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Chaleur specifique de UC et UN
JOURNAL
OF NUCLEAR
MATERIALS
34 (1070) 105-107.
CHALEUR
NORTH-HOLLAND
0
PUBLISRTNG
CO., AMSTERDAM
1E UC ET UN
SPECIFIQUE
CHRISTIAN AFFORTIT Section d’Etudes dea Ce’ramiques ct base de Plutonium, Centre d’Etu&s Nucl&aires de Fontenay-aux-Roses, l?ranw Repu le 10 Juin 1969
Pour UC nos r&nltats sont en bon accord avec
Nous avons 6tudiB la chaleur specifique de UC et UN par la m~thode de “chauffage rapide” que nous avons d&rite ailleurs 5). Pour p&parer les fils necessaires aux mesures, nous avons melange Ies poudres d’UC et UN a un liant liquide convenable puis nous avons file
ceux de Levinson 3) entre 700 et 1100 “K, mais entre 1700 “K et 2700 “K, les valeurs mesur4es croissent beaucoup plus vite que celles de Levinson. Cette elevation assez rapide de chaleur spdcifique peut Btre interpret&e comme nous l’avions fait dans le cas des metaux 6) par la creation de dkfauts ponctuels, peut-&re des lacunes en uranium.
la pate ainsi obtenue. Les conditions de frittage et les caracteristiques de ces fils sont indiquees sur le tableau 1, Les resultats concernant la chaleur specifique et l’enthalpie sont donnes dans les tableaux 2 et 3. Pour UN, nous avons rencontr6 des diBcult& likes & la dissociation de UN vers 1700 “C
Si l’on admet que toutes les autres contributions a la chaleur sp&ifique (terme de ~latation, terme allharmonique, chaleur sp&ifique du r6seau) sont, soit constantes, soit des fonctions linbaires de la temperature, en extrapolant la partie lineaire de C, que l’on observe dans la
qui nous ont emp&h& d’aller jusqu’au point de fusion, Les valeurs obtenues sont proches de celles de Godfrey et Wooley 1) et de Speidel et Keller 2).
zone des temperatures moyennes (T N 1500 “C), il est possible de d6duire l’augmentation de
TABLEAU 1 Caract&istiques Compod
UN
Liant
Frittage
213 xyl&ne l/3 glyckrine 213 xyl$ne l/3 2,5%
glyckine
des Behantillons
Teneur en
Teneur en
oxygkne
azote
1550 ppm
70%
4,897 & 0,001
86%
4,955 f 0,001 traces de
vide 1500 “C sow
990 ppm
880 ppm
vide
u2c3
de
I
1800 “C
z Bvalue
+ (eau 4/5+
sous
rayons X
A-i-Hz
le pourcentage
l/5)
Param&re
1500 “C sous
carbopol
glyckine
Densiti
UaOs
105
aux d’apr& de
92%
106
CHRISTIAN
AFFORTTT
TABLEAU Chaleur
I
T(‘=K)
T (“K)
2
et enthalpie
HT-HVOO
CP
de UC
~
QP 3,
I ~
HT-Hm
“)
700
13,62
0
14,19
0
800
13,96
1 380
14,42
1 430
900
14,31
2 790
14,64
2 885
1 000
14,65
4 240
14,86
4 360
1 100
15,00
5 720
15,08
5 860
1 200
15,34
7 240
15,32
7 380
1 300
15,69
8 793
15,58
8 920
1 400
16,03
10 380
15,85
10 490
1 500
16,38
12 000
16,13
12 090
1 600
16,73
13 660
16,44
13 720
1 700
17,09
15 350
16,77
15 380
1 800
17,46
17 070
17,ll
17 070
1 900
17,85
18 840
17,48
18 800
2 000
IS,30
20 650
17,86
20 570
2 100
18,82
22 500
18,27
22 380
2 200
19,46
24 420
18,69
24 220
2 300
20,26
26 400
19,14
26 120
2 400
21,29
28 480
19,61
28 050
2 500
22,64
30 670
20,lO
30 040
2 600
24,37
33 020
20,60
32 070
2 700
26,58
35 560
21,13
34 160
2 800
29,38
38 360
21,68
36 300
TABLEAU Chaleur
spdcifique
spbcifique
& 5 + 1%. Cette concentration est anormalement BlevBe. Par contre, 1’6nergie de formation
3
et enthalpie
de UN H~Hsoo
G
800
13,6
900
14,03
1 000
14,45
2 805
1100
14,87
4 270
1 200
l&29
5 780
1 300
15,71
7 330
1 400 1 500
16,13 16,55
8 920 10 550
1 600
16,97
12 230
1 700
17,39
13 950
1 800
17,81
15 710
1 900
18,23
17 510
2 000 2 100
18,65 19,07
19 350 21240
2 200
19,49
23 170
2 300
19,90
25 140
~
0 1382
chaleur specifique due B la c&ation de lacunes et de calculer la concentration de ces defauts A la temperature de fusion. Nous avons trou& une concentration Bgale
des ddfauts (60 & 6 kcal/mole) semble assez normale. En effet, la somme de 1’6nergie de migration des defauts cr&% par trempe [32 kcal/mole d’aprks Lindner et a1.4)] et de 1’6nergie de formation que nous avons trouv&e est de 92 kcal/mole, chiffre t&s pr&s de 1’6nergie d’activation pour l’autodiffusion de l’uranium dans UC (90 kcal/mole). Signalons aussi que les Bquations qui rep& sentent le mieux les resultats exp&imentaux obtenus par analyse des moindres car&s B la machine IBM sont les suivantes (C, en kcal/ mole/ “K) : UN
:C,= 10,2+4,2 x 10-3 T (1000 “K < T < 2000 OK) ;
UC : Cp= 11,2+3,45
x lo-ST+
+ (4,6 x lo-lO/T2) (800 “K <
T < 2800
exp
(-
“K).
BOOOO/RT)
CHALEUR
SPECIFIQUE
R6fkrences
DE
ET
UN
107
8) L. S. Levinson, Carbides in nuclear energy 1
1) T. G. Godfrey et S. A. Wooley, Rapport ORNL 1596 (1966) 2) H. 0. Speidel et D. L. Keller, Rapport BMI 1633 (1963)
UC
4) 5)
(MacMillan, 1964) 429 R. Lindner et al., J. Nucl. Mat. 23 (1967) 222 C. Affortit et R. Lallement, Rev. Int. Haute8 Temp. Refract. 5 (1969) 19
OF NUCLEAR
MATERIALS
34 (1070) 105-107.
CHALEUR
NORTH-HOLLAND
0
PUBLISRTNG
CO., AMSTERDAM
1E UC ET UN
SPECIFIQUE
CHRISTIAN AFFORTIT Section d’Etudes dea Ce’ramiques ct base de Plutonium, Centre d’Etu&s Nucl&aires de Fontenay-aux-Roses, l?ranw Repu le 10 Juin 1969
Pour UC nos r&nltats sont en bon accord avec
Nous avons 6tudiB la chaleur specifique de UC et UN par la m~thode de “chauffage rapide” que nous avons d&rite ailleurs 5). Pour p&parer les fils necessaires aux mesures, nous avons melange Ies poudres d’UC et UN a un liant liquide convenable puis nous avons file
ceux de Levinson 3) entre 700 et 1100 “K, mais entre 1700 “K et 2700 “K, les valeurs mesur4es croissent beaucoup plus vite que celles de Levinson. Cette elevation assez rapide de chaleur spdcifique peut Btre interpret&e comme nous l’avions fait dans le cas des metaux 6) par la creation de dkfauts ponctuels, peut-&re des lacunes en uranium.
la pate ainsi obtenue. Les conditions de frittage et les caracteristiques de ces fils sont indiquees sur le tableau 1, Les resultats concernant la chaleur specifique et l’enthalpie sont donnes dans les tableaux 2 et 3. Pour UN, nous avons rencontr6 des diBcult& likes & la dissociation de UN vers 1700 “C
Si l’on admet que toutes les autres contributions a la chaleur sp&ifique (terme de ~latation, terme allharmonique, chaleur sp&ifique du r6seau) sont, soit constantes, soit des fonctions linbaires de la temperature, en extrapolant la partie lineaire de C, que l’on observe dans la
qui nous ont emp&h& d’aller jusqu’au point de fusion, Les valeurs obtenues sont proches de celles de Godfrey et Wooley 1) et de Speidel et Keller 2).
zone des temperatures moyennes (T N 1500 “C), il est possible de d6duire l’augmentation de
TABLEAU 1 Caract&istiques Compod
UN
Liant
Frittage
213 xyl&ne l/3 glyckrine 213 xyl$ne l/3 2,5%
glyckine
des Behantillons
Teneur en
Teneur en
oxygkne
azote
1550 ppm
70%
4,897 & 0,001
86%
4,955 f 0,001 traces de
vide 1500 “C sow
990 ppm
880 ppm
vide
u2c3
de
I
1800 “C
z Bvalue
+ (eau 4/5+
sous
rayons X
A-i-Hz
le pourcentage
l/5)
Param&re
1500 “C sous
carbopol
glyckine
Densiti
UaOs
105
aux d’apr& de
92%
106
CHRISTIAN
AFFORTTT
TABLEAU Chaleur
I
T(‘=K)
T (“K)
2
et enthalpie
HT-HVOO
CP
de UC
~
QP 3,
I ~
HT-Hm
“)
700
13,62
0
14,19
0
800
13,96
1 380
14,42
1 430
900
14,31
2 790
14,64
2 885
1 000
14,65
4 240
14,86
4 360
1 100
15,00
5 720
15,08
5 860
1 200
15,34
7 240
15,32
7 380
1 300
15,69
8 793
15,58
8 920
1 400
16,03
10 380
15,85
10 490
1 500
16,38
12 000
16,13
12 090
1 600
16,73
13 660
16,44
13 720
1 700
17,09
15 350
16,77
15 380
1 800
17,46
17 070
17,ll
17 070
1 900
17,85
18 840
17,48
18 800
2 000
IS,30
20 650
17,86
20 570
2 100
18,82
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18,27
22 380
2 200
19,46
24 420
18,69
24 220
2 300
20,26
26 400
19,14
26 120
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20,lO
30 040
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21,13
34 160
2 800
29,38
38 360
21,68
36 300
TABLEAU Chaleur
spdcifique
spbcifique
& 5 + 1%. Cette concentration est anormalement BlevBe. Par contre, 1’6nergie de formation
3
et enthalpie
de UN H~Hsoo
G
800
13,6
900
14,03
1 000
14,45
2 805
1100
14,87
4 270
1 200
l&29
5 780
1 300
15,71
7 330
1 400 1 500
16,13 16,55
8 920 10 550
1 600
16,97
12 230
1 700
17,39
13 950
1 800
17,81
15 710
1 900
18,23
17 510
2 000 2 100
18,65 19,07
19 350 21240
2 200
19,49
23 170
2 300
19,90
25 140
~
0 1382
chaleur specifique due B la c&ation de lacunes et de calculer la concentration de ces defauts A la temperature de fusion. Nous avons trou& une concentration Bgale
des ddfauts (60 & 6 kcal/mole) semble assez normale. En effet, la somme de 1’6nergie de migration des defauts cr&% par trempe [32 kcal/mole d’aprks Lindner et a1.4)] et de 1’6nergie de formation que nous avons trouv&e est de 92 kcal/mole, chiffre t&s pr&s de 1’6nergie d’activation pour l’autodiffusion de l’uranium dans UC (90 kcal/mole). Signalons aussi que les Bquations qui rep& sentent le mieux les resultats exp&imentaux obtenus par analyse des moindres car&s B la machine IBM sont les suivantes (C, en kcal/ mole/ “K) : UN
:C,= 10,2+4,2 x 10-3 T (1000 “K < T < 2000 OK) ;
UC : Cp= 11,2+3,45
x lo-ST+
+ (4,6 x lo-lO/T2) (800 “K <
T < 2800
exp
(-
“K).
BOOOO/RT)
CHALEUR
SPECIFIQUE
R6fkrences
DE
ET
UN
107
8) L. S. Levinson, Carbides in nuclear energy 1
1) T. G. Godfrey et S. A. Wooley, Rapport ORNL 1596 (1966) 2) H. 0. Speidel et D. L. Keller, Rapport BMI 1633 (1963)
UC
4) 5)
(MacMillan, 1964) 429 R. Lindner et al., J. Nucl. Mat. 23 (1967) 222 C. Affortit et R. Lallement, Rev. Int. Haute8 Temp. Refract. 5 (1969) 19