BENEFICIA : mieux comprendre le comportement des produits de fission dans les combustibles nucléaires innovants
Comment les produits de fission diffusent-ils au sein des combustibles nucléaires de nouvelle génération ? Cette question est au cœur du projet BENEFICIA (BEhaviour of NEw Fuel In Case of Incidents and Accidents).
Schéma du réseau cristallin illustrant la migration d’un atome d’uranium dans le dioxyde d’uranium en présence de chrome. L’attraction exercée par le chrome sur les atomes d’oxygène environnants facilite le passage permettant à l’atome d’uranium de migrer vers une lacune voisine. Comparaison des barrières énergétiques associées à cette migration dans les combustibles dopé au chrome et non dopé.
Financé par l’Agence nationale de la recherche (ANR) dans le cadre du projet ANR BENEFICIA (2022-2026), ce programme coordonné par l’Institut de Physique des 2 Infinis (IP2I) a réuni l’ASNR, le Laboratoire de Physique des 2 Infinis Irène Joliot-Curie (IJC Lab), Framatome et le Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA) afin d’améliorer la compréhension du comportement des produits de fission dans les combustibles nucléaires innovants et plus particulièrement les combustibles en dioxyde d’uranium dopés à l’oxyde de chrome.
Développés pour améliorer certaines de leurs performances en réacteur, ces combustibles présentent une microstructure particulière dont l’influence sur la migration des produits de fission restait encore partiellement méconnue. Or, la compréhension de ces phénomènes est essentielle pour renforcer les connaissances mobilisées dans les études de sûreté nucléaire.
Pour répondre à ces questions, les partenaires ont combiné expérimentations, caractérisations avancées et simulations numériques multi-échelles. Les travaux ont porté plus particulièrement sur le comportement du césium, de l’iode et du molybdène, trois produits de fission dont la mobilité dans le combustible joue un rôle important dans l’évaluation des situations accidentelles. Cette approche a permis d’étudier leur diffusion dans un combustible dopé au chrome et d’identifier les mécanismes qui gouvernent leur transport.
Les résultats obtenus ont permis de mieux comprendre la répartition du chrome au sein de la matrice combustible ainsi que son rôle sur certains phénomènes de diffusion à l’échelle atomique. Les chercheurs ont également produit des données expérimentales nouvelles, essentielles au développement et à la validation des modèles utilisés pour simuler le comportement du combustible.
Au-delà de ces avancées scientifiques, BENEFICIA fournit des données inédites qui permettront à terme d’étendre le domaine d’application, aux combustibles dopés au chrome, du module MFPR-F (Module for Fission Product Release) développé par l’ASNR pour prédire le relâchement des produits de fission en situation accidentelle. Les connaissances acquises dans le cadre du projet contribueront ainsi à renforcer les outils mobilisés pour les évaluations de sûreté.
Par la complémentarité des compétences réunies et la richesse des résultats obtenus, BENEFICIA illustre l’apport des projets collaboratifs soutenus par l’Agence Nationale de la Recherche pour faire progresser les connaissances sur les matériaux nucléaires et accompagner l’évolution des combustibles de demain. Les résultats du projet contribuent ainsi à consolider les bases scientifiques nécessaires à l’évaluation de sûreté des combustibles nucléaires innovants.