (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay, Service Mesures et modélisation des Transferts et des Accidents graves (SMTA), Département Technologie Nucléaire (DTN), CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Laboratoire Modélisation et Simulation de Systèmes (LM2S), Service d'Analyses, d'Elaboration, d'Expérientations et d'Examens des combustibles (SA3E), Département d'Etudes des Combustibles (DEC), and ANR-11-RSNR-0003,DECA PF,DECAPF(2011)
Subjects: diagnosis, data interpretation, spectrum analysis, Spectral analysis, detection efficiency, [INFO.INFO-TS]Computer Science [cs]/Signal and Image Processing, fission products, signal processing, MAGIX code, nuclear instrumentation, instrumentation, Radioisotopes, Radiation, detector, X-Rays, gamma-rays, artificial intelligence, classification, radionuclide identification, Gamma Rays, radioactivity, Activities DECA-PF project, nuclear reactor, ionizing radiation, Gamma spectrometry, Monte Carlo Method, Software
Abstract: International audience; The MAGIX code (a French acronym standing for Automatic Gamma and X-ray Measurement) is a software developed to analyze γ/X spectra on the topic of severe accident diagnosis. Indeed, the gamma spectra obtained after a severe reactor core accident are complex because they are composed of hundreds of lines of short-lived fission products and Fukushima accident demonstrated a lack in robustness of data interpretation during a crisis. MAGIX allows a complete and entirely automatic analysis of the spectra, with identification of radionuclides and calculation of activities. It can analyze spectra measured by detectors with excellent resolution such as HPGe detectors as well as detectors with medium resolution (e.g. CZT and LaBr3). For most detectors, the analysis of the spectra can be done without a detection efficiency curve because its process can include the calculation of a relative detection efficiency. MAGIX accepts spectra corresponding to any experimental setup (energy slope, energy range, resolution, absorber, etc.). However, these experimental conditions can have an impact on the quality of the results. Results on spectra simulated in different configurations showed that the analysis of the HPGe spectrum with the user defined efficiency and with the MAGIX detection efficiency were close. Furthermore, they also showed that the accuracy of activities was similar with increasing energy slopes but decreased with resolution degradation, with fewer correctly identified radionuclides in this case.
Published: 2021
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4. Optimisation de l'analyse de l'arsenic à l'état d'ultra-traces en milieu acide chlorhydrique par ICP-MS

Author: Labet, Alexandre, Tudela, Nadege, Riss, Peio, CEA, Contributeur MAP, Laboratoire d'Analyses Radiochimiques et Chimiques (LARC), Service d'Analyses, d'Elaboration, d'Expérientations et d'Examens des combustibles (SA3E), Département d'Etudes des Combustibles (DEC), CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Département d'Etudes des Combustibles (DEC), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), and Analytik-Jena AG
Subjects: [CHIM.ANAL] Chemical Sciences/Analytical chemistry, [CHIM.ANAL]Chemical Sciences/Analytical chemistry
Abstract: International audience; L’amélioration des performances analytiques des instruments ICP-MS constitue plus que jamais la clé d’une analyse fiable et efficace pour de nombreuses applications. L’un des grands défis auxquels la technique ICP-MS est confrontée consiste à mesurer l’arsenic dans les échantillons contenant des teneurs élevées en chlore, en raison des interférences polyatomiques formées dans le plasma et de l’isotope unique de l’arsenic naturel.La nouvelle conception améliorée de cellule intégrée de réaction / collision (iCRC) du PlasmaQuant® MS atteint un niveau de performances encore plus élevé dans la suppression des interférences spectrales problématiques généralement observées avec les ICP-MS quadripolaires. Ainsi, l’iCRC permet d’atteindre des limites de détection beaucoup plus basses, en particulier pour les échantillons avec des matrices complexes telles que l’acide chlorhydrique.Pour atteindre la sensibilité la plus élevée et les limites de détection les plus basses pour les éléments mesurés en mode gaz de réaction, la technologie brevetée BOOST a été utilisée. En mode BOOST, une tension positive est appliquée au cône Skimmer permettant de compenser la perte de sensibilité lors de l’utilisation des gaz de réaction.L’azote est un gaz couramment utilisé pour améliorer les performances de l’ICP-MS en augmentant l’ionisation dans le plasma, en atténuant les interférences polyatomiques et en réduisant les effets de matrice. En particulier pour les éléments clés comme As et Se qui souffrent d’interférences polyatomiques et ne seraient eux-mêmes ionisés qu’à 30-40% dans un plasma d’argon en raison de leurs potentiels d’ionisation élevés.Cette étude fournit une méthode optimisée et efficace développée par le CEA pour mesurer les ultra-traces d’arsenic en milieu acide chlorhydrique en utilisant une combinaison de technologies ICP-MS innovantes.
Published: 2021

5. Unveiling the β Pictoris system, coupling high contrast imaging, interferometric, and radial velocity data

Author: Christian Straubmeier, J. Hagelberg, Anne-Marie Lagrange, A. Grandjean, Frank Eisenhauer, Myriam Benisty, Silvano Desidera, R. Asensio-Torres, Anne-Lise Maire, M. Nowak, Thibaut Paumard, F. Cantalloube, Jens Kammerer, Yann Clénet, P. T. de Zeeuw, Matthew Horrobin, Karine Perraut, Eric Gendron, O. Pfuhl, L. Pueyo, Stefan Gillessen, Stefan Hippler, John Monnier, Raphael Galicher, P. Thebault, Gael Chauvin, C. Babusiaux, J. Wang, Wolfgang Brandner, L. Kreidberg, P. Léna, V. Lapeyrère, J. M. Girard, Sylvestre Lacour, G. Rodríguez-Coira, Guy Perrin, Matthew A. Kenworthy, H. Le Coroller, G. Heissel, F. Galland, V. Christiaens, P. Delorme, V. Coudé du Foresto, E. Choquet, Matthias Samland, Hervé Beust, Miriam Keppler, Odele Straub, Mickael Bonnefoy, Gilles Duvert, Andreas Eckart, Z. Wahhaj, T. Stolker, A. Zurlo, C. Paladini, F. Vincent, G. Otten, M. Janson, O. Flasseur, J.-B. Le Bouquin, A. Mérand, Felix Widmann, G. Rousset, Jinyi Shangguan, N. Meunier, Feng Gao, R. Gratton, A. Vigan, Paul Mollière, Jean-Phillipe Berger, P. Rubini, P. Kervella, T. Henning, António Amorim, T. Schmidt, Julien Woillez, Xavier Haubois, Anthony Boccaletti, Maud Langlois, Q. Kral, P. Garcia, Thomas Ott, L. Rodet, B. Charnay, R. Garcia Lopez, Reinhard Genzel, Sergio Messina, Laboratoire d'études spatiales et d'instrumentation en astrophysique (LESIA), Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de Paris, Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut de Planétologie et d'Astrophysique de Grenoble (IPAG), Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG ), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Météo-France -Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Météo-France, Laboratoire d'études spatiales et d'instrumentation en astrophysique = Laboratory of Space Studies and Instrumentation in Astrophysics (LESIA), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de Paris, Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité), Laboratoire d'Astrophysique de Marseille (LAM), Aix Marseille Université (AMU)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre de Recherche Astrophysique de Lyon (CRAL), École normale supérieure de Lyon (ENS de Lyon)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Galaxies, Etoiles, Physique, Instrumentation (GEPI), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), European Southern Observatory [Santiago] (ESO), European Southern Observatory (ESO), CENTRA-SIM, IDL-Faculdade de Ciencias da Universidade de Lisboa, Departamento de Astronomía, Universidad de Chile = University of Chile [Santiago] (UCHILE), Max-Planck-Institut für Radioastronomie (MPIFR), Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics (MPE), Max-Planck-Gesellschaft, CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Laboratoire des Combustibles Uranium (LCU), Service d'Analyses, d'Elaboration, d'Expérientations et d'Examens des combustibles (SA3E), Département d'Etudes des Combustibles (DEC), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Département d'Etudes des Combustibles (DEC), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Astrophysique Interprétation Modélisation (AIM (UMR_7158 / UMR_E_9005 / UM_112)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité), Physikalisches Institut [Köln], Universität zu Köln = University of Cologne, Max-Planck-Institut für Astronomie (MPIA), University of Freiburg [Freiburg], Space Telescope Science Institute (STSci), German Research Centre for Geosciences - Helmholtz-Centre Potsdam (GFZ), Astronomical Institute Anton Pannekoek (AI PANNEKOEK), University of Amsterdam [Amsterdam] (UvA), the GRAVITY Collaboration, Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Université Grenoble Alpes (UGA), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Aix Marseille Université (AMU)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES), École normale supérieure - Lyon (ENS Lyon)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Laboratoire d'études spatiales et d'instrumentation en astrophysique (LESIA (UMR_8109)), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Paris (UP), Centre d'Immunologie de Marseille - Luminy (CIML), Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Aix Marseille Université (AMU), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Paris (UP), Observatoire de Paris - Site de Paris (OP), Universität zu Köln, Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut de Recherche pour le Développement (IRD), and Université de Lyon-Université de Lyon-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)
Subjects: planets and satellites: detection, media_common.quotation_subject, Context (language use), Astrophysics, 01 natural sciences, Planet, radial velocities -planets and satellites, 0103 physical sciences, techniques: radial velocities, Astrophysics::Solar and Stellar Astrophysics, Eccentricity (behavior), 10. No inequality, planets and satellites: fundamental parameters, 010303 astronomy & astrophysics, Astrophysics::Galaxy Astrophysics, media_common, Orbital elements, Physics, [PHYS]Physics [physics], detectionplanets and satellites, 010308 nuclear & particles physics, high angular resolution -techniques, Giant planet, techniques: high angular resolution, Astronomy and Astrophysics, Astrometry, Planetary system, Radial velocity, 13. Climate action, Space and Planetary Science, [SDU]Sciences of the Universe [physics], Astrophysics::Earth and Planetary Astrophysics, [PHYS.ASTR]Physics [physics]/Astrophysics [astro-ph], techniques, fundamental parameters
Abstract: Context. The nearby and young β Pictoris system hosts a well resolved disk, a directly imaged massive giant planet orbiting at ≃9 au, as well as an inner planet orbiting at ≃2.7 au, which was recently detected through radial velocity (RV). As such, it offers several unique opportunities for detailed studies of planetary system formation and early evolution. Aims. We aim to further constrain the orbital and physical properties of β Pictoris b and c using a combination of high contrast imaging, long base-line interferometry, and RV data. We also predict the closest approaches or the transit times of both planets, and we constrain the presence of additional planets in the system. Methods. We obtained six additional epochs of SPHERE data, six additional epochs of GRAVITY data, and five additional epochs of RV data. We combined these various types of data in a single Markov-chain Monte Carlo analysis to constrain the orbital parameters and masses of the two planets simultaneously. The analysis takes into account the gravitational influence of both planets on the star and hence their relative astrometry. Secondly, we used the RV and high contrast imaging data to derive the probabilities of presence of additional planets throughout the disk, and we tested the impact of absolute astrometry. Results. The orbital properties of both planets are constrained with a semi-major axis of 9.8 ± 0.4 au and 2.7 ± 0.02 au for b and c, respectively, and eccentricities of 0.09 ± 0.1 and 0.27 ± 0.07, assuming the HIPPARCOS distance. We note that despite these low fitting error bars, the eccentricity of β Pictoris c might still be over-estimated. If no prior is provided on the mass of β Pictoris b, we obtain a very low value that is inconsistent with what is derived from brightness-mass models. When we set an evolutionary model motivated prior to the mass of β Pictoris b, we find a solution in the 10–11 MJup range. Conversely, β Pictoris c’s mass is well constrained, at 7.8 ± 0.4 MJup, assuming both planets are on coplanar orbits. These values depend on the assumptions on the distance of the β Pictoris system. The absolute astrometry HIPPARCOS-Gaia data are consistent with the solutions presented here at the 2σ level, but these solutions are fully driven by the relative astrometry plus RV data. Finally, we derive unprecedented limits on the presence of additional planets in the disk. We can now exclude the presence of planets that are more massive than about 2.5 MJup closer than 3 au, and more massive than 3.5 MJup between 3 and 7.5 au. Beyond 7.5 au, we exclude the presence of planets that are more massive than 1–2 MJup. Conclusions. Combining relative astrometry and RVs allows one to precisely constrain the orbital parameters of both planets and to give lower limits to potential additional planets throughout the disk. The mass of β Pictoris c is also well constrained, while additional RV data with appropriate observing strategies are required to properly constrain the mass of β Pictoris b.
Published: 2020
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6. Rheology and scaling behavior of cascading granular flows in rotating drums

Author: Philippe Sornay, Luisa Fernanda Orozco, Farhang Radjai, Jean-Yves Delenne, Laboratoire des Combustibles Uranium (LCU), Service d'Analyses, d'Elaboration, d'Expérientations et d'Examens des combustibles (SA3E), Département d'Etudes des Combustibles (DEC), CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Département d'Etudes des Combustibles (DEC), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Physique et Mécanique des Milieux Divisés (PMMD), Laboratoire de Mécanique et Génie Civil (LMGC), Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Ingénierie des Agro-polymères et Technologies Émergentes (UMR IATE), Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-Université de Montpellier (UM)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Institut Agro - Montpellier SupAgro, Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro), Institut de recherche sur les systèmes nucléaires pour la production d'énergie bas carbone (IRESNE), Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques (Montpellier SupAgro)-Université de Montpellier (UM)-Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro), and Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)
Subjects: upscaling, Materials science, Contact Dynamics Method, Flow (psychology), Drum, Granular material, 01 natural sciences, Contact force, Physics::Fluid Dynamics, symbols.namesake, 0103 physical sciences, rotating drum, [SDV.IDA]Life Sciences [q-bio]/Food engineering, Froude number, General Materials Science, [PHYS.COND]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat], 010306 general physics, Scaling, Granular materials, 010304 chemical physics, Mechanical Engineering, Rotational speed, Mechanics, Condensed Matter Physics, Condensed Matter::Soft Condensed Matter, Mechanics of Materials, Free surface, symbols, Discrete Element Method
Abstract: International audience; Mixing, agglomerating, and milling of granular materials within a rotating drum is often performed in the cascading flow regime; however, the scaling behavior of these industrial applications remains poorly understood. It involves both centrifugal forces and an inertial surface flow with a curved profile. By means of discrete element simulations, we investigate the rheology of cascading flows in rotating drums as a function of drum size, rotation speed, and filling degree. We find that the surface profile, described by the ratio between the steepest descent slope and an average slope, is strongly correlated with flow variables such as active layer thickness, contact force variability, and wall slip. We show that the flow variables cannot be scaled by Froude number alone but are instead nicely scaled by a dimensionless parameter that combines the Froude number with other system parameters. This scaling works even for small drums and low filling degrees where finite-size effects prevail and the slippage of particles at the drum wall considerably affects the cascading flow at the free surface. The observed correlation between this parameter and contact force fluctuations suggests that it may also be a relevant upscaling parameter for milling and agglomeration in rotating drums.
Published: 2020
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7. Scaling behavior of particle breakage in granular flows inside rotating drums

Author: Luisa Fernanda Orozco, Farhang Radjai, Jean-Yves Delenne, Philippe Sornay, Physique et Mécanique des Milieux Divisés (PMMD), Laboratoire de Mécanique et Génie Civil (LMGC), Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire des Combustibles Uranium (LCU), Service d'Analyses, d'Elaboration, d'Expérientations et d'Examens des combustibles (SA3E), Département d'Etudes des Combustibles (DEC), CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Département d'Etudes des Combustibles (DEC), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Ingénierie des Agro-polymères et Technologies Émergentes (UMR IATE), Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-Université de Montpellier (UM)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Institut Agro - Montpellier SupAgro, Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro), Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques (Montpellier SupAgro)-Université de Montpellier (UM)-Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro), and Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)
Subjects: Materials science, Contact Dynamics Method, Drum, Granular material, 01 natural sciences, [SPI.MAT]Engineering Sciences [physics]/Materials, 010305 fluids & plasmas, [PHYS.MECA.MEMA]Physics [physics]/Mechanics [physics]/Mechanics of materials [physics.class-ph], Breakage, Upscaling, 0103 physical sciences, Rotating drum, particle breakage, [SPI.GPROC]Engineering Sciences [physics]/Chemical and Process Engineering, 010306 general physics, Scaling, Granular materials, Grinding, Mechanics, Discrete element method, Linear function, Condensed Matter::Soft Condensed Matter, Bonded-Cell method, [PHYS.COND.CM-MS]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Materials Science [cond-mat.mtrl-sci], Particle, Particle size, Discrete Element Method, [SPI.GCIV.MAT]Engineering Sciences [physics]/Civil Engineering/Matériaux composites et construction, [PHYS.COND.CM-SCM]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Soft Condensed Matter [cond-mat.soft]
Abstract: We perform systematic particle dynamics simulations of granular flows composed of breakable particles in a 2D rotating drum to investigate the evolution of the mean particle size and specific surface as a function of system parameters such as drum size, rotation speed, filling degree, and particle shape and size. The specific surface increases at a nearly constant rate up to a point where particle breakage begins to slow down. The rates of particle breakage for all values of system parameters are found to collapse on a master curve when the times are scaled by the characteristic time defined in the linear regime. We determine the characteristic time as a function of all system parameters, and we show that the rate of particle breakage can be expressed as a linear function of a general scaling parameter that incorporates all our system parameters. This scaling behavior provides a general framework for the upscaling of drum grinding process from laboratory to industrial scale.
Published: 2020
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8. Measurement of absolute K X-ray emission intensities in the decay of 103m Rh

Author: Marie-Christine Lépy, M.A. Kellett, I. Tartes, Jonathan Riffaud, D. Lacour, Margot Corbel, V. Lourenço, C. Domergue, Christophe Destouches, O. Vigneau, Philippe Cassette, H. Carcreff, Laboratoire National Henri Becquerel (LNHB), Département Métrologie Instrumentation & Information (DM2I), Laboratoire d'Intégration des Systèmes et des Technologies (LIST (CEA)), Direction de Recherche Technologique (CEA) (DRT (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Direction de Recherche Technologique (CEA) (DRT (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Laboratoire d'Intégration des Systèmes et des Technologies (LIST (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Département d'instrumentation Numérique (DIN (CEA-LIST)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Laboratoire de Dosimétrie, de Contrôle-commande et Instrumentation (LDCI), Service Physique EXpérimentale, d'essais en Sûreté et d'Instrumentation (SPESI), Département Etude des Réacteurs (DER), CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Département Etude des Réacteurs (DER), Département des Réacteurs et des Services Nucléaires (DRSN), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Laboratoire d'Analyses Radiochimiques et Chimiques (LARC), Service d'Analyses, d'Elaboration, d'Expérientations et d'Examens des combustibles (SA3E), Département d'Etudes des Combustibles (DEC), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Département d'Etudes des Combustibles (DEC), Laboratoire d'Intégration des Systèmes et des Technologies (LIST), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Laboratoire d'Intégration des Systèmes et des Technologies (LIST), and Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay
Subjects: TDCR method, Reactor dosimetry, Physics::Instrumentation and Detectors, Analytical chemistry, chemistry.chemical_element, [PHYS.NEXP]Physics [physics]/Nuclear Experiment [nucl-ex], Mass spectrometry, 01 natural sciences, 7. Clean energy, Coincidence, Rhodium, spectrometry, Photon emission intensity, Ratio method, X-rays, 0103 physical sciences, photons, 010306 general physics, liquid scintillator, X-ray spectrometry, Radiation, detector, 010308 nuclear & particles physics, Chemistry, Decay data measurement, Liquid scintillation counting, X-ray, Primary activity measurement, Triple-to-Double Coincidence Ratio, Semiconductor detector, metrology, Photon emission, radioactivity, [SPI.OPTI]Engineering Sciences [physics]/Optics / Photonic, ionizing radiation, Rh-103m
Abstract: Proceedings of the 21st International Conference on Radionuclide Metrology and its Applications (ICRM), 15-19 May 2017, Buenos Aires, Argentina. Organizer: Argentinian Comis Nacl Energia Atomica; International audience; A new experiment was designed to measure the photon emission intensities in the decay of $^{103m}$Rh. The rhodium samples were activated in the ISIS experimental nuclear reactor at CEA Saclay. The procedure includes an absolute activity measurement by liquid scintillation counting using the Triple-to-Double Coincidence Ratio method, followed by X-ray spectrometry using a high-purity germanium detector to determine the photon emission intensities. The new result I$_x$ = 0.0825 (17)) is derived with a significant reduction of the uncertainty.
Published: 2018
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9. Raman imaging and principal component analysis-based data processing on uranium oxide ceramics

Author: Guillaume Guimbretière, Lionel Desgranges, Mohamed-Ramzi Ammar, O. A. Maslova, Patrick Simon, Aurélien Canizares, C. Jégou, Conditions Extrêmes et Matériaux : Haute Température et Irradiation (CEMHTI), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université d'Orléans (UO), Laboratoire de Caractérisation et d'étude des Propriétés des Combustibles (LCPC), Service d'Analyses, d'Elaboration, d'Expérientations et d'Examens des combustibles (SA3E), Département d'Etudes des Combustibles (DEC), CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Département d'Etudes des Combustibles (DEC), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Commissariat à l'Energie Atomique, Centre de Marcoule (CEA), and Université d'Orléans (UO)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Subjects: Materials science, Uranium dioxide, Analytical chemistry, 02 engineering and technology, рамановская спектроскопия, 010402 general chemistry, 01 natural sciences, symbols.namesake, chemistry.chemical_compound, диоксид урана, Local symmetry, Uranium oxide, General Materials Science, Ceramic, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS, Line (formation), Mechanical Engineering, [CHIM.MATE]Chemical Sciences/Material chemistry, 021001 nanoscience & nanotechnology, Condensed Matter Physics, 0104 chemical sciences, chemistry, Mechanics of Materials, Chemical physics, visual_art, Principal component analysis, керамические материалы, symbols, visual_art.visual_art_medium, Grain boundary, 0210 nano-technology, Raman spectroscopy
Abstract: A ceramic sample of uranium dioxide is probed by Raman imaging followed by a combined Lorentzian fitting – Principal Component Analysis process. This allows to evidence structural or chemical inhomogeneities of the material, which affect Raman line intensities but also line positions, evidencing local symmetry lowering. The inhomogeneities were observed not only between grain cores and boundaries, but also inside grain cores themselves. Only a part of these intensity inhomogeneities is as expected due to different orientations of the ceramic grains. Besides, a zone noticeably differing from others has been distinguished, presumably due to local strains or to chemical nature (oxygen stoichiometry), showing the sensitivity of the analysis. This underlines the importance to perform Raman analysis in such ceramic materials at least on several points and better, in imaging mode.
Published: 2017
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10. Discrete-element simulations of comminution in rotating drums: Effects of grinding media

Author: Luisa Fernanda Orozco, Philippe Sornay, Duc Hanh Nguyen, Jean-Yves Delenne, Farhang Radjai, Physique et Mécanique des Milieux Divisés (PMMD), Laboratoire de Mécanique et Génie Civil (LMGC), Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire des Combustibles Uranium (LCU), Service d'Analyses, d'Elaboration, d'Expérientations et d'Examens des combustibles (SA3E), Département d'Etudes des Combustibles (DEC), CEA-Direction de l'Energie Nucléaire (CEA-DEN), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-CEA-Direction de l'Energie Nucléaire (CEA-DEN), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Département d'Etudes des Combustibles (DEC), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), National University of Civil Engineering, Ingénierie des Agro-polymères et Technologies Émergentes (UMR IATE), Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-Université Montpellier 2 - Sciences et Techniques (UM2)-Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques (Montpellier SupAgro)-Université de Montpellier (UM)-Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE), CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), National University of Civil Engineering (NUCE), Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques (Montpellier SupAgro)-Université de Montpellier (UM)-Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro), Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE), Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-Université de Montpellier (UM)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Institut Agro - Montpellier SupAgro, and Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)
Subjects: Materials science, General Chemical Engineering, Contact Dynamics Method, 02 engineering and technology, Granular material, [PHYS.MECA.SOLID]Physics [physics]/Mechanics [physics]/Mechanics of the solides [physics.class-ph], [PHYS.MECA.MEMA]Physics [physics]/Mechanics [physics]/Mechanics of materials [physics.class-ph], 020401 chemical engineering, Breakage, [PHYS.MECA.SOLID]Physics [physics]/Mechanics [physics]/Solid mechanics [physics.class-ph], Ball mill, [SPI.GPROC]Engineering Sciences [physics]/Chemical and Process Engineering, 0204 chemical engineering, Discret-Element Method, Granular materials, Grinding, Mechanics, Dissipation, 021001 nanoscience & nanotechnology, Grain size, Volume (thermodynamics), Bonded-Cell method, Particle, Comminution, 0210 nano-technology
Abstract: International audience; By means of Discrete-Element simulations with Bonded-Cell method for particle breakage, we investigate the evolution of crushable granular materials in a 2D rotating drum partially filled with heavy balls and powder grains. The grinding process with balls of different sizes or numbers is analyzed in terms of grain size and specific surface. The grinding rate is an increasing function of the number of balls, but, as a result of increasing energy dissipation by inelastic collisions between the balls, the process becomes energetically less efficient for larger number of balls. When the total volume of balls is kept constant, the ball size has generally little influence on particle breakage. We also introduce a model for the evolution of three size classes by accounting for the cushioning effect and transition rates between the classes. This model predicts an exponential decrease of the volume of large particles at the beginning of the process.
Published: 2020
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11. Radiation damage in uranium dioxide: coupled effect between electronic and nuclear energy losses

Author: F. Leprêtre, M. Bricout, Renaud C. Belin, Aurélien Debelle, Gaëlle Gutierrez, Yves Pipon, Frédérico Garrido, C. Onofri, Lab JANNUS, Service de recherches de métallurgie physique (SRMP), Département des Matériaux pour le Nucléaire (DMN), CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Département des Matériaux pour le Nucléaire (DMN), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay, Laboratoire de Caractérisation et d'étude des Propriétés des Combustibles (LCPC), Service d'Analyses, d'Elaboration, d'Expérientations et d'Examens des combustibles (SA3E), Département d'Etudes des Combustibles (DEC), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Département d'Etudes des Combustibles (DEC), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Centre de Sciences Nucléaires et de Sciences de la Matière (CSNSM), Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut de Physique Nucléaire de Lyon (IPNL), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3), CEA-Direction de l'Energie Nucléaire (CEA-DEN), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-CEA-Direction de l'Energie Nucléaire (CEA-DEN), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-CEA-Direction de l'Energie Nucléaire (CEA-DEN), Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), and Université de Lyon-Université de Lyon-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Subjects: Nuclear and High Energy Physics, Materials science, Uranium dioxide, 02 engineering and technology, Kinetic energy, 01 natural sciences, 7. Clean energy, Molecular physics, 010305 fluids & plasmas, Ion, chemistry.chemical_compound, symbols.namesake, 0103 physical sciences, Radiation damage, General Materials Science, Irradiation, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS, 021001 nanoscience & nanotechnology, Nuclear Energy and Engineering, chemistry, Transmission electron microscopy, symbols, [PHYS.COND.CM-MS]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Materials Science [cond-mat.mtrl-sci], Dislocation, 0210 nano-technology, Raman spectroscopy
Abstract: A coupling between the nuclear and electronic energy losses occur in the nuclear fuel (UO2) during in-reactor operations. However, the underlying mechanisms involved are still to be investigated. In this work, synergistic effects of nuclear and electronic energy losses have been investigated by irradiating crystals with single (900 keV I ions or 27 MeV Fe ions) and dual (900 keV I ions and 27 MeV Fe ions, simultaneously) ion beams at the JANNUS-Saclay facility. The damage build-up kinetic was in situ characterized by Raman spectroscopy. The microstructure evolution was determined by transmission electron microscopy (TEM) observations and by X-ray diffraction (XRD) analysis. Results show that both crystalline disorder and strain level are lower under dual-beam compared to the single-beam ion irradiations. Indeed, the dual-beam irradiation induces a transition from the formation of dislocation loops to dislocation lines. This result can be explained, in the framework of the thermal spike model, by a local increase of the temperature along the high-energy ion path. This temperature increase likely induces an enhanced defect migration leading to defect rearrangement.
Published: 2020
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12. From arc-melted ingot to MTR fuel plate A SEM/EBSD microstructural study of U3Si2

Author: Hervé Palancher, Julien Havette, Olivier Fiquet, É. Castelier, Xavière Iltis, D. Drouan, Mathieu Pasturel, Institut des Sciences Chimiques de Rennes (ISCR), Université de Rennes (UR)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Rennes (ENSCR)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut de recherche sur les systèmes nucléaires pour la production d'énergie bas carbone (IRESNE), CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), CEA, Contributeur MAP, Laboratoire de Caractérisation et d'étude des Propriétés des Combustibles (LCPC), Service d'Analyses, d'Elaboration, d'Expérientations et d'Examens des combustibles (SA3E), Département d'Etudes des Combustibles (DEC), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Département d'Etudes des Combustibles (DEC), ISCR - Institut des Sciences Chimiques de Rennes, Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Rennes 1 (UR1), Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Rennes (ENSCR)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes), and Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)
Subjects: Diffraction, Nuclear and High Energy Physics, Materials science, Scanning electron microscope, EBSD, Energy-dispersive X-ray spectroscopy, 02 engineering and technology, 01 natural sciences, 010305 fluids & plasmas, Impurity, 0103 physical sciences, General Materials Science, Ingot, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS, U3Si2, MTR fuel, Metallurgy, [CHIM.MATE]Chemical Sciences/Material chemistry, 021001 nanoscience & nanotechnology, Microstructure, [PHYS.COND.CM-MS] Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Materials Science [cond-mat.mtrl-sci], Arc-melting, Nuclear Energy and Engineering, [PHYS.COND.CM-MS]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Materials Science [cond-mat.mtrl-sci], Crystallite, 0210 nano-technology, Electron backscatter diffraction
Abstract: International audience; U3Si2/Al fuel plates are widely used in Material Testing Reactors (MTRs) as Low Enriched Uranium driver fuel. In this paper, a reinvestigation of the microstructure of U3Si2 particles is proposed to take full advantage of the new capabilities offered by Electron BackScattered Diffraction (EBSD) techniques. Using EBSD we demonstrate that most particles are single crystalline in as-fabricated plates. To understand this characteristic, linked to the microstructure of the starting material, an in-depth study of U3Si2 ingots produced by arc-melting was performed at a laboratory scale; they were extensively characterized by EBSD, scanning electron microscope, energy dispersive spectroscopy and X-ray diffraction. It is shown that U3Si2 grain may be large (up to several thousands of micrometers) and that they exhibit a strong preferential orientation, linked to the axial thermal gradient created in the arc-melting chamber. A significant impact of the cooling rate after arc-melting on the ingot microstructure is noticed grains are smaller and more columnar when the cooling rate is high. A deviation from 3U/2Si stoichiometry caused for example by impurities induces the formation of a secondary phase, which exhibits a square spiral morphology. We then demonstrate that the cooling rate of U3Si2 ingots has a direct influence on the characteristics of the powders obtained by crushing these ingots. Indeed the powder obtained from “slow” cooled ingots is found very close to the powder used for industrial MTR plates. On the contrary particles obtained from “fast” cooled ingots, are polycrystalline and more resistant to crushing. Thus, this work provides significant advances both in the characterisation of technological products like U3Si2/Al MTR plates and in more basic knowledge about the U3Si2 phase formation.
Published: 2020
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13. Rhéologie des écoulements granulaires dans des tambours tournants: Régime de cascade

Author: Orozco, Luisa Fernanda, Delenne, Jean-Yves, Sornay, Philippe, Radjai, Farhang, Laboratoire des Combustibles Uranium (LCU), Service d'Analyses, d'Elaboration, d'Expérientations et d'Examens des combustibles (SA3E), Département d'Etudes des Combustibles (DEC), CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Département d'Etudes des Combustibles (DEC), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Ingénierie des Agro-polymères et Technologies Émergentes (UMR IATE), Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Université Montpellier 2 - Sciences et Techniques (UM2)-Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques (Montpellier SupAgro)-Université de Montpellier (UM)-Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro), Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro), Physique et Mécanique des Milieux Divisés (PMMD), Laboratoire de Mécanique et Génie Civil (LMGC), and Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Subjects: [PHYS.MECA.MEMA]Physics [physics]/Mechanics [physics]/Mechanics of materials [physics.class-ph], ComputingMilieux_MISCELLANEOUS
Abstract: International audience
Published: 2019

14. Modelling nuclear fuel behaviour with TAF-ID: Calculations on the VERDON-1 experiment, representative of a nuclear severe accident

Author: Christine Guéneau, E. C. Corcoran, E. Geiger, Yves Pontillon, Department of Chemical Engineering and Applied Chemistry (CHEM ENG), University of Toronto, Royal Military College of Canada (RMCC), Royal Military College of Canada, Service de la Corrosion et du Comportement des Matériaux dans leur Environnement (SCCME), Département de Physico-Chimie (DPC), CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay, Service d'Analyses, d'Elaboration, d'Expérientations et d'Examens des combustibles (SA3E), Département d'Etudes des Combustibles (DEC), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), CEA- Saclay (CEA), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), and Association EURATOM-CEA (CEA/DSM/DRFC)
Subjects: [PHYS]Physics [physics], Nuclear and High Energy Physics, Nuclear fission product, Fission products, Materials science, Nuclear fuel, 020209 energy, Diffusion, Analytical chemistry, 02 engineering and technology, 021001 nanoscience & nanotechnology, 7. Clean energy, Matrix (chemical analysis), Chemical state, Nuclear Energy and Engineering, 13. Climate action, Phase (matter), 0202 electrical engineering, electronic engineering, information engineering, General Materials Science, Irradiation, 0210 nano-technology
Abstract: International audience; The chemical behaviour of the main elements present in a PWR irradiated fuel sample (UO$_2$ fuel, Zr from the Zircaloy-cladding, Pu, Np, and fission products such as Ba, Ce, Cs, Gd, I, La, Mo, Nd, Pd, Rh, Ru, Sr, Tc, Te, etc.) submitted to a nuclear severe accident type sequence (VERDON-1 experiment) has been investigated by thermodynamic calculations using the TAF-ID database. Particular emphasis has been placed on the chemical behaviour of the fission products Ba, Cs, Mo, and Zr, and the interactions between the Zircaloy-cladding and the UO$_2$ matrix. Calculation results have been compared to experimental observations completed during the VERDON-1 experiment (instantaneous release of fission products and final chemical state of elements in the sample). Results presented in this manuscript do not account for non-equilibrium phenomena that have a major impact on fission product behaviour (e.g., chemical diffusion, mass transport induced by temperature gradients in the fuel pellet, etc.). None the less, these TAF-ID calculations have described accurately the melting of the sample following the formation of a mixed (U,Zr)O$_2$-x phase because of the interaction between the fuel and the Zircaloy-cladding. Furthermore, calculations have assisted in the explanation of the instantaneous released fractions observed for Ba and Mo during the experiment (as a function of the experiment atmosphere and temperature).
Published: 2019
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15. Particle grinding inside rotating drums: method and parametric study

Author: Orozco, Luisa Fernanda, Delenne, Jean-Yves, Sornay, Philippe, Radjai, Farhang, Laboratoire des Combustibles Uranium (LCU), Service d'Analyses, d'Elaboration, d'Expérientations et d'Examens des combustibles (SA3E), Département d'Etudes des Combustibles (DEC), CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Département d'Etudes des Combustibles (DEC), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Ingénierie des Agro-polymères et Technologies Émergentes (UMR IATE), Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Université Montpellier 2 - Sciences et Techniques (UM2)-Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques (Montpellier SupAgro)-Université de Montpellier (UM)-Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro), Physique et Mécanique des Milieux Divisés (PMMD), Laboratoire de Mécanique et Génie Civil (LMGC), Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques (Montpellier SupAgro)-Université de Montpellier (UM)-Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro), and Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)
Subjects: granular flow, mills, rotating drums, [SPI.FLUID]Engineering Sciences [physics]/Reactive fluid environment, particle breakage, [SPI.GPROC]Engineering Sciences [physics]/Chemical and Process Engineering, [PHYS.MECA]Physics [physics]/Mechanics [physics], grinding, [SPI.MAT]Engineering Sciences [physics]/Materials
Abstract: International audience; Rotating drums are often used in industrial applications in which the main objective is reducing the particle size of the material (i.e. particle breakage). Because of the lack of understanding of the phenomena that take place in such processes, the system parameters are based on empirical laws. Experimentally, it is difficult to measure rheological and mechanical properties under such dynamic conditions. DEM simulations allow one to model the granular flow even under dynamic conditions and to track of the interactions between the particles. Moreover, by means of the Bonded Cell Method, the particle fragmentation can be also taken into account. In this work, we report on the simulations of grinding of granular materials inside rotating drums using Contact Dynamics. A parametric study of theinfluence of some operational parameters such as rotational velocity and the filling degree was performed for the grinding efficiency, indirectly characterized from the evolution of particle size and specific surface evolution.
Published: 2019

16. Modelling highly dynamic fragmentation of particles using the bonded-cells method

Author: Orozco, Luisa Fernanda, Delenne, Jean-Yves, Sornay, Philippe, Radjai, Farhang, Laboratoire des Combustibles Uranium (LCU), Service d'Analyses, d'Elaboration, d'Expérientations et d'Examens des combustibles (SA3E), Département d'Etudes des Combustibles (DEC), CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Département d'Etudes des Combustibles (DEC), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Physique et Mécanique des Milieux Divisés (PMMD), Laboratoire de Mécanique et Génie Civil (LMGC), Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Ingénierie des Agro-polymères et Technologies Émergentes (UMR IATE), Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques (Montpellier SupAgro)-Université de Montpellier (UM)-Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro), Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE), and Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Université Montpellier 2 - Sciences et Techniques (UM2)-Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques (Montpellier SupAgro)-Université de Montpellier (UM)-Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro)
Subjects: dynamic, [SPI.FLUID]Engineering Sciences [physics]/Reactive fluid environment, impact, particle breakage, [SPI.GPROC]Engineering Sciences [physics]/Chemical and Process Engineering, [PHYS.MECA]Physics [physics]/Mechanics [physics], bonded cell method, [SPI.MAT]Engineering Sciences [physics]/Materials
Abstract: International audience; Many industrial granular processes involve desired or undesired fragmentation of grains. However, despite experimental measurements and numerical modelling approaches, the mechanisms of single grain fragmentation and its effects on the behaviour of granular materials are still poorly understood. In this work, we investigate thefracture and fragmentation of a single grain due to a single impact, using three dimensional DEM simulations by means of the Contact Dynamics method. The grains are assumed to be perfectly rigid but modelled as an assembly of glued polyhedral Voronoï cells. The strength of the glue represents the internal cohesion of the grain along normal and tangential directions. The numerical method allows us to calculate the forces and torques at the interface zones between cells. The inter-cell joints can open eitherin tension (mode 1) or by slippage (mode 2) when the fracture strength is reached and a certain amount of energy is absorbed by the relative fragments movement. A series of simulations for a range of different values of parameters (number of cells, fracture strength, impact velocity) were performed in order to test the energetic aspects of the dynamic fragmentation of grains.
Published: 2019

17. Modelling highly dynamic fragmentation of particles using the bonded-cells method and Particle grinding inside rotating drums: method and parametric study

Author: Orozco, Luisa Fernanda, Delenne, Jean-Yves, Sornay, Philippe, Radjai, Farhang, Laboratoire des Combustibles Uranium (LCU), Service d'Analyses, d'Elaboration, d'Expérientations et d'Examens des combustibles (SA3E), Département d'Etudes des Combustibles (DEC), CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Département d'Etudes des Combustibles (DEC), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Physique et Mécanique des Milieux Divisés (PMMD), Laboratoire de Mécanique et Génie Civil (LMGC), Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Ingénierie des Agro-polymères et Technologies Émergentes (UMR IATE), Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Université Montpellier 2 - Sciences et Techniques (UM2)-Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques (Montpellier SupAgro)-Université de Montpellier (UM)-Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro), and Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)
Subjects: [PHYS.MECA.MEMA]Physics [physics]/Mechanics [physics]/Mechanics of materials [physics.class-ph], [SPI.GPROC]Engineering Sciences [physics]/Chemical and Process Engineering, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS, [SPI.MAT]Engineering Sciences [physics]/Materials
Abstract: International audience
Published: 2019

18. Discrete-element model for dynamic fracture of a single particle

Author: Philippe Sornay, Luisa Fernanda Orozco, Jean-Yves Delenne, Farhang Radjai, Laboratoire des Combustibles Uranium (LCU), Service d'Analyses, d'Elaboration, d'Expérientations et d'Examens des combustibles (SA3E), Département d'Etudes des Combustibles (DEC), CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Département d'Etudes des Combustibles (DEC), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Physique et Mécanique des Milieux Divisés (PMMD), Laboratoire de Mécanique et Génie Civil (LMGC), Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Ingénierie des Agro-polymères et Technologies Émergentes (UMR IATE), Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Université Montpellier 2 - Sciences et Techniques (UM2)-Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques (Montpellier SupAgro)-Université de Montpellier (UM)-Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro), Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro), CEA-Direction de l'Energie Nucléaire (CEA-DEN), and Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-CEA-Direction de l'Energie Nucléaire (CEA-DEN)
Subjects: Materials science, Discretization, Inelastic collision, 02 engineering and technology, Impact test, Kinetic energy, Granular material, Quantitative Biology::Cell Behavior, [SPI]Engineering Sciences [physics], 0203 mechanical engineering, Contact dynamics, Fracture energy, General Materials Science, Scaling, [PHYS]Physics [physics], Granular materials, Applied Mathematics, Mechanical Engineering, DEM, Fracture mechanics, Mechanics, 021001 nanoscience & nanotechnology, Condensed Matter Physics, 020303 mechanical engineering & transports, Damage, Mechanics of Materials, Modeling and Simulation, Impact, 0210 nano-technology
Abstract: International audience; We investigate the dynamic fracture of a single particle impacting a flat surface using 3D DEM simulations based on a fragmentation model involving both a stress threshold and a fracture energy. The particle is assumed to be perfectly rigid and discretized into polyhedral Voronoï cells with cohesive interfaces. A cell-cell interface loses its cohesion when it is at a normal or tangential stress threshold and an amount of work equal to the fracture energy is absorbed as a result of the relative cell-cell displacements. Upon impact, the kinetic energy of the particle is partially consumed to fracture cell-cell contacts but also restituted to the fragments or dissipated by inelastic collisions. We analyze the damage and fragmentation efficiency as a function of the impact energy and stress thresholds and their scaling with fracture energy and impact force. In particular, we find that the fragmentation efficiency, defined as the ratio of the consumed fracture energy to the impact energy, is unmonotonic as a function of the impact energy, the highest efficiency occurring for a specific value of the impact energy.
Published: 2019
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19. Discrete-element simulations of particle breakage inside ball mills

Author: Orozco, Luisa Fernanda, Hanh Nguyen, Duc, Delenne, Jean-Yves, Sornay, Philippe, Radjai, Farhang, Laboratoire des Combustibles Uranium (LCU), Service d'Analyses, d'Elaboration, d'Expérientations et d'Examens des combustibles (SA3E), Département d'Etudes des Combustibles (DEC), CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Département d'Etudes des Combustibles (DEC), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Physique et Mécanique des Milieux Divisés (PMMD), Laboratoire de Mécanique et Génie Civil (LMGC), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Montpellier (UM), Ingénierie des Agro-polymères et Technologies Émergentes (UMR IATE), Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Université Montpellier 2 - Sciences et Techniques (UM2)-Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques (Montpellier SupAgro)-Université de Montpellier (UM)-Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro), and Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)
Subjects: [PHYS.MECA.MEMA]Physics [physics]/Mechanics [physics]/Mechanics of materials [physics.class-ph], [SPI.GPROC]Engineering Sciences [physics]/Chemical and Process Engineering, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS
Abstract: International audience
Published: 2019

20. Numerical simulations of particle grinding inside 2D ball mills by Contact Dynamics

Author: Orozco, Luisa Fernanda, Delenne, Jean-Yves, Radjai, Farhang, Sornay, Philippe, Laboratoire des Combustibles Uranium (LCU), Service d'Analyses, d'Elaboration, d'Expérientations et d'Examens des combustibles (SA3E), Département d'Etudes des Combustibles (DEC), CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Département d'Etudes des Combustibles (DEC), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Ingénierie des Agro-polymères et Technologies Émergentes (UMR IATE), Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Université Montpellier 2 - Sciences et Techniques (UM2)-Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques (Montpellier SupAgro)-Université de Montpellier (UM)-Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro), Physique et Mécanique des Milieux Divisés (PMMD), Laboratoire de Mécanique et Génie Civil (LMGC), Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), and Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)
Subjects: [PHYS.MECA.MEMA]Physics [physics]/Mechanics [physics]/Mechanics of materials [physics.class-ph], [SPI.GPROC]Engineering Sciences [physics]/Chemical and Process Engineering, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS
Abstract: International audience
Published: 2019

21. In-situ high resolution photoelectron spectroscopy study on interaction of sodium with UO2+x film (0 ≤ x ≤ 1)

Author: Loïc Favergeon, C. Andrello, Rachel Eloirdi, E.A. Tereshina-Chitrova, Ladislav Havela, Thomas Gouder, R.J.M. Konings, L. Desgranges, CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), European Commission - Joint Research Centre [Karlsruhe] (JRC), Département Procédés de Transformations des Solides et Instrumentation (PTSI-ENSMSE), Centre Sciences des Processus Industriels et Naturels (SPIN-ENSMSE), École des Mines de Saint-Étienne (Mines Saint-Étienne MSE), Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-École des Mines de Saint-Étienne (Mines Saint-Étienne MSE), Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT), Laboratoire Georges Friedel (LGF-ENSMSE), Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Université de Lyon-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Département d'Etudes des Combustibles (DEC), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Service d'Analyses, d'Elaboration, d'Expérientations et d'Examens des combustibles (SA3E), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Laboratoire d'Analyse de la Migration des Radioéléments (LAMIR), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Département d'Etudes des Combustibles (DEC), Nuclear Physics Institute of the AS CR, Charles University [Prague] (CU), Faculty of Mathematics and Physics [Praha/Prague], Commission européenne - Centre commun de recherche (Joint Research Centre), Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives - DEN/DEC/SA3E/LAMIR, Institute of Physics - ASCR, and Faculty of Mathematics and Physics - Charles University
Subjects: Nuclear and High Energy Physics, Materials science, Interaction, XRD, Sodium, Analytical chemistry, chemistry.chemical_element, 02 engineering and technology, Substrate (electronics), film, 01 natural sciences, 010305 fluids & plasmas, UO3, Metal, X-ray photoelectron spectroscopy, NaUO3, 0103 physical sciences, XPS, [SPI.GPROC]Engineering Sciences [physics]/Chemical and Process Engineering, General Materials Science, UO2+x, Thin film, Deposition (law), Sputter deposition, 021001 nanoscience & nanotechnology, Nuclear Energy and Engineering, chemistry, visual_art, visual_art.visual_art_medium, UO2, 0210 nano-technology, Stoichiometry
Abstract: International audience; We studied in-situ the interaction of sodium metal with UO2+x (0 ≤ x ≤ 1) using thin films prepared by sputter deposition on Au substrate. X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) and Grazing Incidence XRay Diffraction (GIXRD) characterized films before and after interaction. The results show that sodium does not reduce stoichiometric UO2 at room temperature. Plasmon loss peaks, observed at the Na1s photoemission (PE) line, are characteristic of metallic sodium particles, and point to a weak interaction between sodium and UO2. The oxidation of the sodium at room temperature takes place only on hyperstoichiometric uranium dioxide films. Indeed, sodium deposition on UO2+x (0 < x ≤ 1), eventually results in the complete reduction of U(VI) down to U(IV). Molecular and atomic oxygen affect differently the oxidation of uranium and sodium. The wetting of the gold by the sodium is much more important when sodium is oxidised by atomic oxygen. This leads to a shift of the Na1s core level peak, while molecular oxygen gives a peak broadening without shift. Atomic oxygen seems to play the same role as the interstitial oxygen present in the UO2+x film. The oxygen dissociation may be the limiting step of sodium oxidation on gold and on UO2. Heat treatment of sodium on UO3 at about 773 K leads to the formation of the NaUO3 film as demonstrated by a quantitative analysis by XPS and GIXRD. The results show also that once U(V) is formed, it stays stable up to at least 973 K, the temperature at which shrinkage of the film is observed.
Published: 2021
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22. Effect of particle shape on particle breakage inside rotating cylinders

Author: Philippe Sornay, Luisa Fernanda Orozco, Farhang Radjai, Jean-Yves Delenne, Physique et Mécanique des Milieux Divisés (PMMD), Laboratoire de Mécanique et Génie Civil (LMGC), Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire des Combustibles Uranium (LCU), Service d'Analyses, d'Elaboration, d'Expérientations et d'Examens des combustibles (SA3E), Département d'Etudes des Combustibles (DEC), CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Département d'Etudes des Combustibles (DEC), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Ingénierie des Agro-polymères et Technologies Émergentes (UMR IATE), Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-Université de Montpellier (UM)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Institut Agro - Montpellier SupAgro, Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro), Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques (Montpellier SupAgro)-Université de Montpellier (UM)-Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro), and Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)
Subjects: Dilatant, Materials science, Physics, QC1-999, Flow (psychology), [PHYS.MECA]Physics [physics]/Mechanics [physics], Mechanics, Kinetic energy, 01 natural sciences, Layer thickness, 010305 fluids & plasmas, Physics::Fluid Dynamics, Breakage, Particle dynamics, Free surface, 0103 physical sciences, Particle, 010306 general physics
Abstract: International audience; We study the influence of particle shape on the evolution of particle breakage process taking place inside rotating cylinders. Extensive particle dynamics simulations taking into account the dynamics of the granular flow, particle breakage, and polygonal particle shapes were carried out. We find that the rate of particle breakage is faster in samples composed of initially rounder particles. The analysis of the active flowing layer thickness suggests that for samples composed of rounder particles a relatively lower dilatancy and higher connectivity lead to a less curved free surface profile. As a result, rounder particles rolling down the free surface have a higher mobility and thus higher velocities. In consequence, the faster breakage observed for rounder initial particles is due to the larger particles kinetic energy at the toe of the flow.
Published: 2021
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23. Evaluation of T2g band intensity distribution across a surface of an UO2 ceramic

Author: E. de Bilbao, I. N. Leontyev, X. Iltis, Aurélien Canizares, Svetlana A. Barannikova, Cécile Genevois, Lionel Desgranges, Patrice Simon, O. A. Maslova, Guillaume Guimbretière, Mohamed-Ramzi Ammar, Conditions Extrêmes et Matériaux : Haute Température et Irradiation (CEMHTI), Université d'Orléans (UO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Laboratoire de Caractérisation et d'étude des Propriétés des Combustibles (LCPC), Service d'Analyses, d'Elaboration, d'Expérientations et d'Examens des combustibles (SA3E), Département d'Etudes des Combustibles (DEC), CEA-Direction de l'Energie Nucléaire (CEA-DEN), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-CEA-Direction de l'Energie Nucléaire (CEA-DEN), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Département d'Etudes des Combustibles (DEC), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Thales Research and Technology [Palaiseau], THALES, Centre de recherches sur les matériaux à haute température (CRMHT), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre Science des Matériaux et des Structures (SMS-ENSMSE), École des Mines de Saint-Étienne (Mines Saint-Étienne MSE), Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT), Université d'Orléans (UO)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université d'Orléans (UO), CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), THALES [France], and Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université d'Orléans (UO)
Subjects: 010302 applied physics, Diffraction, [PHYS]Physics [physics], Materials science, Raman imaging, 02 engineering and technology, Electron, Penetration (firestop), [CHIM.MATE]Chemical Sciences/Material chemistry, 021001 nanoscience & nanotechnology, 01 natural sciences, Molecular physics, Coincidence, symbols.namesake, [SPI]Engineering Sciences [physics], visual_art, 0103 physical sciences, visual_art.visual_art_medium, symbols, [CHIM]Chemical Sciences, Ceramic, 0210 nano-technology, Raman spectroscopy, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS, Electron backscatter diffraction
Abstract: The present work is aimed at calculating the intensities of the intrinsic T2g band through an UO2 ceramic surface using electron back-scattering diffraction data. The theoretical intensity distribution is displayed in the form of a color-scale image and compared with an experimental Raman imaging map to establish circumstances of the T2g intensity variation within the UO2 ceramic surface and to determine the crystalline orientations. The results evidence a quite good coincidence between theory and experiment, although some grains highlight pronounced differences in T2g intensities for both maps. One therefore implies other “side” effects which make contribution to the T2g intensity behavior within a UO2 ceramic surface, such as different penetration depths of exciting beams in EBSD and Raman spectroscopy, or local stoichiometric changes.
Published: 2018
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24. Contribution à l'étude du relâchement des produits de fission hors de combustibles nucléaires en situation d'accident grave : effet de la pO2 sur la spéciation du Cs, Mo et Ba

Author: Le Gall, Claire, Laboratoire d'Analyse de la Migration des Radioéléments (LAMIR), Service d'Analyses, d'Elaboration, d'Expérientations et d'Examens des combustibles (SA3E), Département d'Etudes des Combustibles (DEC), CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Département d'Etudes des Combustibles (DEC), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Université Grenoble Alpes, Jean-Louis Hazemann, and STAR, ABES
Subjects: SIMFuels, Nuclear severe accident, Produits de fission, Céramiques nucléaires, [PHYS.NEXP] Physics [physics]/Nuclear Experiment [nucl-ex], Combustible MOX, Accident nucléaire grave, Spark Plasma Sintering (SPS), Nuclear ceramics, Fission products, [PHYS.NEXP]Physics [physics]/Nuclear Experiment [nucl-ex], MOX fuel
Abstract: In the nuclear community, it is a top priority to gain in-depth understanding of fission product (FP) speciation mechanisms occurring in nuclear fuel in order to precisely estimate the source term of a severe accident. Among the FP produced, some are highly reactive and may have a strong radiological impact if released into the environment. This is particularly the case of cesium (Cs), molybdenum (Mo) and barium (Ba). In this context, the objective of this study is to provide experimental data on the effect of the oxygen potential on Cs, Mo and Ba speciation in nuclear fuels at different stages of a severe accident.A thermodynamic approach was coupled with the experimental work to support the interpretation of experimental data. Two types of samples were studied in detail: irradiated MOX fuels and simulated high burn-up UO2 fuels produced through sintering at high temperature (SIMFuel). The samples were submitted to thermal treatments in conditions representative of a pressurised water reactor (PWR) severe accident. This approach made it possible to cover a temperature range from 400°C up to 2530°C and oxygen potentials from -470 kJ.mol(O2)-1 to -100 kJ.mol(O2)-1. The samples were characterized before and after each test using complementary techniques like OM, SEM, EPMA and SIMS in the case of irradiated fuels. XANES measurements using synchrotron radiation facilities were performed on SIMFuels and provided valuable results on FP speciation. Moreover, spark plasma sintering (SPS) was successfully investigated for the production of SIMFuel samples containing Cs, Mo and Ba in a chemical state representative of PWR fuel in normal operating conditions.This work highlighted the effect of oxidizing severe accident conditions on the fuel and FP behavior. Oxidation of Mo initially contained in the fuel’s metallic inclusions into MoO2 was observed to take place around 1000°C in oxidizing conditions. An interaction between MoO2 and the oxide phase containing Ba took place in the same conditions, leading to the formation of BaMoO4. The oxygen potential also plays an important role in fuel-cladding interactions, enhancing the diffusion of species in oxidizing conditions and lowering the temperature at which fuel melting occurs., Comprendre les mécanismes de spéciation des Produits de Fission (PF) dans le combustible nucléaire est un enjeu majeur pour pouvoir estimer précisément le terme source d’un accident grave. Parmi les nombreux PF créés, certains sont très réactifs et peuvent avoir un impact radiologique important en cas de relâchement dans l’atmosphère. C’est notamment le cas du césium (Cs), du molybdène (Mo) et du baryum (Ba). C’est dans ce contexte que s’inscrit le travail de thèse qui propose d’apporter des données expérimentales sur l’effet du potentiel oxygène sur la spéciation du Cs, du Mo et du Ba dans des combustibles nucléaires, à différents stades d’un accident grave.Une approche thermodynamique a été utilisée en support à l’interprétation des données expérimentales obtenues dans le cadre de ce travail. Deux types d’échantillons ont été étudiés: des combustibles MOX irradiés et des matériaux simulant un combustible UO2 à fort taux de combustion, obtenus par frittage à haute température (SIMFuel). Les échantillons ont été traités thermiquement dans des conditions représentatives d’un accident grave survenant dans un Réacteur à Eau Pressurisée (REP). Les conditions expérimentales ont couvert une gamme de température allant de 400°C à 2530°C et des potentiels oxygène situés entre -470 kJ.mol(O2)-1 et -100 kJ.mol(O2)-1. Les échantillons ont été caractérisés finement avant et après chaque traitement à l’aide de techniques complémentaires comme la microscopie optique et électronique, la microsonde et le SIMS dans le cas de l’irradié. Des mesures de XANES sur synchrotron ont été réalisées sur SIMFuel et ont conduit à des résultats importants en termes de spéciation des PF. Enfin, la technique de Spark Plasma Sintering (SPS) a été explorée avec succès pour la fabrication de SIMFuel contenant du Cs, du Mo et du Ba sous des formes chimiques représentatives d’un combustible REP en fonctionnement nominal.Ce travail a permis de mettre en évidence l’effet de la température en conditions oxydantes sur le comportement du combustible et des PF. Une oxydation du Mo, initialement présent sous forme métallique dans les inclusions blanches du combustible, en MoO2 a été observée dès 1000°C en conditions oxydantes. Une interaction entre le MoO2 formé et le Ba contenu dans la phase oxyde a eu lieu dans les mêmes conditions, menant à la formation de BaMoO4. Le potentiel oxygène joue aussi un rôle important dans le phénomène d’interaction pastille-gaine, en favorisant la diffusion des espèces en conditions oxydantes, diminuant ainsi la température de fusion du combustible.
Published: 2018

25. Chemical thermodynamics of RuO2(s)

Author: Christian Chatillon, Ioana Nuta, Fatima-Zhara Roki, Evelyne Fischer, Science et Ingénierie des Matériaux et Procédés (SIMaP ), Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019]), Laboratoire de Caractérisation et d'étude des Propriétés des Combustibles (LCPC), Service d'Analyses, d'Elaboration, d'Expérientations et d'Examens des combustibles (SA3E), Département d'Etudes des Combustibles (DEC), CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Département d'Etudes des Combustibles (DEC), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), THERmodynamique et MAtériaux (THERMODATA), and Institut National Polytechnique de Grenoble (INPG)-Thermodata-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Subjects: Nuclear and High Energy Physics, Work (thermodynamics), Materials science, Electromotive force, Thermodynamics, 02 engineering and technology, Calorimetry, 010402 general chemistry, 021001 nanoscience & nanotechnology, 01 natural sciences, Heat capacity, Ruthenium oxide, Standard enthalpy of formation, 0104 chemical sciences, [CHIM.THEO]Chemical Sciences/Theoretical and/or physical chemistry, Chemical thermodynamics, Nuclear Energy and Engineering, 13. Climate action, General Materials Science, Critical assessment, 0210 nano-technology, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS
Abstract: Thermodynamic data for the ruthenium oxide RuO2(s) are basic data for the calculation of gaseous release in the case of severe nuclear accident. The present study is a critical analysis of thermochemical data for RuO2(s) based on available published experimental data from calorimetry, vapor pressures in equilibrium with the diphasic Ru RuO2 and Electromotive Force Measurements EMF. A full critical review and reinterpretation of data are presented in this work with a proposition of new and accurate data for RuO2(s): C°p (RuO2, s, 298.15 K) = 56.42 ± 0.08 J·K-1 ·mol-1, S°298.15 (RuO2,s) = 46.15 ± 0.05 J·K-1 ·mol-1, and Δ; fH298 (RuO2,s) = −312.3 ± 1.6 kJ.mol-1
Published: 2018
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26. New insight in the uranium valence state determination in U$_y$Nd$_{1−y}$O$_{2 \pm x}$

Author: Bès, R., Kvashnina, K., Rossberg, A., Dottavio, G., Desgranges, L., Pontillon, Yves, Solari, P.L., Butorin, S., Martin, P., Aalto University, European Synchrotron Radiation Facility (ESRF), Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR), Département d'Etudes des Combustibles (DEC), CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Laboratoire d'Analyse de la Migration des Radioéléments (LAMIR), Service d'Analyses, d'Elaboration, d'Expérientations et d'Examens des combustibles (SA3E), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Département d'Etudes des Combustibles (DEC), Synchrotron SOLEIL (SSOLEIL), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Uppsala University, DEN/DMRC/SFMA/LFC (LFC), and Département de recherche sur les procédés pour la mine et le recyclage du combustible (DMRC)
Subjects: [PHYS.NEXP]Physics [physics]/Nuclear Experiment [nucl-ex]
Abstract: International audience; The charge compensation mechanisms in U$_y$Nd$_{1−y}$O$_{2 \pm x}$ and its consequence on the overall O stoichi-ometry (or O/M ratio where M = Nd + U) have been studied through the uranium valence state mixture evolution as a function of Nd content up to y = 0.62 by means of high energy resolution fluorescence detection X-ray absorption spectroscopy (HERFD-XAS) at the U M$_4$-edge. Our results clearly demonstrate the formation of U$^{5+}$ at low Nd content (y < 0.15). Upon increasing the Nd content, oxygen vacancies and the formation of U$^{6+}$ appear as competing mechanisms for intermediate Nd concentrations, leading to the coexistence of U$^{4+}$/U$^{5+}$/U$^{6+}$ mixed valence and an overall hypostoichiometry (O/M < 2.00). Finally, the formation of U 6þ associated with strongly distorted U local environment is observed for high Nd concentrations (y = 0.62), leading to an overall hyperstoichiometry (O/M < 2.00).
Published: 2018
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27. Modeling the dynamic fragmentation of a single grain

Author: Orozco, Luisa Fernanda, Delenne, Jean-Yves, Sornay, Philippe, Radjai, Farhang, Laboratoire des Combustibles Uranium (LCU), Service d'Analyses, d'Elaboration, d'Expérientations et d'Examens des combustibles (SA3E), Département d'Etudes des Combustibles (DEC), CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Département d'Etudes des Combustibles (DEC), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Ingénierie des Agro-polymères et Technologies Émergentes (UMR IATE), Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro), Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques (Montpellier SupAgro)-Université Montpellier 2 - Sciences et Techniques (UM2)-Université de Montpellier (UM)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), and Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Université Montpellier 2 - Sciences et Techniques (UM2)-Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques (Montpellier SupAgro)-Université de Montpellier (UM)-Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro)
Subjects: [PHYS.MECA.MEMA]Physics [physics]/Mechanics [physics]/Mechanics of materials [physics.class-ph], ComputingMilieux_MISCELLANEOUS
Abstract: International audience
Published: 2018

28. Dynamic fragmentation of grains under impact

Author: Orozco, Luisa Fernanda, Delenne, Jean-Yves, Sornay, Philippe, Radjai, Farhang, Laboratoire des Combustibles Uranium (LCU), Service d'Analyses, d'Elaboration, d'Expérientations et d'Examens des combustibles (SA3E), Département d'Etudes des Combustibles (DEC), CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Département d'Etudes des Combustibles (DEC), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Ingénierie des Agro-polymères et Technologies Émergentes (UMR IATE), Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques (Montpellier SupAgro)-Université de Montpellier (UM)-Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro), Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE), Physique et Mécanique des Milieux Divisés (PMMD), Laboratoire de Mécanique et Génie Civil (LMGC), Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), and Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Université Montpellier 2 - Sciences et Techniques (UM2)-Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques (Montpellier SupAgro)-Université de Montpellier (UM)-Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro)
Subjects: [SPI]Engineering Sciences [physics], [SPI.GPROC]Engineering Sciences [physics]/Chemical and Process Engineering, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS
Abstract: International audience
Published: 2018

29. An auto-catalytic mechanism to model the fission gas release between 600°C and 800°C on UO$_2$ irradiated fuel

Author: Pontillon, Yves, Brindelle, G., Baldinozzi, G., Capdevila, H., Desgranges, L., CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Laboratoire Structures, Propriétés et Modélisation des solides (SPMS), Institut de Chimie du CNRS (INC)-CentraleSupélec-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire d'Analyse de la Migration des Radioéléments (LAMIR), Service d'Analyses, d'Elaboration, d'Expérientations et d'Examens des combustibles (SA3E), Département d'Etudes des Combustibles (DEC), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Département d'Etudes des Combustibles (DEC), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Baldinozzi, Gianguido, and CADARACHE, Bibliothèque
Subjects: [PHYS.NUCL] Physics [physics]/Nuclear Theory [nucl-th], [CHIM.MATE] Chemical Sciences/Material chemistry, [PHYS.NUCL]Physics [physics]/Nuclear Theory [nucl-th], [PHYS.NEXP] Physics [physics]/Nuclear Experiment [nucl-ex], [CHIM.RADIO] Chemical Sciences/Radiochemistry, [PHYS.COND.CM-MS]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Materials Science [cond-mat.mtrl-sci], [CHIM.MATE]Chemical Sciences/Material chemistry, [PHYS.NEXP]Physics [physics]/Nuclear Experiment [nucl-ex], [CHIM.RADIO]Chemical Sciences/Radiochemistry, [PHYS.COND.CM-MS] Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Materials Science [cond-mat.mtrl-sci], ComputingMilieux_MISCELLANEOUS
Abstract: International audience; The fission gas release (FGR) is a key point that must be accurately assessed for fuel rod design and licensing under both normal and off-normal conditions. FGR is important input data in terms of both the radioactive source term relative to the consequences of a nuclear accident on the environment, and the driving force regarding fuel damage. Correctly predicting its release under these conditions remains an important R&D goal to well understand the FGR impact during an accidental scenario. The present work deals with FGR mechanisms during a LOCA type transient. A new model to understand FGR is proposed; it is compared to experimental results and the possible phenomenon responsible of FGR is discussed. The samples involved (14 different tests) come from a section of PWR UO2 irradiated fuels. They were subjected to annealing tests on the MERARG facility (CEA Cadarache). They consist of a temperature ramp up to 1200°C at 0.2°C/s. The release occurs by bursts according to two main contributions (one between 600°C and 800°C and the second one after 1100°C). The largest FGR occurs at 1100°C and is due to a thermal activated process which is still thoroughly investigated. The release burst between 600 °C and 800 °C cannot be explained by the same type of mechanism. According to a completely different way, FGR could be induced by the creation of defects themselves created by alpha auto-irradiation (i.e. during the storage of the fuel sample). FGR kinetics might be modelled thanks to a two-step process: a phase of gas clusters nucleation and growth followed by their release. This new simplified two-parameter model for describing aggregation kinetics can be borrowed from the Finke-Watzky mechanism. It is a process of slow continuous nucleation linked to an autocatalytic surface growth. Both steps happen simultaneously so that gas clusters are consumed and released. When experimental data are fitted with the model, a very good agreement is obtained. Even though first results are promising, it is necessary to continue this study in order to confirm the preliminary conclusion.
Published: 2018

30. Improvement of the activity measurement method for solid dosimeters emitting X-rays

Author: Christophe Destouches, N. Thiollay, C. Domergue, O. Vigneau, L. Gravier, J. Riffaud, H. Philibert, J. Bonora, M.-C. Lépy, J. M. Girard, Laboratoire de Dosimétrie, de Contrôle-commande et Instrumentation (LDCI), Service Physique EXpérimentale, d'essais en Sûreté et d'Instrumentation (SPESI), Département Etude des Réacteurs (DER), CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Département Etude des Réacteurs (DER), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Laboratoire National Henri Becquerel (LNHB), Département Métrologie Instrumentation & Information (DM2I), Laboratoire d'Intégration des Systèmes et des Technologies (LIST), Direction de Recherche Technologique (CEA) (DRT (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Direction de Recherche Technologique (CEA) (DRT (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Laboratoire d'Intégration des Systèmes et des Technologies (LIST), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay, Laboratoire d'Analyses Radiochimiques et Chimiques (LARC), Service d'Analyses, d'Elaboration, d'Expérientations et d'Examens des combustibles (SA3E), Département d'Etudes des Combustibles (DEC), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Département d'Etudes des Combustibles (DEC), Laboratoire d'Intégration des Systèmes et des Technologies (LIST (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Laboratoire d'Intégration des Systèmes et des Technologies (LIST (CEA)), and Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Département d'instrumentation Numérique (DIN (CEA-LIST))
Subjects: Materials science, Niobium, Analytical chemistry, chemistry.chemical_element, Self-attenuation, [PHYS.NEXP]Physics [physics]/Nuclear Experiment [nucl-ex], Mass spectrometry, 01 natural sciences, Rh103m, Inelastic neutron scattering, Fluorescence, spectrometry, X-ray, X-rays, 0103 physical sciences, Neutron, [PHYS.PHYS.PHYS-INS-DET]Physics [physics]/Physics [physics]/Instrumentation and Detectors [physics.ins-det], 010306 general physics, X-ray spectrometry, Range (particle radiation), Radiation, Dosimeter, Decay data measurement, 010401 analytical chemistry, Efficiency calibration, neutrons, Primary activity measurement, Emission intensity, 0104 chemical sciences, Nb93m, metrology, chemistry, radioactivity, ionizing radiation
Abstract: 21st International Conference on Radionuclide Metrology and its Applications (ICRM), Argentinian Comis Nacl Energia Atomica, Buenos Aires, ARGENTINA, MAY 15-19, 2017. Organizer: Argentinian Comission Nacional Energia Atomica; International audience; Today, there is growing interest for neutrons in the intermediate energy range between 100 keV and 1 MeV, which are responsible for damaging materials in reactor. To improve this deficiency, we use rhodium and niobium which, through the inelastic neutron scattering reaction, leads to the formation of Rh-103m and Nb-93m low-energy X-emitters. This paper describes the improvements and validation made on this type of complex measurement by X spectrometry: self-attenuation, fluorescence correction, and emission intensity were poorly known previously.
Published: 2018
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31. Effects of reducing the reactor diameter on the fluidization of a very dense powder

Author: Florence Vanni, Meryl Brothier, Brigitte Caussat, Carine Ablitzer, Laboratoire des Combustibles Uranium (LCU), Service d'Analyses, d'Elaboration, d'Expérientations et d'Examens des combustibles (SA3E), Département d'Etudes des Combustibles (DEC), CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Département d'Etudes des Combustibles (DEC), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Laboratoire de génie chimique [ancien site de Basso-Cambo] (LGC), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Commissariat à l'Energie Atomique et aux énergies alternatives - CEA (FRANCE), Centre National de la Recherche Scientifique - CNRS (FRANCE), Institut National Polytechnique de Toulouse - Toulouse INP (FRANCE), Université Toulouse III - Paul Sabatier - UT3 (FRANCE), Laboratoire de Génie Chimique (LGC), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), and Université de Toulouse (UT)
Subjects: Materials science, Silicon, General Chemical Engineering, Very dense particles - Minimum fluidization velocity, chemistry.chemical_element, Mineralogy, Chemical vapor deposition, Tungsten, engineering.material, 7. Clean energy, Fluidized bed, [CHIM.GENI]Chemical Sciences/Chemical engineering, Coating, Very dense particles -Minimum fluidization velocity, Thermal, Génie chimique, Fluidization, Composite material, Pressure drop, Wall effects, [SPI.FLUID]Engineering Sciences [physics]/Reactive fluid environment, Bed expansion, Milieux fluides et réactifs, chemistry, engineering
Abstract: International audience; The impact of decreasing the column diameter from 5 to 2 cm has been studied on the fluidization of a very densepowder both at ambient and high temperature. The final objective was to coat very dense nuclear fuel particles with silicon using a Fluidized Bed Chemical Vapo Deposition (FB-CVD) process with bed weights as low as possible. A surrogate tungsten powder, 19300 kg/m3 in density, was used. Wall effects only appeared in the column with a 2 cm diameter. This was evidenced by an increase in the hysteretic behavior of the pressure drop curves and an increase of the minimum fluidization velocity, as well as by a decrease in the bed voidage. This critical diameter is higher than those found elsewhere for Geldart's group A and B powders, which is probably due to the very high density of the tungsten powder that increases the friction forces in the bed. Satisfactory thermal conditions were reached at 650 °C in a reactor with a 3 cm diameter using only 740 g of powder, thereby opening the way for future silicon coating experiments.
Published: 2015
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32. Numerical simulation of the UO2 viscoplasticity at the polycrystal scale : microscopic validation

Author: Portelette, Luc, Michel, Bruno, Castelier, Étienne, Ibrahim, Marcelle, Saada, Mariem, Iltis, Xavière, Garcia, Philippe, Laboratoire de Simulation du Comportement des Combustibles (LSC), Service d'Etudes de Simulation du Comportement du combustibles (SESC), Département d'Etudes des Combustibles (DEC), CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Département d'Etudes des Combustibles (DEC), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Laboratoire des Combustibles Uranium (LCU), Service d'Analyses, d'Elaboration, d'Expérientations et d'Examens des combustibles (SA3E), Ecole Centrale of Nantes, GeM Institute, European Mechanics Society, and amplexor, amplexor
Subjects: [PHYS.NUCL] Physics [physics]/Nuclear Theory [nucl-th], [PHYS.NUCL]Physics [physics]/Nuclear Theory [nucl-th], [PHYS.NEXP] Physics [physics]/Nuclear Experiment [nucl-ex], [PHYS.NEXP]Physics [physics]/Nuclear Experiment [nucl-ex]
Abstract: International audience; A model based on dislocation glide in a single crystal has been developed in order to simulate uranium dioxide (UO2) viscoplastic behavior during reactor operation of PWRs (pressurized water reactors). This model is then implemented through a 3D finite element formulation to simulate the polycrystal behavior in the volume element application (VER) of the PLEIADES nuclear fuel behavior software environment. With this full field computation, the strain incompatibility induced by the disorientation at grain boundaries is computed along with associated stress and strain heterogeneities. In order to assess the grain size effect, the geometrically necessary dislocation densities are also computed from the viscoplastic strain field. The main objective of this study is to propose a validation methodology at the microscopic scale, in order to check that the computed stress-strain heterogeneity is in good agreement with experimental results. The experimental data used for this validation are based on 2D SEM-EBSD characterizations of polished sections of UO2 pellets, with as-fabricated grains in the 10 µm size range, following to uniaxial compressive creep tests. EBSD provides quantitative micronscale information relating to the crystal lattice orientation, which is strongly correlated to the local viscoplastic strain induced during the mechanical test. Regarding simulation results, the crystal lattice orientation is derived from the elastic rotation computed through a finite strain formulation of the elastoviscoplastic transformation. First a qualitative comparison between experiment and simulation is proposed which enables us to analyze the spatial variation of orientations within the original grains. Simulation results show that polycrystal viscoplas-ticity induces a non-uniform crystal lattice orientation as is observed from EBSD measurements. However the experimental spatial variation is discontinuous, as sub-grain boundaries appear, whereas our model describes a continuous variation in grain orientation. Statistical comparisons are provided of the orientation changes within the grains. In order to avoid grain size sensitivity and 2D-3D corrections, a variogram function is defined. According to these first results, it appears that the spatial statistical distribution is consistent with experimental results. However, the magnitude of the orientation variation is greater in the simulation, which suggests that the strain incompatibility is overestimated. Applying this methodology provides a more robust means of both analyzing basic deformation mechanisms and identifying the appropriate intragranular model to describe viscoplastic strains in uranium dioxide polycrystal.
Published: 2018

33. Rheology of granular materials composed of crushable particles

Author: Farhang Radjai, Philippe Sornay, Duc Hanh Nguyen, Emilien Azéma, Laboratoire de Mécanique et Génie Civil (LMGC), Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Physique et Mécanique des Milieux Divisés (PMMD), Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire des Combustibles Uranium (LCU), Service d'Analyses, d'Elaboration, d'Expérientations et d'Examens des combustibles (SA3E), Département d'Etudes des Combustibles (DEC), CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Département d'Etudes des Combustibles (DEC), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), National University of Civil Engineering (NUCE), Multiscale Material Science for Energy and Environment (MSE 2), and Massachusetts Institute of Technology (MIT)
Subjects: Dilatant, Materials science, Biophysics, contact dynamic, Granular material, 01 natural sciences, 010305 fluids & plasmas, Rheology, Breakage, fragmentation, 0103 physical sciences, General Materials Science, 010306 general physics, Shearing (physics), Surfaces and Interfaces, General Chemistry, Mechanics, [PHYS.MECA]Physics [physics]/Mechanics [physics], Overburden pressure, Condensed Matter::Soft Condensed Matter, granular, Particle-size distribution, Cohesion (chemistry), texture, [PHYS.COND.CM-SCM]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Soft Condensed Matter [cond-mat.soft], Biotechnology
Abstract: International audience; We investigate sheared granular materials composed of crushable particles by means of contact dynamics simulations and the bonded-cell model for particle breakage. Each particle is paved by irregular cells interacting via cohesive forces. In each simulation, the ratio of the internal cohesion of particles to the confining pressure, the relative cohesion, is kept constant and the packing is subjected to biaxial shearing. The particles can break into two or more fragments when the internal cohesive forces are overcome by the action of compressive force chains between particles. The particle size distribution evolves during shear as the particles continue to break. We find that the breakage process is highly inhomogeneous both in the fragment sizes and their locations inside the packing. In particular, a number of large particles never break whereas a large number of particles are fully shattered. As a result, the packing keeps the memory of its initial particle size distribution, whereas a power-law distribution is observed for particles of intermediate size due to consecutive fragmentation events whereby the memory of the initial state is lost. Due to growing polydispersity, dense shear bands are formed inside the packings and the usual dilatant behavior is reduced or cancelled. Hence, the stress-strain curve no longer passes through a peak stress, and a progressive monotonic evolution towards a pseudo-steady state is observed instead. We find that the crushing rate is controlled by the confining pressure. We also show that the shear strength of the packing is well expressed in terms of contact anisotropies and force anisotropies. The force anisotropy increases while the contact orientation anisotropy declines for increasing internal cohesion of the particles. These two effects compensate each other so that the shear strength is nearly independent of the internal cohesion of particles.
Published: 2018
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34. Rheology and structure of polydisperse three-dimensional packings of spheres

Author: Philippe Sornay, Emilien Azéma, Farhang Radjai, David Cantor, Laboratoire des Combustibles Uranium (LCU), Service d'Analyses, d'Elaboration, d'Expérientations et d'Examens des combustibles (SA3E), Département d'Etudes des Combustibles (DEC), CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Département d'Etudes des Combustibles (DEC), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Physique et Mécanique des Milieux Divisés (PMMD), Laboratoire de Mécanique et Génie Civil (LMGC), and Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Subjects: education.field_of_study, Materials science, Population, Mechanics, [PHYS.MECA]Physics [physics]/Mechanics [physics], Atomic packing factor, Polydispersity, 01 natural sciences, Discrete element method, 010305 fluids & plasmas, Simple shear, Condensed Matter::Soft Condensed Matter, Rheology, 0103 physical sciences, Shear strength, Particle, rheology, Particle size, [PHYS.COND]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat], 010306 general physics, education, discrete element method, granular dynamic
Abstract: International audience; We use three-dimensional contact dynamics simulations to analyze the rheology of polydisperse packings of spherical particles subjected to simple shear. The macroscopic and microstructural properties of several packings are analyzed as a function of their size span (from nearly monodisperse to highly polydisperse). Consistently with previous two-dimensional simulations, we find that the shear strength is independent of the size span despite the increase of packing fraction with size polydispersity. At the grain scale, we analyze the particle connectivity, force transmission, and the corresponding anisotropies of the contact and force networks. We show that force distributions become increasingly broader as the size span increases. In particular, stronger forces are captured by large particles, which are also better connected creating the so-called granular backbone. Throughout this backbone friction mobilization is rare and compressive forces control the stability of such structure. In return, small particles create an important population of rattlers discarded of the strength and granular structure analysis. As a consequence, the contact anisotropy declines with size span, whereas the force and branch anisotropies increase. These microstructural compensations allow us to explain the independence of the shear strength from particle size polydispersity.
Published: 2018
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35. Une étude des défauts ponctuels dans UO2+x et de leur impact sur les propriétés du combustible

Author: Ma, Yue, Laboratoire des Combustibles Uranium (LCU), Service d'Analyses, d'Elaboration, d'Expérientations et d'Examens des combustibles (SA3E), Département d'Etudes des Combustibles (DEC), CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Département d'Etudes des Combustibles (DEC), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Université d’Aix-Marseille, Jacques Léchelle, and Philippe Garcia
Subjects: Self-diffusion, Positron annihilation spectroscopy, Uranium dioxide, Secondary Ions Mass Spectrometry, dioxyde d’uranium, [PHYS.COND.CM-MS]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Materials Science [cond-mat.mtrl-sci], Spectroscopie d’annihilation de positons, [CHIM.MATE]Chemical Sciences/Material chemistry, Neutron diffraction, diffraction neutronique
Abstract: Uranium dioxide is an oxygen excess, non-stoichiometric, fluorite material which exists over a wide range of compositions. At temperatures and oxygen activities that are relevant to its in-reactor behaviour, it has been reported that various types of point defects and clusters thereof may exist with different charge states and different compositions on both the anion and cation sublattices. These defects have a major influence on certain key engineering properties such as cation self -diffusion or creep. It is the aim of this work both to characterize the majority defects present in thermodynamically equilibrated samples and further our understanding of their impact upon uranium self -diffusion. To this end, three types of experiments were carried out. Neutron diffraction was used, as neutrons are sensitive to oxygen ions, to characterize samples with different oxygen to metal ratios at different temperatures. This work was carried out at Institut Laüe Langevin in Grenoble on the D4c diffractometer which enables the determination of local atomic arrangements by means of the Pair Distribution Function analysis. Radial Distribution functions were modelled and compared to the experimental data. It is difficult to draw any firm conclusion about whether oxygen interstitials remain isolated or form clusters of ions in the low deviation from stoichiometry material as the system is extremely dilute. However, in samples containing much larger quantities of oxygen, results are consistent with the formation of clusters, either in a 2:2:2 type configuration or in the form of so-called cuboctahedron clusters, that are similar to those observed in U4O9. Positron Annihilation Spectroscopy was also carried out at CEMHTI, Orléans on samples originally equilibrated at high temperature but under different oxygen partial pressures and subsequently quenched. At high enough oxygen partial pressures, Doppler broadening and lifetime spectroscopy prove the emergence of a specific, uranium vacancy containing defect, with characteris tics similar to the ones observed in irradiated material. Our results also highlight the specific effect of the presence of oxygen interstitials alone on Doppler broadening characteristics and confirm that their life -time properties are similar to those of the lattice. Uranium and oxygen defect concentrations are tentatively derived from interpreting the data using a trapping model. Finally, these results are complemented by uranium tracer diffusion experiments and attempt is made at interpreting changes in uranium self-diffusion coefficients based on our understanding of point defect behaviour.; Les propriétés d'autodiffusion de l’uranium sont essentielles pour la compréhension de l’interaction pastille-gaine dans le réacteur. L'objectif de cette thèse est de déterminer les coefficients d'autodiffusion de l'uranium dans l’UO2 sur-stoechiométrique qui dépendent, par l’intermédiaire des conditions thermodynamiques, des défauts ponctuels. Dans ce but trois techniques expérimentales ont été mises en oeuvre. La première étude porte sur la compréhension des défauts d'oxygène et les différents réarrangements du réseau après oxydation. Pour cela, des échantillons d’UO2 et d’UO2+x ont été caractérisés par diffraction neutronique au sein de l’institut ILL à Grenoble (diffractomètre D4c). Les résultats obtenus par analyse de la « Pair Distribution Function » montrent que les anions interstitiels ont tendance à être isolés aux faibles valeurs de x mais sont regroupés aux valeurs plus élevées de x. La deuxième partie vise à étudier les défauts lacunaires d'uranium, prédominants dans les échantillons d’UO2+x recuits à haute température, qui influent directement sur l'autodiffusion de l'uranium. La méthode non destructive de « Spectroscopie d'annihilation de Positrons », implémentée au laboratoire CEMHTI à Orléans, a été appliquée. Les résultats de spectroscopie d’élargissement Doppler d’annihilation de paires d'électrons-positons ont montré l'existence des lacunes d'uranium dans le matériau et leurs concentrations peuvent être estimées en fonction de la mesure de durée de vie des positons à l'aide d'un modèle de piégeage. La connaissance de la nature des défauts cationiques et anioniques ainsi que des équilibres de défauts aide à comprendre la corrélation entre les propriétés importantes du combustible (par exemple, la diffusion, le fluage) et les conditions thermodynamiques (c'est-à-dire la température et la pression partielle d'oxygène). La diffusion d’un traceur de l’uranium a été étudiée par Secondary Ion Mass Spectrometry pour caractériser la diffusion dans UO2+x.
Published: 2017

36. Fragmentation of grains under impact

Author: Orozco, Luisa, Delenne, Jean-Yves, Sornay, Philippe, Radjai, Farhang, Physique et Mécanique des Milieux Divisés (PMMD), Laboratoire de Mécanique et Génie Civil (LMGC), Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Ingénierie des Agro-polymères et Technologies Émergentes (UMR IATE), Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Université Montpellier 2 - Sciences et Techniques (UM2)-Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques (Montpellier SupAgro)-Université de Montpellier (UM)-Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro), Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro), Laboratoire des Combustibles Uranium (LCU), Service d'Analyses, d'Elaboration, d'Expérientations et d'Examens des combustibles (SA3E), Département d'Etudes des Combustibles (DEC), CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Département d'Etudes des Combustibles (DEC), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro)-Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques (Montpellier SupAgro)-Université Montpellier 2 - Sciences et Techniques (UM2)-Université de Montpellier (UM)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA), CEA-Direction de l'Energie Nucléaire (CEA-DEN), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-CEA-Direction de l'Energie Nucléaire (CEA-DEN), Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Université de Montpellier (UM)-Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro), Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques (Montpellier SupAgro)-Université Montpellier 2 - Sciences et Techniques (UM2), Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro), and Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques (Montpellier SupAgro)-Université Montpellier 2 - Sciences et Techniques (UM2)-Université de Montpellier (UM)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)
Subjects: [PHYS.MECA.MEMA]Physics [physics]/Mechanics [physics]/Mechanics of materials [physics.class-ph], [SPI.FLUID]Engineering Sciences [physics]/Reactive fluid environment, [PHYS.MECA.SOLID]Physics [physics]/Mechanics [physics]/Solid mechanics [physics.class-ph], [SPI.GCIV.GEOTECH]Engineering Sciences [physics]/Civil Engineering/Géotechnique, [SPI.GPROC]Engineering Sciences [physics]/Chemical and Process Engineering, [PHYS.MECA]Physics [physics]/Mechanics [physics], [PHYS.MECA.SOLID]Physics [physics]/Mechanics [physics]/Mechanics of the solides [physics.class-ph], ComputingMilieux_MISCELLANEOUS, [SPI.MAT]Engineering Sciences [physics]/Materials
Abstract: International audience; Many industrial granular processes involve desired or undesired fragmentation of grains. However, despite experimental measurements and numerical modeling approaches, the mechanisms of single grain fragmentation and its effects on the behavior of granular materials are still poorly understood. In this work, we investigate the fracture and fragmentation of a single grain due to impact using three- dimensional Contact Dynamics simulations. The grains are assumed to be perfectly rigid but modeled as an assembly of bonded polyhedral Voronoï cells. The strength of the bonds represents the internal cohesion of the grain along normal and tangential directions. The inter-cell joints can open either in tension or by slip when the fracture strength is reached. A series of simulations for a range of different values of parameters (number of cells, cohesion, impact velocity) were performed. The efficiency of the fragmentation process was defined as the ratio of the energy dissipated by fracture to the kinetic energy at impact. It find that the efficiency increases with the number of cells. We also show that the efficiency is inversely proportional to the internal cohesion. Finally, the impact velocity maximizing the efficiency is found to be 0.08 m/s for two grains tessellated with 20 and 100 cells.
Published: 2017

37. Numerical simulation of the compaction of crushable grains in 3D

Author: David Cantor, Farhang Radjai, Emilien Azéma, Philippe Sornay, Laboratoire des Combustibles Uranium ( LCU ), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives ( CEA ), Physique et Mécanique des Milieux Divisés ( PMMD ), Laboratoire de Mécanique et Génie Civil ( LMGC ), Université de Montpellier ( UM ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -Université de Montpellier ( UM ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Université de Montpellier ( UM ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Multiscale Materials Science for Energy and Environment ( MSE2 ), Massachusetts Institute of Technology ( MIT ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Laboratoire des Combustibles Uranium (LCU), Service d'Analyses, d'Elaboration, d'Expérientations et d'Examens des combustibles (SA3E), Département d'Etudes des Combustibles (DEC), CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Département d'Etudes des Combustibles (DEC), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Physique et Mécanique des Milieux Divisés (PMMD), Laboratoire de Mécanique et Génie Civil (LMGC), Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Multiscale Material Science for Energy and Environment (MSE 2), and Massachusetts Institute of Technology (MIT)
Subjects: size polydispersity, QC1-999, [ SPI.MAT ] Engineering Sciences [physics]/Materials, 0211 other engineering and technologies, Compaction, Failure mechanism, 02 engineering and technology, [SPI.MECA.MSMECA]Engineering Sciences [physics]/Mechanics [physics.med-ph]/Materials and structures in mechanics [physics.class-ph], [SPI.MECA.SOLID]Engineering Sciences [physics]/Mechanics [physics.med-ph]/Solid mechanics [physics.class-ph], polyhedra, 01 natural sciences, 010305 fluids & plasmas, [SPI.MAT]Engineering Sciences [physics]/Materials, Brittleness, Fragmentation, 0103 physical sciences, [SPI.MECA.MEMA]Engineering Sciences [physics]/Mechanics [physics.med-ph]/Mechanics of materials [physics.class-ph], [ SPI.MECA.SOLID ] Engineering Sciences [physics]/Mechanics [physics.med-ph]/Mechanics of the solides [physics.class-ph], Statistical physics, 021101 geological & geomatics engineering, Physics, Computer simulation, Mechanics, [ SPI.MECA.MSMECA ] Engineering Sciences [physics]/Mechanics [physics.med-ph]/Materials and structures in mechanics [physics.class-ph], Grain size, [ SPI.MECA.MEMA ] Engineering Sciences [physics]/Mechanics [physics.med-ph]/Mechanics of materials [physics.class-ph], Particle-size distribution, 3D
Abstract: International audience; Grain fragmentation is simulated by means of a three-dimensional discrete element approach calledbonded-cell method (BCM). In this method, grains and potential fragments may have any polyhedral shape andsize, capturing the geometrical complexity of brittle grain failure. As an application of this method, we presentthe uniaxial compaction of samples composed of several grains and we analyse the load-density relations, thegrain size evolution, and the failure mechanism within the grains. This numerical approach permitted us toanalyse the e↵ect of the grains internal strength on the macroscopic compaction behaviour and to study theevolution of the grain size distribution towards a power-law distribution as several experiments have shown inliterature. Finally, we present a brief micro-mechanical analysis on the failure modes within the grains, lettingus know the kind of stresses that prompts grain fragmentation.
Published: 2017

38. Overview of the VERDON-ISTP Program and main insights from the VERDON-2 air ingress test

Author: S. Bernard, E. Hanus, J. Bonnin, A. Gallais-During, B. Gleizes, P.-P. Malgouyres, S. Morin, G. Ducros, Y. Pontillon, CEA-Direction de l'Energie Nucléaire (CEA-DEN), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), AGroécologie, Innovations, teRritoires (AGIR), Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Laboratoire d'Analyse de la Migration des Radioéléments (LAMIR), Service d'Analyses, d'Elaboration, d'Expérientations et d'Examens des combustibles (SA3E), Département d'Etudes des Combustibles (DEC), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-CEA-Direction de l'Energie Nucléaire (CEA-DEN), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Département d'Etudes des Combustibles (DEC), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Centre de formation et de recherche sur l'environnement marin (CEFREM), Université de Perpignan Via Domitia (UPVD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Réseaux épuration et qualité des eaux (UR REBX), Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA), CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Institut de Radioprotection et de Sûreté Nucléaire (IRSN), and Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)
Subjects: Fission products, [PHYS.NUCL]Physics [physics]/Nuclear Theory [nucl-th], 020209 energy, Nuclear engineering, Uranium dioxide, Radioactive waste, 02 engineering and technology, [PHYS.NEXP]Physics [physics]/Nuclear Experiment [nucl-ex], Solid fuel, ISTP, 7. Clean energy, 01 natural sciences, 010305 fluids & plasmas, chemistry.chemical_compound, Nuclear Energy and Engineering, chemistry, 13. Climate action, 0103 physical sciences, 0202 electrical engineering, electronic engineering, information engineering, Environmental science, Energy source, MOX fuel, Burnup
Abstract: International audience; In order to reduce the uncertainties concerning source term assessment under LWR severe accident conditions, the International Source Term Program has been launched. Four main R&D research axes have been addressed in this program: iodine behaviour in the RCS and containment, study of the boron carbide effect on fuel degradation and FP release, study of the air effect on fuel and FP behaviour, FP release from high burn-up UO2 and MOX fuels.As far as the source term quantification is concerned, four VERDON tests have been defined and were performed in the VERDON laboratory at the CEA Cadarache Centre. We present an overview of these four tests, devoted to the study of FP release from high burn-up UO2 and MOX fuels. We focus on the VERDON-2 air ingress test performed on MOX fuel with a specific loop dedicated to FP release and transport. It addressed two issues: Ru release under mixed steam-air conditions following lower head failure and transport/re-volatilization of Ru and volatile FPs in the primary circuit. The latter was performed thanks to the implementation of thermal gradient tubes exposed at different phases of the sequence. In this configuration, the VERDON facility combines the ability of the analytical approach to identify and understand the physical phenomena involved, with a semi-integral approach, which allows the results to be applied to source term assessments for reactor application. This VERDON-2 test has shown a rather unexpected low release of ruthenium from the MOX sample and no re-volatilization from the thermal gradient tubes. On the contrary, a significant re-volatilization of iodine has been observed when switching to mixed steam-air conditions, as well as a low, but measurable amount of iodine transported under gaseous form downstream of the thermal gradient tubes.
Published: 2017
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39. A FTIR/chemometrics approach to characterize the gamma radiation effects on iodine/epoxy-paint interactions in Nuclear Power Plants

Author: Nathalie Dupuy, Sandrine Amat, Elodie Chauvet, Juliette Colombani, Didier Gigmes, Laboratoire de Caractérisation et d'étude des Propriétés des Combustibles (LCPC), Service d'Analyses, d'Elaboration, d'Expérientations et d'Examens des combustibles (SA3E), Département d'Etudes des Combustibles (DEC), CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Département d'Etudes des Combustibles (DEC), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Laboratoire d'Expérimentation Environnement et Chimie (IRSN/PSN-RES/SEREX/L2EC), Service d'Etude et de Recherche EXpérimentale (IRSN/PSN-RES/SEREX), Institut de Radioprotection et de Sûreté Nucléaire (IRSN)-Institut de Radioprotection et de Sûreté Nucléaire (IRSN), Institut méditerranéen de biodiversité et d'écologie marine et continentale (IMBE), Avignon Université (AU)-Aix Marseille Université (AMU)-Institut de recherche pour le développement [IRD] : UMR237-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut de Chimie Radicalaire (ICR), Aix Marseille Université (AMU)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), PSN-RES/SEREX/L2EC, Institut de Radioprotection et de Sûreté Nucléaire (IRSN), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de recherche pour le développement [IRD] : UMR237-Aix Marseille Université (AMU)-Avignon Université (AU), and Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Aix Marseille Université (AMU)
Subjects: Epoxy-paint, Nuclear engineering, Containment building, Analytical chemistry, 02 engineering and technology, Radiation, 010402 general chemistry, 01 natural sciences, Biochemistry, Analytical Chemistry, law.invention, law, [CHIM.ANAL]Chemical Sciences/Analytical chemistry, AComDim, Nuclear power plant, Environmental Chemistry, Spectroscopy, Fission products, Nuclear fuel, business.industry, Chemistry, Epoxy, Nuclear power, Nuclear reactor, 021001 nanoscience & nanotechnology, 0104 chemical sciences, [CHIM.POLY]Chemical Sciences/Polymers, 13. Climate action, Gamma radiation, visual_art, visual_art.visual_art_medium, 0210 nano-technology, business, MIR spectroscopy, Iodine
Abstract: International audience; The effects of radiation on polymeric materials are a topic of concern in a wide range of industries including the sterilization, and the nuclear power industry. While much work has concentrated on systems like polyolefins that are radiation sterilized, some work has been done on epoxy systems. The epoxy system studied is an epoxy/amine paint which is representative of the paint that covers the inner surfaces of the French nuclear reactor containment buildings. In case of a severe accident on a Nuclear Power Plant, fission products can be released from the nuclear fuel to the reactor containment building. Among them, volatile iodine (I 2) can be produced and can interact with the epoxy-paint. This paint is also subjected to gamma radiation damages (due to the high dose in the containment coming from radio-nuclides released from the fuel). So the epoxy-paint studied was exposed to gamma radiation under air atmosphere after being loaded with I 2 or not. The aim of this study is to characterize by FTIR spectroscopy the iodine-paint interactions, then to identify the radiation damages on the epoxy-paint, and to check their effects on these iodine-paint interactions. This work shows the potential of multi-block analysis method (ANOVA-PCA and COMDIM = AComDim) for such a study as it allows to identify the nature of iodine/epoxy-paint interactions and to characterize the gamma radiation damages on the epoxy-paint. AComDim method conduces to the extraction of Common Components to different tables and highlights factors of influence and their interactions.
Published: 2017
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40. Développement d’un interférométre de speckle à 2 longueurs d’ondes pour la mesures de déformation de crayons de combustible nucléaire en chauffe

Author: Gallais, Laurent, Burla, Romain, Pontillon, Yves, ILM (ILM), Institut FRESNEL (FRESNEL), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École Centrale de Marseille (ECM)-Aix Marseille Université (AMU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École Centrale de Marseille (ECM)-Aix Marseille Université (AMU), Laboratoire d'Analyse de la Migration des Radioéléments (LAMIR), Service d'Analyses, d'Elaboration, d'Expérientations et d'Examens des combustibles (SA3E), Département d'Etudes des Combustibles (DEC), CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Département d'Etudes des Combustibles (DEC), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Aix Marseille Université (AMU)-École Centrale de Marseille (ECM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Aix Marseille Université (AMU)-École Centrale de Marseille (ECM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), and Gallais, Laurent
Subjects: [PHYS.PHYS.PHYS-OPTICS] Physics [physics]/Physics [physics]/Optics [physics.optics], [PHYS.PHYS.PHYS-OPTICS]Physics [physics]/Physics [physics]/Optics [physics.optics], ComputingMilieux_MISCELLANEOUS
Abstract: National audience
Published: 2017

41. Une étude des défauts ponctuels dans UO2+x et de leur impact sur les propriétés du combustible

Author: Ma, Yue, LECHELLE, Jacques, Laboratoire des Combustibles Uranium (LCU), Service d'Analyses, d'Elaboration, d'Expérientations et d'Examens des combustibles (SA3E), Département d'Etudes des Combustibles (DEC), CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Département d'Etudes des Combustibles (DEC), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Université d’Aix-Marseille, Jacques Léchelle, and Philippe Garcia
Subjects: Self-diffusion, [CHIM.MATE] Chemical Sciences/Material chemistry, Positron annihilation spectroscopy, Uranium dioxide, Secondary Ions Mass Spectrometry, dioxyde d’uranium, [PHYS.COND.CM-MS]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Materials Science [cond-mat.mtrl-sci], Spectroscopie d’annihilation de positons, [CHIM.MATE]Chemical Sciences/Material chemistry, Neutron diffraction, diffraction neutronique, [PHYS.COND.CM-MS] Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Materials Science [cond-mat.mtrl-sci]
Abstract: Uranium dioxide is an oxygen excess, non-stoichiometric, fluorite material which exists over a wide range of compositions. At temperatures and oxygen activities that are relevant to its in-reactor behaviour, it has been reported that various types of point defects and clusters thereof may exist with different charge states and different compositions on both the anion and cation sublattices. These defects have a major influence on certain key engineering properties such as cation self -diffusion or creep. It is the aim of this work both to characterize the majority defects present in thermodynamically equilibrated samples and further our understanding of their impact upon uranium self -diffusion. To this end, three types of experiments were carried out. Neutron diffraction was used, as neutrons are sensitive to oxygen ions, to characterize samples with different oxygen to metal ratios at different temperatures. This work was carried out at Institut Laüe Langevin in Grenoble on the D4c diffractometer which enables the determination of local atomic arrangements by means of the Pair Distribution Function analysis. Radial Distribution functions were modelled and compared to the experimental data. It is difficult to draw any firm conclusion about whether oxygen interstitials remain isolated or form clusters of ions in the low deviation from stoichiometry material as the system is extremely dilute. However, in samples containing much larger quantities of oxygen, results are consistent with the formation of clusters, either in a 2:2:2 type configuration or in the form of so-called cuboctahedron clusters, that are similar to those observed in U4O9. Positron Annihilation Spectroscopy was also carried out at CEMHTI, Orléans on samples originally equilibrated at high temperature but under different oxygen partial pressures and subsequently quenched. At high enough oxygen partial pressures, Doppler broadening and lifetime spectroscopy prove the emergence of a specific, uranium vacancy containing defect, with characteris tics similar to the ones observed in irradiated material. Our results also highlight the specific effect of the presence of oxygen interstitials alone on Doppler broadening characteristics and confirm that their life -time properties are similar to those of the lattice. Uranium and oxygen defect concentrations are tentatively derived from interpreting the data using a trapping model. Finally, these results are complemented by uranium tracer diffusion experiments and attempt is made at interpreting changes in uranium self-diffusion coefficients based on our understanding of point defect behaviour., Les propriétés d'autodiffusion de l’uranium sont essentielles pour la compréhension de l’interaction pastille-gaine dans le réacteur. L'objectif de cette thèse est de déterminer les coefficients d'autodiffusion de l'uranium dans l’UO2 sur-stoechiométrique qui dépendent, par l’intermédiaire des conditions thermodynamiques, des défauts ponctuels. Dans ce but trois techniques expérimentales ont été mises en oeuvre. La première étude porte sur la compréhension des défauts d'oxygène et les différents réarrangements du réseau après oxydation. Pour cela, des échantillons d’UO2 et d’UO2+x ont été caractérisés par diffraction neutronique au sein de l’institut ILL à Grenoble (diffractomètre D4c). Les résultats obtenus par analyse de la « Pair Distribution Function » montrent que les anions interstitiels ont tendance à être isolés aux faibles valeurs de x mais sont regroupés aux valeurs plus élevées de x. La deuxième partie vise à étudier les défauts lacunaires d'uranium, prédominants dans les échantillons d’UO2+x recuits à haute température, qui influent directement sur l'autodiffusion de l'uranium. La méthode non destructive de « Spectroscopie d'annihilation de Positrons », implémentée au laboratoire CEMHTI à Orléans, a été appliquée. Les résultats de spectroscopie d’élargissement Doppler d’annihilation de paires d'électrons-positons ont montré l'existence des lacunes d'uranium dans le matériau et leurs concentrations peuvent être estimées en fonction de la mesure de durée de vie des positons à l'aide d'un modèle de piégeage. La connaissance de la nature des défauts cationiques et anioniques ainsi que des équilibres de défauts aide à comprendre la corrélation entre les propriétés importantes du combustible (par exemple, la diffusion, le fluage) et les conditions thermodynamiques (c'est-à-dire la température et la pression partielle d'oxygène). La diffusion d’un traceur de l’uranium a été étudiée par Secondary Ion Mass Spectrometry pour caractériser la diffusion dans UO2+x.
Published: 2017

42. New generation of nuclear fuels: Stability of different stearates under high doses gamma irradiation in the manufacturing process

Author: S. Esnouf, Fabienne Audubert, J. Gracia, M. Ferry, Diane Lebeau, CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Service d'Etudes du Comportement des Radionucléides (SECR), Département de Physico-Chimie (DPC), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay, Service d'Etudes du Comportement des Matériaux de Conditionnement (SECM), Service d'Analyses, d'Elaboration, d'Expérientations et d'Examens des combustibles (SA3E), Département d'Etudes des Combustibles (DEC), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), and Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)
Subjects: Nuclear and High Energy Physics, Materials science, [PHYS.NUCL]Physics [physics]/Nuclear Theory [nucl-th], Pellets, chemistry.chemical_element, radiolysis, Context (language use), 02 engineering and technology, [PHYS.NEXP]Physics [physics]/Nuclear Experiment [nucl-ex], 7. Clean energy, 01 natural sciences, chemistry.chemical_compound, dose estimation, radio-oxidation, high doses, 0103 physical sciences, Stearates, nuclear fuel pellets, General Materials Science, Lubricant, Inert gas, instantaneous gas emission rates, Nuclear fuel, 010308 nuclear & particles physics, Radiochemistry, 021001 nanoscience & nanotechnology, Plutonium, Thermogravimetry, Nuclear Energy and Engineering, chemistry, Zinc stearate, 0210 nano-technology
Abstract: International audience; In the future reactors, the pellets radioactivity will increase due to the modification of the plutonium concentration. The stability of the organic additive used as lubricating/deagglomerating agent has thus to be evaluated. Up to now, zinc stearate is employed, but new additives are tested in this study and compared to zinc stearate. In a first part of this paper, the order of magnitude of the dose deposited in the stearates has been estimated. Afterward, three different stearates have been irradiated, using gamma-rays at doses as high as 2000 kGy. Two atmospheres of irradiation were tested, i.e. inert atmosphere and air. Samples were characterized using the following analytical tools: mass spectrometry, thermogravimetry and infrared spectroscopy. The objective is the evaluation of the ageing of these materials. In the nuclear fuel pellets manufacturing context, the candidate which could replace zinc stearate, if this one is too degraded to fulfill its role of lubricant in the pellets of the future manufacturing, has been determined.
Published: 2017
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43. What Is the Actual Local Crystalline Structure of Uranium Dioxide, UO 2 ? A New Perspective for the Most Used Nuclear Fuel

Author: Lionel Desgranges, Ph. Garcia, Henry E. Fischer, Gianguido Baldinozzi, David Simeone, Yue Ma, Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Service d'Etudes de Simulation du Comportement du combustibles (SESC), Département d'Etudes des Combustibles (DEC), CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Service d'Analyses, d'Elaboration, d'Expérientations et d'Examens des combustibles (SA3E), Laboratoire Structures, Propriétés et Modélisation des solides (SPMS), Institut de Chimie du CNRS (INC)-CentraleSupélec-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut Laue-Langevin (ILL), and ILL
Subjects: Diffraction, Uranium dioxide, Neutron diffraction, Thermodynamics, 02 engineering and technology, Crystal structure, Expected value, 010402 general chemistry, 021001 nanoscience & nanotechnology, 7. Clean energy, 01 natural sciences, Spent nuclear fuel, Symmetry (physics), 0104 chemical sciences, [SPI.MAT]Engineering Sciences [physics]/Materials, Inorganic Chemistry, chemistry.chemical_compound, Crystallography, chemistry, Thermoelectric effect, Physical and Theoretical Chemistry, 0210 nano-technology, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS
Abstract: Up to now, uranium dioxide, the most used nuclear fuel, was said to have a Fm3m crystalline structure from 30 to 3000 K, and its behavior was modeled under this assumption. However, recently X-ray diffraction experiments provided atomic pair-distribution functions of UO2, in which UO distance was shorter than the expected value for the Fm3m space group. Here we show neutron diffraction results that confirm this shorter UO bond, and we also modeled the corresponding pair-distribution function showing that UO2 has a local Pa3 symmetry. The existence of a local lower symmetry in UO2 could explain some unexpected properties of UO2 that would justify UO2 modeling to be reassessed. It also deserves more study from an academic point of view because of its good thermoelectric properties that may originate from its particular crystalline structure.
Published: 2016
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44. In situ Raman estimation of irradiation-induced heating of UO2

Author: F. Duval, C. Jégou, M. Magnin, Lionel Desgranges, Guillaume Guimbretière, Richard Caraballo, Aurélien Canizares, Patrick Simon, Conditions Extrêmes et Matériaux : Haute Température et Irradiation (CEMHTI), Université d'Orléans (UO)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire de Caractérisation et d'étude des Propriétés des Combustibles (LCPC), Service d'Analyses, d'Elaboration, d'Expérientations et d'Examens des combustibles (SA3E), Département d'Etudes des Combustibles (DEC), CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Département d'Etudes des Combustibles (DEC), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Laboratoire des Matériaux et Procédés Actifs (LMPA), Département de recherche sur les Procédés et Matériaux pour les Environnements complexes (DPME), Commissariat à l'Energie Atomique, Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), CEA Marcoule, Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université d'Orléans (UO), and Département de recherche sur les technologies pour l'enrichissement, le démantèlement et les déchets (DE2D)
Subjects: 010302 applied physics, In situ, Nuclear and High Energy Physics, Annealing (metallurgy), Chemistry, Analytical chemistry, Pellets, Ionic bonding, 02 engineering and technology, [CHIM.MATE]Chemical Sciences/Material chemistry, 021001 nanoscience & nanotechnology, 01 natural sciences, symbols.namesake, Nuclear Energy and Engineering, 13. Climate action, Studtite, 0103 physical sciences, symbols, General Materials Science, Irradiation, 0210 nano-technology, Raman spectroscopy, Schoepite, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS
Abstract: We present an in situ Raman estimation of the temperature increase of UO 2 pellets induced by cyclotron He 2+ ionic irradiation in different environments (Ar gas or water): For instance, in the Ar gas environment, the sample is heated to a temperature 150–200 °C (i.e., below the annealing temperature of UO 2 defects). For water, the sample is heated from 30 to 80 °C, just below the range of the studtite/metastudtite and the schoepite/metaschoepite transitions.
Published: 2016
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45. Insights on Fission Products behaviour in Nuclear Severe Accident Conditions by X-ray Absorption Spectroscopy

Author: Pier Lorenzo Solari, René Bes, E. Geiger, Yves Pontillon, G. Ducros, Ph. Martin, Laboratoire d'Analyse de la Migration des Radioéléments (LAMIR), Service d'Analyses, d'Elaboration, d'Expérientations et d'Examens des combustibles (SA3E), Département d'Etudes des Combustibles (DEC), CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Département d'Etudes des Combustibles (DEC), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Service de physique de l'état condensé (SPEC - UMR3680), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Synchrotron SOLEIL (SSOLEIL), and Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Subjects: Nuclear and High Energy Physics, spectroscopy, Chemical substance, [PHYS.NUCL]Physics [physics]/Nuclear Theory [nucl-th], 020209 energy, 02 engineering and technology, [PHYS.NEXP]Physics [physics]/Nuclear Experiment [nucl-ex], 01 natural sciences, 7. Clean energy, 010305 fluids & plasmas, law.invention, law, 0103 physical sciences, 0202 electrical engineering, electronic engineering, information engineering, General Materials Science, Irradiation, Spectroscopy, Fission products, X-ray absorption spectroscopy, Nuclear fuel, Chemistry, Reducing atmosphere, Radiochemistry, Synchrotron, Nuclear Energy and Engineering, simfuel
Abstract: International audience; Many research programs have been carried out aiming to understand the fission products behaviour during a Nuclear Severe Accident. Most of these programs used highly radioactive irradiated nuclear fuel, which requires complex instrumentation. Moreover, the radioactive character of samples hinders an accurate chemical characterisation. In order to overcome these difficulties, SIMFUEL stand out as an alternative to perform complementary tests. A sample made of UO$_2$ doped with 11 fission products was submitted to an annealing test up to 1973 K in reducing atmosphere. The sample was characterized before and after the annealing test using SEM-EDS and XAS at the MARS beam-line, SOLEIL Synchrotron. It was found that the overall behaviour of several fission products (such as Mo, Ba, Pd and Ru) was similar to that observed experimentally in irradiated fuels and consistent with thermodynamic estimations. The experimental approach presented in this work has allowed obtaining information on chemical phases evolution under nuclear severe accident conditions, that are yet difficult to obtain using irradiated nuclear fuel samples.
Published: 2016
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46. Thin film samples: a new methodology for investigating the mechanisms of fission gas releases from nuclear fuel during a LOCA

Author: Guillaume Brindelle, Yves Pontillon, Gianguido Baldinozzi, Hélène Capdevila, Lionel Desgranges, Laboratoire Structures, Propriétés et Modélisation des solides (SPMS), Institut de Chimie du CNRS (INC)-CentraleSupélec-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire d'Analyse de la Migration des Radioéléments (LAMIR), Service d'Analyses, d'Elaboration, d'Expérientations et d'Examens des combustibles (SA3E), Département d'Etudes des Combustibles (DEC), CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Département d'Etudes des Combustibles (DEC), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Service des Recherches Métallurgiques Appliquées (SRMA), Département des Matériaux pour le Nucléaire (DMN), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay, Laboratoire de Modélisation Multi-échelles des Combustibles (LM2C), Service d'Etudes de Simulation du Comportement du combustibles (SESC), OXYDE research programme of CEA in collaboration with Electricité de France (EdF) and AREVA, and Materials Research Society
Subjects: Materials science, Nuclear fuel, Fission, Mechanical Engineering, Nuclear engineering, 02 engineering and technology, [CHIM.MATE]Chemical Sciences/Material chemistry, 021001 nanoscience & nanotechnology, Condensed Matter Physics, 01 natural sciences, 010305 fluids & plasmas, [CHIM.THEO]Chemical Sciences/Theoretical and/or physical chemistry, Mechanics of Materials, Nuclear fuels, 0103 physical sciences, Forensic engineering, [PHYS.COND.CM-MS]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Materials Science [cond-mat.mtrl-sci], General Materials Science, Thin film, 0210 nano-technology
Abstract: International audience; Accurately predicting fission gas releases (FGR) from high burn-up fuels during off- normal conditions, such as a loss-of-coolant accident (LOCA), is an important, major challenge. A significant step forward would be to identify and assess the basic mechanisms causing this FGR. A helpful way of better understanding these basic mechanisms is to separate these effects and to perform irradiations on materials simulating the nuclear fuel. Mesoporous or dense CeO2 and UO2 samples (with thin film geometry) were selected for these studies as materials representative of irradiated fuels. A basic mechanism to obtain a better understanding of FGR is described and a new methodology using thin film samples is developed to test the validity of this mechanism.
Published: 2016
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47. Etude du comportement des produits de fission (Ba, Cs, Mo et Ru) dans des combustibles nucléaires irradiés et leurs simulants en situations d’accidents graves par spectroscopie d’absorption des rayons X, SIMS et μsonde

Author: Geiger, Ernesto, Laboratoire d'Analyse de la Migration des Radioéléments (LAMIR), Service d'Analyses, d'Elaboration, d'Expérientations et d'Examens des combustibles (SA3E), Département d'Etudes des Combustibles (DEC), CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Département d'Etudes des Combustibles (DEC), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Université Paris Saclay (COmUE), Christophe Journeau, and STAR, ABES
Subjects: Accident nucléaire, [CHIM.MATE] Chemical Sciences/Material chemistry, Fission products release, Spectroscopie d'absorption des rayons X (SAX), Matériaux modèles, Nuclear accidents, Relâchement de produits de fission, Combustibles irradiés, UO₂, [CHIM.MATE]Chemical Sciences/Material chemistry, X-Ray Absorption Spectroscopy (XAS), Model materials, Irradiated fuels
Abstract: The identification of Fission Products (FP) release mechanism from irradiated nuclear fuels during a severe accident is of main importance for the development of codes for the estimation of the source-term (nature and quantity of radionuclides released into the environment). Among the many FP Ba, Cs, Mo and Ru present a particular interest, since they may interact with each other or other elements and thus affect their release. In the framework of this thesis, two work axes have been set up in order to identify, firstly, the chemical phases initially present before the accident and, secondly, their evolution during the accident itself. The experimental approach consisted in reproducing nuclear severe accidents conditions at laboratory scale using both irradiated fuels and model materials (natural UO₂ doped with 12 FP). The advantage of these latter is the possibility of using characterization methods such as X-ray Absorption Spectroscopy which are not available for irradiated fuels. Three irradiated fuel samples have been studied, representative to an initial state (before the accident), to an intermediate stage (1773K) and to an advanced stage (2873K) of a nuclear severe accident. Regarding to model materials, many accident sequences have been carried out, from 573 to 1973K. Experimental results have allowed to establish a new release mechanism, considering both reducing and oxidizing conditions during an accident. These results have also demonstrated the importance of model materials as a complement to irradiated nuclear fuels in the study of nuclear severe accidents., L’identification des mécanismes de relâchement des Produits de Fission (PF) hors de combustible nucléaire irradié lors d’un accident grave est primordiale pour le développement de codes capables d’estimer précisément le terme source (nature et quantité des radionucléides émis dans l’environnement). Parmi les différents PF, les Ba, Cs, Mo et le Ru sont particulièrement intéressants, car ils peuvent interagir entre eux ou avec d’autres éléments et donc affecter leur relâchement. Dans le cadre de cette thèse, deux axes de travail ont été mis en place avec l’objectif d’identifier les phases chimiques présentes avant l’accident et leur évolution au cours de l’accident lui-même. L’approche expérimentale a consisté à reproduire les conditions d’un accident nucléaire à l’échelle du laboratoire, en utilisant des échantillons de combustibles irradiés et des matériaux modèles (UO₂ vierge dopés en 12 PF). Le principal avantage de ces derniers est l’utilisation de méthodes de spéciation chimique comme la Spectroscopie d’Absorption des rayons X, qui n’est pas aujourd’hui encore disponible pour les combustibles irradiés. Trois échantillons de combustible irradié ont été étudies, représentatifs de l’état initial (i.e. avant l’accident), d’une étape intermédiaire en température (1773K) et d’un état avancé d’accident nucléaire (2873K). Pour les matériaux modèles, plusieurs séquences accidentelles (de 573K à 1973K) ont été réalisés. Les résultats expérimentaux ont permis d’établir un nouveau mécanisme de relâchement des PF en en fonction des conditions oxydantes et réductrices du scénario accidentel. Ces résultats ont démontré aussi l’importance des matériaux modèles pour l’étude des accidents nucléaires graves, en complémentarité aux combustibles irradiés.
Published: 2016

48. COHESIVE POWDER COMPACTION UNDER VIBRATIONS : SINGULAR BEHAVIOR AND ATTEMPT TO EXPLAIN

Author: Mathonnet, Jean-Eric, Sornay, Philippe, Dalloz, Blanche, Nicolas, Maxime, NICOLAS, Maxime, Laboratoire des Combustibles Uranium (LCU), Service d'Analyses, d'Elaboration, d'Expérientations et d'Examens des combustibles (SA3E), Département d'Etudes des Combustibles (DEC), CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Département d'Etudes des Combustibles (DEC), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Institut universitaire des systèmes thermiques industriels (IUSTI), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Aix Marseille Université (AMU), and Aix Marseille Université (AMU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Subjects: [SPI.GPROC] Engineering Sciences [physics]/Chemical and Process Engineering, [SPI.GPROC]Engineering Sciences [physics]/Chemical and Process Engineering, [SPI.MECA.MEFL] Engineering Sciences [physics]/Mechanics [physics.med-ph]/Fluids mechanics [physics.class-ph], [SPI.MECA.MEFL]Engineering Sciences [physics]/Mechanics [physics.med-ph]/Fluids mechanics [physics.class-ph]
Abstract: International audience; We report the influence of horizontal vibrations on the time-evolution of the density of a very cohesive powder. For a wide range of vibration conditions, the kinetics of compaction presents a two timescales behavior compared to model materials. A simple stochastic model, based on clusters of grains, has been developed to understand the compaction process, and a new empirical law is proposed to describe the evolution of the packing fraction φ.
Published: 2016

49. Etude du comportement des produits de fission (Ba, Cs, Mo et Ru) dans des combustibles nucléaires irradiés et leurs simulants en situations d’accidents graves par spectroscopie d’absorption des rayons X, SIMS et μsonde

Author: Geiger, Ernesto, STAR, ABES, Laboratoire d'Analyse de la Migration des Radioéléments (LAMIR), Service d'Analyses, d'Elaboration, d'Expérientations et d'Examens des combustibles (SA3E), Département d'Etudes des Combustibles (DEC), CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Département d'Etudes des Combustibles (DEC), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Université Paris Saclay (COmUE), and Christophe Journeau
Subjects: Accident nucléaire, [CHIM.MATE] Chemical Sciences/Material chemistry, Fission products release, Spectroscopie d'absorption des rayons X (SAX), Matériaux modèles, Nuclear accidents, Relâchement de produits de fission, Combustibles irradiés, [CHIM.MATE]Chemical Sciences/Material chemistry, UO₂, X-Ray Absorption Spectroscopy (XAS), Model materials, Irradiated fuels
Abstract: The identification of Fission Products (FP) release mechanism from irradiated nuclear fuels during a severe accident is of main importance for the development of codes for the estimation of the source-term (nature and quantity of radionuclides released into the environment). Among the many FP Ba, Cs, Mo and Ru present a particular interest, since they may interact with each other or other elements and thus affect their release. In the framework of this thesis, two work axes have been set up in order to identify, firstly, the chemical phases initially present before the accident and, secondly, their evolution during the accident itself. The experimental approach consisted in reproducing nuclear severe accidents conditions at laboratory scale using both irradiated fuels and model materials (natural UO₂ doped with 12 FP). The advantage of these latter is the possibility of using characterization methods such as X-ray Absorption Spectroscopy which are not available for irradiated fuels. Three irradiated fuel samples have been studied, representative to an initial state (before the accident), to an intermediate stage (1773K) and to an advanced stage (2873K) of a nuclear severe accident. Regarding to model materials, many accident sequences have been carried out, from 573 to 1973K. Experimental results have allowed to establish a new release mechanism, considering both reducing and oxidizing conditions during an accident. These results have also demonstrated the importance of model materials as a complement to irradiated nuclear fuels in the study of nuclear severe accidents., L’identification des mécanismes de relâchement des Produits de Fission (PF) hors de combustible nucléaire irradié lors d’un accident grave est primordiale pour le développement de codes capables d’estimer précisément le terme source (nature et quantité des radionucléides émis dans l’environnement). Parmi les différents PF, les Ba, Cs, Mo et le Ru sont particulièrement intéressants, car ils peuvent interagir entre eux ou avec d’autres éléments et donc affecter leur relâchement. Dans le cadre de cette thèse, deux axes de travail ont été mis en place avec l’objectif d’identifier les phases chimiques présentes avant l’accident et leur évolution au cours de l’accident lui-même. L’approche expérimentale a consisté à reproduire les conditions d’un accident nucléaire à l’échelle du laboratoire, en utilisant des échantillons de combustibles irradiés et des matériaux modèles (UO₂ vierge dopés en 12 PF). Le principal avantage de ces derniers est l’utilisation de méthodes de spéciation chimique comme la Spectroscopie d’Absorption des rayons X, qui n’est pas aujourd’hui encore disponible pour les combustibles irradiés. Trois échantillons de combustible irradié ont été étudies, représentatifs de l’état initial (i.e. avant l’accident), d’une étape intermédiaire en température (1773K) et d’un état avancé d’accident nucléaire (2873K). Pour les matériaux modèles, plusieurs séquences accidentelles (de 573K à 1973K) ont été réalisés. Les résultats expérimentaux ont permis d’établir un nouveau mécanisme de relâchement des PF en en fonction des conditions oxydantes et réductrices du scénario accidentel. Ces résultats ont démontré aussi l’importance des matériaux modèles pour l’étude des accidents nucléaires graves, en complémentarité aux combustibles irradiés.
Published: 2016

50. An auto-catalytic mechanism to model the fission gas release between 500°C and 800°C on UO2 irradiated fuel

Author: Brindelle, Guillaume, Baldinozzi, Gianguido, Capdevila, Hélène, Desgranges, Lionel, Pontillon, Yves, Baldinozzi, Gianguido, Laboratoire Structures, Propriétés et Modélisation des solides (SPMS), Institut de Chimie du CNRS (INC)-CentraleSupélec-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire d'Analyse de la Migration des Radioéléments (LAMIR), Service d'Analyses, d'Elaboration, d'Expérientations et d'Examens des combustibles (SA3E), Département d'Etudes des Combustibles (DEC), CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Département d'Etudes des Combustibles (DEC), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Service des Recherches Métallurgiques Appliquées (SRMA), Département des Matériaux pour le Nucléaire (DMN), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay, Laboratoire de Modélisation Multi-échelles des Combustibles (LM2C), Service d'Etudes de Simulation du Comportement du combustibles (SESC), PerCOx - CEA EDF Areva, Elsevier, and CEA
Subjects: [CHIM.THEO]Chemical Sciences/Theoretical and/or physical chemistry, [CHIM.THEO] Chemical Sciences/Theoretical and/or physical chemistry, [CHIM.MATE] Chemical Sciences/Material chemistry, Nuclear fuels, [PHYS.COND.CM-MS]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Materials Science [cond-mat.mtrl-sci], Uranium Oxides, [CHIM.MATE]Chemical Sciences/Material chemistry, Radiation Damage, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS, [PHYS.COND.CM-MS] Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Materials Science [cond-mat.mtrl-sci]
Abstract: International audience
Published: 2016

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