Impact des Réactions de Surface sur le Comportement des Complexes Cs-Mo dans les Systèmes de Réacteurs Nucléaires : Modélisation Ab Initio

Les surfaces solides jouent un rôle crucial dans la sûreté nucléaire, en particulier en influençant la composition des espèces radioactives gazeuses et déposées lors d'accidents nucléaires. 

Cette étude examine les interactions des complexes gazeux Cs-Mo (CsHMoO₄ et H₂MoO₄) avec les dépôts de MoO₃ dans les systèmes de refroidissement des réacteurs. Elle se concentre spécifiquement sur les processus de condensation congruente et non congruente, y compris l'adsorption, la décomposition et les réactions de surface. La condensation non congruente se produit lorsque la composition de la phase gazeuse diffère de celle de la phase déposée dans le circuit primaire. 

En intégrant les données thermodynamiques dans le module SOPHAEROS du code ASTEC, cette recherche vise à améliorer la précision des prédictions concernant le transport, le dépôt et la réactivité des produits de fission dans le système de refroidissement du réacteur. À l'aide de la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT), les énergies libres de Gibbs ont été calculées pour générer des diagrammes pression-température (P-T), cartographiant les régions de condensation, d'adsorption et de dominance de surface. 

Des investigations préliminaires ont exploré les effets des conditions environnementales, telles que les atmosphères oxydantes et réductrices, ainsi que la formation potentielle de lacunes en oxygène. Les environnements réducteurs ont un impact significatif sur les surfaces, avec des effets prononcés, tandis que les conditions oxydantes favorisent l'adsorption de l'eau à des températures plus basses. La formation de lacunes en oxygène est limitée aux hautes températures. Les complexes ciblés ne sont pas significatifs dans des conditions réductrices, et la dominance des conditions oxydantes ainsi que la formation limitée de lacunes en oxygène soutiennent l'utilisation de surfaces propres de MoO₃ pour les analyses ultérieures. Les résultats clés indiquent que CsHMoO₄ se condense en dessous de 850 K et se dissocie entre 300 et 1250 K, formant Cs₂MoO₄, MoO₃ et de la vapeur, selon la terminaison de surface. H₂MoO₄ se condense en dessous de 500 K et se décompose entre 600 et 800 K, mais uniquement sur des surfaces à terminaison Mo. 

Ces résultats sont en accord avec les observations expérimentales et fournissent une compréhension mécanistique de la croissance de MoO₃ lors des accidents nucléaires. Cette recherche améliore la précision des modèles prédictifs concernant le comportement des produits de fission, soutenant une meilleure gestion de crise et une sûreté accrue des réacteurs.