Comportement des matériaux ATF dans l’ensemble du cycle du combustible
Matériaux avancés pour les combustibles des réacteurs à eau légère - Matériaux nucléaires évolutifs et révolutionnaires

Les nouveaux matériaux candidats pour les crayons combustibles de la figure 2 doivent être performants tout au long du cycle du combustible nucléaire. Le cycle du combustible nucléaire décrit les différentes étapes du combustible, de sa fabrication à son stockage géologique (figure 9). Le minerai d’uranium extrait est traité de plusieurs façons, chimiquement et physiquement, pour fabriquer les pastilles de combustible neuf qui seront logées dans les tubes ou gaines. Le combustible doit être enrichi de telle manière que 5 % de l’uranium soit de l’isotope fissile 235, transformé ensuite en pastilles d’UO₂. La viabilité industrielle économique de la fabrication traditionnelle de crayons combustibles d’UO₂/Zr (étape 1 de la figure 9) a été démontrée au cours des soixante dernières années, et il doit en être de même pour les nouveaux matériaux candidats de crayons et de grappes (figure 2). Les crayons combustibles ATF doivent résister au milieu aqueux à 300 °C en conditions d’exploitation normales pendant six ans ou plus (étape 2). Durant cette période, les crayons combustibles doivent être plus performants que les crayons traditionnels en cas de perte du fluide de refroidissement. Après avoir séjourné dans le réacteur, le combustible usé est transporté dans des piscines de refroidissement (étape 3) pendant environ 20 ans pour permettre la désintégration d’isotopes à courte durée de vie.

Pendant l’étape 3, le gainage ATF doit résister à la corrosion dans l’eau normalement aérée à des températures d’environ 60 °C. Pour continuer de refroidir le combustible usé de la chaleur résiduelle d’irradiation, les assemblages sont ensuite parfois transportés vers des conteneurs de stockage à sec, où le débit de convection...