Granulation de suspensions concentrées UO2/PuO2 : application à l'élaboration de compacts granulaires denses par pressage et à leu caractérisation structurale post frittage

Discipline

Sciences des Matériaux

Classification

Physique,

Sciences de l'ingénieur

Mots-clés libres

UO2, PuO2, Suspension, Céramique, Potentiel zêta, Rhéologie, Granulation, Frittage

Mots-clés

Dioxyde d'uranium,

Oxydes de plutonium,

Rhéologie,

Frittage (métallurgie)

Le procédé actuel de fabrication des combustibles nucléaires MOX (UO2-PuO2) est réalisé exclusivement par voie sèche (broyage-tamisage des poudres, pressage et frittage). Afin d’améliorer ce procédé, des recherches sont menées sur le développement d’un procédé de fabrication du MOX par voie liquide. Ce procédé vise à réduire l’empoussièrement des boîtes à gants, améliorer l’homogénéité U/Pu et diminuer la quantité de défauts (fissures, éclats) des pastilles frittées, afin de minimiser le taux de pastilles rebutées. Dans cette optique, le proceed voie liquide étudié consiste à préparer une suspension aqueuse à partir des poudres brutes d’oxydes (mélange d’eau, d’additifs organiques et de poudres), puis à lui faire subir une granulation. Les granules obtenus sont ensuite pressés et frittés. Le procédé de granulation étudié est un procédé innovant de granulation cryogénique, consistant à atomiser la suspension dans de l’azote liquide puis à lyophiliser les granules gelés ainsi formés. L’étape clé du procédé est la préparation de suspension aqueuse de poudres UO2-PuO2, qui doit être dispersée, homogène, stable et suffisamment fluide pour l’étape de granulation. Une étude préliminaire a été réalisée avec des poudres simulantes, choisies pour leurs propriétés en suspension : TiO2 et Y2O3 pour simuler respectivement UO2 et PuO2. Une fois maîtrisé avec les poudres simulantes, ce procédé a été étudié avec UO2 et PuO2 pour déterminer ses conditions optimales de mise en oeuvre. La dispersion de suspensions d’UO2 et/ou de PuO2 a été étudiée par acoustophorométrie et rhéologie afin d’optimiser leur formulation, ainsi que l’étape de granulation cryogénique. Enfin, des pastilles d’UO2 et d’UO2-PuO2 ont été formées à partir des granules, puis leur frittage et leur microstructure ont été étudiés.