Le département Énergie nucléaire et sécurité du PSI récompense ses doctorants en 2024 également

Sevgi Ekin Bayram

1^re année de doctorat, PSI: Laboratory for Waste Management of NES and Laboratory for Sustainable Energy Carriers and Processes of the Energy and Environment Research Division
Cinétique et thermodynamique des C-S-H dopés aux métaux de transition
La présente étude explore une lacune critique dans notre compréhension de l'impact des cations de métaux de transition (tels que Co, Ni, Cu, Zn) dans les ciments mélangés (blended cements). Ces cations influent sur la cinétique de formation et la thermodynamique de la phase d'hydratation principale, les silicates de calcium hydratés (C-S-H), et ont ainsi un impact sur la résistance mécanique et les propriétés d'ingénierie cruciales dans l'industrie du ciment.
Comprendre ces effets est essentiel afin d'optimiser les taux d'hydratation du ciment dès les premiers stades et garantir la durabilité des structures en ciment durci. Cette étude vise à faire progresser les connaissances dans les domaines de la science des matériaux, de la chimie physique, de la catalyse, de la science du ciment et de la recherche environnementale, avec de vastes implications pour diverses applications scientifiques et techniques.
Diverses techniques de caractérisation sont utilisées, notamment la titration contrôlée, la spectrométrie d'émission optique à plasma couplée par induction (ICP-OES), diffraction de rayons-X (DRX), microscopie électronique à balayage (MEB) et l'analyse thermogravimétrique (TGA). De plus, l'étude comprend une modélisation cinétique et thermodynamique afin d'établir une base de données robuste permettent de prédire les domaines de stabilité des C-S-H dans diverses conditions.
Les résultats de la DRX sur les C-S-H dopés au cuivre (Cu/C-S-H) suggèrent que le Cu est incorporé dans la structure du C-S-H, similaire à ce qui a été observé dans des études antérieures sur l'incorporation de Zn/C-S-H. Les résultats de cette étude devraient permettre d'améliorer de manière significative la conception et les performances de matériaux catalytiques à haute performance et d’améliorer les liants cimentaires.

Alvaro Ramos Pérez

2^e année de doctorat, PSI: Laboratory for Reactor Physics and Thermal-Hydraulics
Visualisation et caractérisation du transfert de masse multiphasique dans les écoulements gaz-liquide: application à l’épuration par barbotage des aérosols
Les processus de transfert de masse des particules dans les écoulements multiphasiques sont largement présents dans le génie chimique et les processus de conversion d'énergie. Dans une centrale nucléaire, lors d'un accident grave avec dégradation du cœur, l’épuration par barbotage (pool scrubbing) peut être utilisé pour capturer les particules radioactives (aérosols) provenant de l'enceinte de confinement. Malgré sa nature fondamentale et les efforts considérables de nombreuses études pour caractériser ces processus, il n'existe toujours pas de modélisation précises et validées de la dynamique des fluides multiphasiques du transfert de masse des particules à l'échelle de la bulle.
Dans cette étude, nous avons développé une nouvelle technique expérimentale basée sur des mesures de conductivité à haute résolution spatiale et temporelle pour visualiser l'hydrodynamique et le transfert de masse des particules dans un écoulement de bulles de gaz-liquide dans un tube vertical. Les mesures de conductivité sont effectuées avec un capteur à mailles métalliques d'une résolution de 1 mm à une fréquence de 3200 Hz. Les aérosols injectés sont des particules de NaCl de diamètre micrométrique. Le passage des bulles est caractérisé par un signal de conductivité relative inférieure à celui de l'eau liquide. Les données mesurées permettent d'obtenir directement la valeur locale de la fraction de vide. La taille et la forme de chaque bulle peuvent être mesurées. Une fois que les particules d'aérosol sont transférées dans la phase liquide, elles se dissolvent et le signal de conductivité est proportionnel à la concentration de l'électrolyte. Le transfert de masse est visualisé dans un sillage de concentration qui suit en aval de la bulle. Nous avons effectué des expériences à différentes concentrations d'aérosols et tailles de particules pour évaluer les effets des caractéristiques de l'aérosol sur le transfert de masse des particules.
Nous obtenons les premières données de haute qualité CFD de bulles ellipsoïdes prototypiques et de sillages. Les données à échelle plus fines peuvent être reconstruites en utilisant le grand ensemble de bulles disponible. La résolution est telle que la géométrie de la bulle peut être caractérisée en détail. La géométrie des sillages du transfert de masse reconstruits correspond au champ d'écoulement de quantité de mouvement attendu derrière un corps oblong dans le régime turbulent sous-critique. Nous proposons une description mécanistique du transfert de masse des particules hétérogènes basée sur les contributions du flux de transfert de masse inertiel et d'impact des particules de la bulle vers le liquide, et du flux de masse diffusif et advectif turbulent des aérosols dissous dans la phase liquide. Une approche analytique de décomposition de la turbulence est incluse pour étudier les oscillations de l'interface dues aux instabilités de l'écoulement et à la variabilité du sillage de transfert de masse.

Jennifer Marie Wilson

3^e année de doctorat, PSI: Laboratory of Radiochemistry
Chromatographie en phase gazeuse en ligne et hors ligne de Tl pour Nh
L'étude chimique des éléments superlourds (Z ≥ 104) nous permet d'explorer l'influence des effets relativistes sur les propriétés physico-chimiques. Comme les effets relativistes s'échelonnent grossièrement avec Z², les propriétés déterminées expérimentalement sont des valeurs de référence idéales pour tester des modèles chimiques quantiques relativistes complets. Cela conduit finalement à des prévisions améliorées pour les éléments lourds en général. La chromatographie en phase gazeuse a été utilisée pour étudier le comportement d'adsorption des éléments super-lourds et de leurs homologues plus légers sur différentes surfaces.
À ce jour, seules trois études ont été publiées sur la chimie du nihonium (Nh, Z = 113). Cependant, les résultats obtenus dans ces études sont ambigus. Cela nous a incités à réexaminer son homologue plus léger, le Tl, afin de comprendre pleinement son comportement chimique avant d'entreprendre une nouvelle expérience sur la chimie du Nh. Nous présentons ici les études de thermochromatographie hors ligne réalisées au PSI et deux expériences de chromatographie isotherme en ligne réalisées avec des accélérateurs de particules à l'étranger.