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Understanding the origin of the fracture toughness evolution of nuclear glasses under irradiation

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Irradiation Simulation atomistique Constance Fracturation Verres borosilicatés Thèses et écrits académiques

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Compréhension de l'origine de l'évolution sous irradiations de la ténacité des verres nucléaires

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Compréhension de l'origine de l'évolution sous irradiations de la ténacité des verres nucléaires

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In the nuclear industry, complex borosilicate glasses are used for the confinement of fission products and long-life minor actinides. Under irradiations, the structure and the mechanical properties of these glasses evolve. In this work, atomistic and multi-scale simulations of three simplified borosilicate glasses were run to understand the origin of their fracture behavior change under irradiation. Under the radiation effects, elasticity decreases and plasticity increases. Fracture happens due to the formation and coalescence of nanocavities. The structural modifications under the radiation effects lead to a delay of the coalescence and of the irradiated glass rupture. Several phenomena overlay to explain this behavior, especially the cavities distribution modifications, the sodium mobility, and the borate and silicate entities organization in the glassy network. Depending on the nature of the more important mechanism, the fracture toughness can increase or decrease under radiation. Dans l'industrie nucléaire, un verre borosilicaté complexe est utilisé pour confiner les produits de fission et les actinides mineurs. Sous irradiation, la structure et les propriétés mécaniques du verre évoluent. Dans cette étude, les simulations atomistiques et multi-échelles des trois verres borosilicatés simplifiés ont été lancées pour comprendre l'origine de l'évolution de leur comportement à la fracturation sous irradiation. Sous l'irradiation, l'élasticité diminue tandis que la plasticité augmente. La fracturation se produit suite à la formation et à la coalescence de cavités. Les modifications de structure sous l'irradiation conduisent à un retard de la coalescence et de la décohésion du verre irradié. Plusieurs phénomènes complexes se superposent pour expliquer ce comportement, notamment les modifications de la répartition des cavités, la mobilité des sodiums, et l'organisation des réseaux boratés et silicatés. Selon la nature du phénomène prépondérant, la ténacité peut augmenter ou diminuer sous irradiation

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Text

n8:P1001

n9:T1009

rdaw:P10219

2011

rdau:P60049

n4:1020