Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
Auteur(s)
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Alain BARBU : CEA DMN, service de recherche en métallurgie physique
-
Jean-Paul MASSOUD : EDF R&D, département matériaux et mécanique des composants
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Lire l’articleINTRODUCTION
Comme dans toute installation industrielle, les matériaux des chaudières nucléaires à eau sous pression (REP) sont soumis en service à des sollicitations de nature mécanique, thermique ou chimique, pour des durées de fonctionnement particulièrement longues : 40 ans, voire 60 ans. De manière plus spécifique, les matériaux les plus proches du combustible nucléaire sont soumis à un intense bombardement de particules (principalement neutrons) provenant des réactions nucléaires du cœur.
Les endommagements qui sont susceptibles d'en résulter sont nombreux et variés : vieillissement par irradiation (sous l'effet du bombardement neutronique), vieillissement thermique (sous l'effet de la température de fonctionnement, autour de 300 °C), amincissement par usure (sous l'effet des frottements) ou par corrosion généralisée (sous l'effet du milieu chimique), ou encore corrosion sous contrainte, etc.
La compréhension du comportement des matériaux du cœur des réacteurs au cours du fonctionnement dans des conditions parfois agressives, en particulier à cause des phénomènes d'irradiation, est donc une préoccupation majeure de l'industrie nucléaire et leur prévision sur de très longues périodes une nécessité.
Les principaux modes de dégradation hors irradiation et sous irradiation de ces matériaux seront décrits dans la suite du texte ainsi que les moyens de prévision de leur comportement à l'aide de modèles à base physique.
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Prévision de l'évolution des matériaux sous irradiation à l'aide de modèles à base physique
En anglais
3. Principaux modes de dégradation sous irradiation
L'irradiation constitue une des contraintes spécifiques pour les matériaux utilisés dans les réacteurs nucléaires.
Sous le terme d'irradiation, on peut distinguer trois types d'interaction entre les particules incidentes (neutrons, électrons, particules α, ions, fragments de fission ou rayons γ) et un matériau (figure 1) :
-
les interactions inélastiques pour lesquelles les particules incidentes pénétrant dans le matériau interagissent avec les électrons (chocs inélastiques causant des excitations électroniques et des ionisations des atomes choqués) ;
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les interactions élastiques pour lesquelles les particules incidentes pénétrant dans le matériau interagissent avec les noyaux (chocs élastiques avec conservation de l'énergie cinétique) ;
-
les réactions nucléaires où le matériau cible change de nature chimique. Ce mécanisme est particulièrement important dans le combustible et les éléments absorbants où les changements de composition peuvent conduire à des changements de phase.
Elle affecte profondément les performances des matériaux au travers de :
-
leurs liaisons chimiques modifiées par les excitations électroniques et les transmutations (figure 1) ;
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leur structure à l'échelle atomique, modifiée par les collisions élastiques ayant pour conséquences la création de défauts ponctuels, lacunes et interstitiels sous forme isolée ou sous forme de très petits amas dans les cascades de déplacements (figure 1) ;
-
leur microstructure, affectée par la migration et l'agglomération des défauts créés par les collisions (figure 1 et tableau 1).
Les modifications ainsi créées sous irradiation (tableau 1) peuvent entraîner des conséquences à l'échelle du composant : altérations dimensionnelles (gonflement, croissance, fluage...), évolution des caractéristiques mécaniques (notamment durcissement et fragilisation), sensibilisation accrue au milieu chimique (corrosion sous contrainte assistée par l'irradiation)... L'effet simultané de ces modifications peut dans...
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Principaux modes de dégradation sous irradiation
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - DESGRANGES (C.) - Compréhension et prédiction du comportement sous irradiation neutronique d'alliages absorbants à base d'argent - . Rapport CEA-R-5805 (1998).
-
(2) - AKAMATSU (M.), al - L'irradiation de la cuve : un phénomène sous surveillance - . Revue Générale Nucléaire No 6, Novembre-Décembre 1993, pp. 391-397.
-
(3) - FRELY (E.) - Étude des interactions entre effets d'irradiation et effets d'ordre chimique dans les alliages ternaires Ni-Cr-Fe - . Rapport CEA-R-5756 (1997).
-
(4) - LEMAIGNAN (C.) - Science des Matériaux pour le nucléaire - . Collection Génie Atomique. EDP Sciences (2004).
-
(5) - ZAOUI (A.), coll - Matériaux du nucléaire - . Rapport sur la Science et la Technologie no 5, juillet 2000. Académie des Sciences. Éditions TEC et DOC.
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(6)...
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