Ceux d’entre vous qui connaissent mes articles ( dans le cadre de mes analyse des CR de l’ ASN ) sur les problèmes de longévité de nos réacteurs nucléaires ont du être passablement troublés par les arguments techniques et scientifiques que j’ai développés ici sur deux points : 1 °/Le vieillissement des cuves de réacteurs . 2°/ Les problèmes de corrosion à longue durée. Ceci s’explique par mon passé au CEA .Dans sa première partie vouée à la séparation isotopique de l’uranium ( PIERRELATTE militaire , puis EURODIF ) j’ai du étudier ( sous les ordres de CLAUDE FREJACQUES ) les problèmes de neutronique sur des matériaux soumis à un flux de longue durée associés à des problèmes de corrosion fluorante « féroce » …..Dans sa seconde partie (IPSN ) je me suis soucié , grâce à mon camarade inspecteur BERNARD SAUTIEZ ( OSIRIS/OSIRAK), d’acquérir une expertise personnelle sur les dégâts neutroniques possibles dans les REPS français . VOILA POURQUOI J’AI CHOISI DE VOUS PROPOSER MA TRADUCTION DE CET ARTICLE TRES INTERESSANT DE PHYSICS WORLD
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Ion beams simulate nuclear-reactor damage
Seven years in a reactor recreated in just four days
Des dommages sur les composants des réacteurs nucléaires causés par l'irradiation neutronique sur une durée de plusieurs années peuvent être simulés avec des faisceaux d'ions en quelques jours seulement . C'est la conclusion de chercheurs américains, qui ont utilisé des ions pour créer la même évolution de ces petits défauts structurels remarqués dans les réacteurs nucléaires en longue durée. Cette nouvelle technique pourrait aider les ingénieurs à anticiper les problèmes qui se posent dans les installations existantes et permettre l'élaboration de plus robustes modèles de réacteurs pour l'avenir.
L ‘Irradiation neutronique peut induire des effets importants sur la structure des matériaux utilisés dans les réacteurs nucléaires. Les atomes peuvent être déplacés et de grands défauts peuvent s'accumuler au fil du temps, avec comme résultat d’ affaiblir ou même déformer la matière. Comprendre la nature et l'étendue de ces dommages est important pour assurer un fonctionnement du réacteur en toute sécurité.
Une première approche consiste à placer des échantillons dans les réacteurs dits « d'essai » qui peuvent produire des dommages à un rythme plus rapide que leurs homologues de travail. Toutefois, d’une part ces installations sont coûteuses à exploiter et d autre part cela peut encore prendre des décennies pour produire les dommages aux niveaux nécessaires.
Une solution alternative consiste à reproduire les dommages des neutrons avec un autre type d'irradiation: des faisceaux d'ions. S'appuyant sur des décennies de recherche, Gary WAS de l'Université du Michigan et ses collègues ont dévoilé la première expérimentation de travail de dommages de neutrons utilisant des faisceaux d'ions. "L’ampleur des dommages qui est créé avec un ion est très dépendante de son énergie," explique WAS. "Et Il s'avère que le spectre de dégâts des ions de 5 MeV est assez proche de celle des neutrons de la fission."
L'équipe a démontré la validité du concept en essayant de recréer les dommages constatés et expertisés dans un conduit en acier qui pendant sept ans avait entouré un assemblage de combustible dans un réacteur nucléaire sur le site de Hanford à Washington. Les dommages des microstructures de la conduite avait été auparavant largement étudié par les chercheurs du Laboratoire national de Los Alamos en utilisant la microscopie à sonde atomique, la microscopie électronique et d'autres techniques.
Par l’'utilisation d'un échantillon en métal du même lot que celui qui avait été utilisé pour fabriquer le conduit d'origine, WAS et ses collègues ont suivi une procédure d'analyse en deux étapes au Laboratoire du faisceau d'ions de Michigan Univ.. Tout d'abord, un faisceau d'ions d'hélium est utilisé pour arriver à insérer des noyaux d'hélium dans l'échantillon. Cela simule la production en réacteur, de l'hélium par des neutrons. La deuxième étape consiste à chauffer l'échantillon à 460 ° C et en le soumettant à un faisceau d'ions de fer. L'échantillon lui-même reste la plupart du temps du fer , et l'introduction de ces ions simule les déplacements atomiques dans le matériau sans introduire d’autres nouveaux éléments.
Un inconvénient possible en 'utilisant des ions est que, contrairement aux neutrons, qui pénètrent profondément et facilement dans les matériaux puis causent des dommages à travers, des faisceaux d'ions ne font qu'effleurer la surface de l’ échantillon. Cela signifie que les effets de l'irradiation par faisceau d'ions restent confinés à l'intérieur d'un micron d épaisseur à partir de la surface de l'échantillon. Cependant, les chercheurs expliquent que cela crée plus que suffisamment de dégâts pour la poursuite de l’analyse.
Le procédé d'irradiation dure quatre jours et crée le même niveau de dommages qu’observé sur la gaine initiale. Les défauts observés à la fois dans l'échantillon et la gaine varient de 1 à 20 nm de diamètre et présentent une variété de formes. Il s'agit notamment de boucles de dislocation, des vides et des précipités - ces dernier conduisant à des régions minuscules contenant une structure différente de celle du matériau environnant.
Selon WAS, la méthode est déjà «très applicable à d'autres matériaux" et, à l'avenir, les chercheurs espèrent l’ adapter afin qu'ils puissent simuler une gamme d'environnements ,d'irradiations et des « vécus » d'exploitation des réacteurs. En plus de l’évaluation des problèmes potentiels découlant dans les réacteurs existants, les chercheurs espèrent que leur méthode pourrait contribuer à l'élaboration de la prochaine génération des modèles suivants de réacteurs. Ces derniers auront probablement des environnements de rayonnements plus intenses que les installations d'aujourd'hui, ce qui nécessitera des composants qui soient capables de résister à des niveaux plus élevés de dommages d'irradiation.
"L'utilisation de faisceaux d'ions pour imiter les dégâts d'irradiation produits dans un réacteur est un outil essentiel pour le développement d'une meilleure compréhension de la façon dont les matériaux sont affectés par des doses de haute irradiation», commente Philipp Frankel, un scientifique des matériaux à l'Université de Manchester. Il ajoute que le travail démontre exactement quel type d'études de validation doivent arriver a accorder confiance à ces techniques.
Karl Whittle - un chercheur en matériel nucléaire de l'Université de Sheffield - est d'accord, mais affirme que des précautions doivent être prises lorsque l'on compare les dommages causés par les différents types de rayonnement. Cependant, un travail plus avancé dans ce domaine, dit-il, permettrait «d'examiner les effets à long terme de dommages, et développer des mécanismes d'atténuation de [ses effets]".
La recherche est décrite dans la revue Scripta Materialia.
À propos de l'auteur Ian Randall est un écrivain de science basée en Nouvelle-Zélande
MES COMMENTAIRES /Si mes lecteurs retrouvaient mes articles ici , ils verraient comment EDF suit cela par la disposition d’éprouvettes métalliques adéquates directement posées in situ au dedans des cuves des REPS puis par la mesure de l’évolution de leurs propriétés de résistance après démontage ET COMMENT ASN SUIT CES MESURES COMME LA CASSEROLE DE LAIT BOUILLANT SUR LE FEU ……Il est évident que personne ne souhaite voir exploser une cuve de réacteur par usure neutronique ! Il est évident aussi que l’acceptation de dépasser les 40 ans de fonctionnement passera par la bonne tenue à tous ces tests !
Mes objections sont de nature beaucoup plus scientifique :Garry WAS peut en effet produire des dégâts en utilisant des ions, mais ceci dans une fourchette étroite et incertaine pour reussir a entrainer une structure de défauts identiques avec un échantillon d'un réacteur nucléaire - le seul mais grave problème est qu'il ne connait pas la fluence correspondante exacte puisqu’il travaille avec un GRADIENT de profondeur …. J’AVAIS DANS MON ANALYSE DE L ARTICLE DE L ASN évoqué les défauts de FRENKEL/SCHKOTTY crées et les « hot spikes » : le dommage peut apparaître suite à une collision élastique du neutron avec des atomes du réseau qui reculent – ou par une collision inélastique qui « amoche » le neutron énergique et re- émet un neutron plus » faiblard » , ( donc avec moins d'énergie de recul mais une certaine excitation gamma à l'intérieur de l'atome bousculé .)
Et laquelle collision inélastique conduit à la transmutation - Fer 56 en fer 57 avec excitation, ou d’autres choses plus compliquées car ce n’est jamais de l’acier ultra pur qu’on utilise , et il n’est pas étonnant que la composition chimique change localement plus ou moins légèrement …On peut donc conclure qu’ en toute rigueur dans cette simulation, à l'exception de quelques bulles d'hélium tous ces effets sont ignorés. Et que la cinétique lente d’évolution des lacunes de FRENKEL/SCHKO TTY EST PEUT ETRE DIFFERENTE
. J’ai envie de dire que l’ industriel ( EDF ) va craindre alors des évolutions trop importantes par irradiation ions par rapport aux vraies plus longues avec neutrons ( car cela diminuera la robustesse et la durée du métal irradié ) …et si la manip » rapide » AVEC IONS donne des artefacts ou n’est pas utilisable car pas sure et mal chiffrée , pourquoi alors y croire ?
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