STAGE - Développement d'une expérience pour la mesure du point de fusion du combustible H/F

Description de l'unité

Vous intégrerez le Laboratoire d'Analyse de la MIgration des Radioéléments (LAMIR). Le LAMIR conçoit et exploite des boucles expérimentales déployées en cellules blindés au LECA-STAR permettant d'étudier les propriétés ou le comportement du combustible nucléaire irradié. Au sein du LAMIR, l'équipe "Plateformes Lasers" développe et qualifie des expériences basées sur l'utilisation de lasers de puissance ayant vocation à être déployées en cellule. Pour ce faire elle dispose de plusieurs plateformes et collabore étroitement avec l'Institut Fresnel (Marseille) où se situe plusieurs plateformes de R&D partagées avec le CEA.

Ce laboratoire fait partie du Département d'Etude du Combustible (DEC) de l'Institut IRESNE.

Sujet de stage

Ce stage au sein du Laboratoire d'Analyse de la MIgration des Radioéléments (LAMIR) vise à mettre en place une méthode de mesure de la température de fusion de céramiques nucléaires. Le travail se déroulera autour des plateformes laser développés dans le cadre de la collaboration CEA-Institut Fresnel (Marseille)

Description de l'offre

Les études de sûreté des Réacteurs à Eau Pressurisée (REP) exigent de démontrer l’absence de fusion du combustible, en maintenant sa température sous son seuil de fusion dans toutes les situations de fonctionnement. Dans ce cadre, le comportement à fusion du combustible et les températures de solidus/liquidus constituent une donnée d’entrée importante. Néanmoins les données expérimentales disponibles, limitées et anciennes, montrent une grande variabilité, notamment pour le solidus, ce qui impose des marges de sureté importantes. 

Par conséquent ce stage vise à dévelloper une méthode de mesure dédiée à la caractérisation des températures de fusion du combustible nucléaire (~2800°C) . Il s'agit donc de développer et de qualifier un banc expérimental permettant la mesure de la température de transition de phase du combustible nucléaire de type « Thermal arrest ». D’autres techniques pourront être envisagées en complément (par ex: microscopie in-situ de la fusion/solidification).

Sur la base de travaux existants, le(la) stagiaire devra mettre en place le système optique, basé sur des lasers de puissance (>kW), permettant une chauffe contrôlée jusqu’à la température de fusion d’échantillons de références (point fixes thermodynamiques) et sur céramique nucléaire. La chaîne de mesure par pyrométrie/thermographie infrarouge sera qualifiée et comparée rigoureusement à l'ITS-90, permettant d'estimer la précision et les incertitudes de mesures. Les mesures réalisées sur matériaux de référence ou sur combustible vierge seront comparées à la littérature.

Au cours du stage, le(la) candidat(e) sera accueilli(e) dans le Laboratoire d’Analyse de la migration des radioéléments (LAMIR) du Service d’analyses, d’élaboration, d’expérimentations et d’examens des combustibles (SA3E). Le(la) candidat(e) pourra acquérir durant ce travail des compétences en expérimentation et en particulier sur la mesure des très hautes températures. De nouvelles méthodes de mesure pourront être investiguées (pyrométrie UV ou multi-spectrale/large bande).   Il(Elle) sera également en mesure d’utiliser des outils de calcul en support au prédimensionnement des expériences. 

Ce stage sera mené dans un cadre collaboratif entre le LAMIR et l’équipe ILM (Interaction Laser Matière) de l’Institut Fresnel de Marseille, qui apportera son expertise dans l’utilisation des lasers fortes puissances et sur l’étude des matériaux en conditions extrêmes. Ce stage sera également en partie mené en collaboration avec le Service d'Etudes et de Simulation du Comportement des combustibles. L’étudiant(e) intègrera donc une équipe multidisciplinaire et diverse et devra être faire preuve d’une capacité à communiquer et à interagir avec tous les acteurs du projet.

Une poursuite en thèse visant à étudier l'impact des produits de fission sur la température de fusion est souhaitée.

Profil du candidat

Titulaire d'un M2 ou école d'ingénieur généraliste.

Compétences en optique, métrologie, instrumentation et en matériaux souhaitées. Une première expérience en optique instrumentale ou en mesure de température sans contact (thermographie/pyrométrie) serait un plus.