Pastille (nucléaire)
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Dans le domaine de l'énergie nucléaire, une pastille est un cylindre d'oxydes d'uranium — et de plutonium dans le cas du combustible MOX — d'environ 8 mm de diamètre et d'une dizaine de grammes, constituant l'élément de base du combustible nucléaire utilisé dans les réacteurs à eau légère (réacteurs à eau sous pression ou réacteurs à eau bouillante).
Ces pastilles sont en céramique très résistante à la chaleur (plus de 2 000 °C).
Conversion en oxyde d'uranium
La fabrication des pastilles de combustible nucléaire comporte deux étapes : la conversion en oxyde d'uranium et le pastillage.
Après enrichissement, l'hexafluorure d'uranium (UF6) est converti en dioxyde d'uranium (UO2) pour ses applications nucléaires. La conversion en UO2 peut se faire par voie sèche (le plus fréquemment) ou par voie humide.
Voie sèche
L'UF6 est vaporisé par chauffage dans une étuve et mis en présence de vapeur d'eau surchauffée.
- L'UF6 s'hydrolyse en UO2F2 entre 250 °C et 300 °C :
UF6 + 2 H2O → UO2F2 + 4 HF - 113 kJ/mole
- Le composé UO2F2 est ensuite réduit vers 700 à 800 °C par le dihydrogène, H2, produisant l'UO2 sous forme de poudre :
UO2F 2+ H2 → UO2 + 2 HF + 14,2 kJ/mole
Le rendement est supérieur à 99,5 %.
Voie humide
Ce procédé présente l'inconvénient de produire plus d'effluents que la voie sèche, ce qui a un impact environnemental plus important. Plus flexible, en revanche, il est souvent utilisé pour la récupération des matières fissiles dans les rebuts et les déchets.
Pastillage
Un lubrifiant (du stéarate de zinc) est ajouté à la poudre d'oxyde d'uranium issue de l’atelier de conversion pour faciliter le pastillage qui est obtenu ensuite par pressage dans des matrices [B 1].
Les pastilles sont cylindriques de hauteur 13,5 mm et de diamètre 8 mm, soit un volume de 0,678 cm³ ; sachant que la masse volumique de UO2 est de 10,97 g/cm³, chaque pastille en contient 7,44 g. Elles sont ensuite cuites dans un four par un procédé dit de frittage, à 1 700 °C, sous atmosphère réductrice avec hydrogène, usinées pour ajuster leur forme et faciliter l’introduction dans les gaines et enfin contrôlées [B 1].
