• Langue : Anglais
• Discipline : Chimie théorique, physique, analytique
• Identifiant : 2023ULILR011
• Type de thèse : Doctorat
• Date de soutenance : 06/03/2023

Résumé en langue originale

Afin d'améliorer la prédiction de possibles relâchements tardifs de radionucléides lors d'un accident grave d'un réacteur nucléaire, les phénomènes de remobilisation de dépôt de Produits de Fission (PF) dans le circuit primaire sont étudiés. Ces phénomènes induisent un changement d'état des PF ou une réactivité chimique contribuent à la formation d'espèces gazeuses ou d'aérosols en suspension dans le flux de gaz, contribuant aux rejets atmosphériques. Ce travail, dans le cadre du projet OCDE ESTER, se concentre sur la revaporisation du césium (Cs) et de l'iode (I) en tant que principaux contributeurs aux conséquences radiologiques d'un accident grave. De plus, le tellure (Te) qui peut être une source d'I par désintégration radioactive est également étudié. Pour ce faire, deux méthodologies complémentaires sont utilisées :- Des expérimentations de revaporisation visent à évaluer le taux de revaporisation de chaque élément étudié, d'identifier les espèces revaporisées et de caractériser les espèces solides restantes.- Des simulations à l'équilibre thermodynamique visent à définir les principales réactions de revaporisation et la spéciation des espèces transportées.Différents simulants de dépôts de PF dans le circuit primaire ont été considérés : CsI, CsOH, CdI2, H2TeO4 et TeO2. Grâce au dispositif expérimental ATMIRE couvrant une large gamme de températures (de 200 à 600 °C), une large gamme de pressions partielles d'air (de 4.5.10-4 à 0.5 atm) complétée par de la vapeur d'eau et des vapeurs de bore dans le gaz porteur, la revaporisation de source de Cs, I , et Te a été étudiée. Les échantillons ont été caractérisés grâce à la combinaison d'analyses chimiques et de surfaces telles que ICP-MS, l'XPS et le ToF-SIMS. Grâce à ces techniques, l'identification et la quantification des espèces gazeuses et solides formées tout au long des essais ont été possibles. Par la suite, les résultats expérimentaux ont été comparés aux calculs à l'équilibre thermodynamique pour confirmer les principales voies de revaporisation de chaque simulant de PF.Au-dessus de 400 °C, la revaporisation du CsI entraîne à la fois sa vaporisation et sa décomposition sous atmosphère air/vapeur. La décomposition de CsI conduit à la formation d'iode gazeux (HOI, I ou I2) et d'espèces Cs telles que CsOH et CsNO3 ainsi que Cs2CrO4 (en raison de l'interaction du Cs avec l'acier oxydé) ou CsBO2 (par interaction avec le bore dans l'atmosphère de revaporisation).Sous atmosphère vapeur/air, le CdI2 est totalement décomposé au-dessus de 200 °C, entraînant la formation d'I gazeux (principalement I2) et de Cd (tel que CdO ou Cd(OH)2).Enfin, à haute température (supérieure à 400 °C), H2TeO4 est réduit et déshydraté pour former TeO2 quelle que soit la proportion d'air dans l'atmosphère (de 4.5.10-4 atm à 1 atm). Pour TeO2, la revaporisation n'est pas influencée par la proportion d'air mais est fortement augmentée en présence de CsOH avec la formation d'espèces de type Cs-Te-O (tel que Cs2TeO3 ou Cs2TeO4).

Résumé traduit

In order to improve the prediction of possible delayed radioactive releases during a SA of a PWR, remobilization phenomena of Fission Product (FP) deposited in the Reactor Cooling System (RCS) have been investigated. These phenomena induce a modification of the FP state to gaseous species or aerosols suspended in the gas flow contributing to these delayed releases. This work, within the OECD ESTER project, is focusing on the revaporization of Cs and I as main contributors to radiological consequences. In addition, tellurium (Te) which may be a source of I by radioactive decay is also studied. To do so, two complementary methodologies are used:- Revaporization experiments aim at assessing the revaporization rate of each studied element, at identifying the revaporized species, and finally at characterizing the remaining solid species.- Thermodynamic simulations aim at defining the main revaporization reactions and the airborne species.Different simulants for FP deposits in the RCS were considered: CsI, CsOH, CdI2, H2TeO4 TeO2. Thanks to the ATMIRE experimental setup covering a large range of temperatures (from 200 to 600 °C), a large range of air partial pressures (from 4.5.10-4 to 0.5 atm) complemented by steam boron vapors in the carrier gas, revaporization behaviors of Cs, I, Cd and Te were characterized. The samples were characterized thanks to combined chemical and surface analyses such as ICP-MS, XPS, and ToF-SIMS. Thanks to these techniques, identification and quantification of both gaseous and solid species formed throughout the tests were possible. Then experimental results were compared to thermodynamic calculations to confirm the main revaporization paths of each FP simulant.Above 400 °C, the CsI revaporization result in both CsI vaporization and decomposition under an air/steam atmosphere. CsI decomposition leads to the formation of gaseous iodine (HOI, I, or I2) and Cs species such as CsOH and CsNO3 as well as Cs2CrO4 (due to Cs interaction with oxidized SS) or CsBO2 (by interaction with boron in the revaporization atmosphere).Under steam/air atmosphere, CdI2 is totally decomposed above 200 °C leading to the formation of gaseous I (mainly I2) and Cd (such as CdO or Cd(OH)2).Finally, at high temperatures (above 400 °C), H2TeO4 is reduced and dehydrated to form TeO2 whatever the proportion of air (from 4.5.10-4 atm to 1 atm). For TeO2, revaporization is not influenced by Pair but is strongly increased in presence of CsOH with the formation of Cs-Te-O species (such as Cs2TeO3 or Cs2TeO4).