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RÉSUMÉ
Connaître les propriétés mécaniques des combustibles irradiés est un enjeu majeur pour optimiser la gestion du parc nucléaire. Compte tenu de la taille réduite des pastilles combustibles, seules des techniques de caractérisation locales, comme la microscopie acoustique haute fréquence ou la micro-indentation, sont envisageables. Grâce à l’implantation d’un microscope acoustique dédié en cellule haute activité dans le centre de recherche européen ITU de Karlsruhe, il est possible d’extraire des données concernant le comportement élastique des combustibles jusqu’à plus de 10 ans de fonctionnement en réacteur. Donnant accès au module d’Young, à une bonne estimation de la densité, à des images de haute résolution en sous-surface, cet outil constitue un système de caractérisation standard des combustibles et matériaux irradiés.
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Auteur(s)
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Didier LAUX : Maître de conférences - Université Montpellier 2, institut d'Électronique du Sud, UMR CNRS 5214, Montpellier, France
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Gilles DESPAUX : Professeur - Université Montpellier 2, institut d'Électronique du Sud, UMR CNRS 5214, Montpellier, France
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Daniel BARON : Ex-ingénieur senior, - EDF R&D
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Vincenzo RONDINELLA : Chef de service, cellules Haute Activité, - European Commission, Joint Research Centre, Institute for Transuranium Elements (ITU), Karlsruhe, Allemagne
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Wim DE WEERD : Chargé d'expérimentations - European Commission, Joint Research Centre, Institute for Transuranium Elements (ITU), Karlsruhe, Allemagne
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Mathias LAURIE : Chef de secteur, cellules Haute Activité - European Commission, Joint Research Centre, Institute for Transuranium Elements (ITU), Karlsruhe, Allemagne
INTRODUCTION
Connaître les propriétés mécaniques des combustibles irradiés est un enjeu majeur pour optimiser la gestion du parc nucléaire. Compte tenu de la taille réduite des pastilles combustibles, seules des techniques de caractérisation locales, comme la microscopie acoustique haute fréquence ou la micro-indentation par exemple, sont envisageables. Grâce à l’implantation d’un microscope acoustique dédié en cellule haute activité dans le centre de recherche européen ITU de Karlsruhe, il est possible d’extraire des données concernant le comportement élastique des combustibles jusqu’à plus de 10 ans de fonctionnement en réacteur. Donnant accès au module d’Young, à une bonne estimation de la densité, à des images de haute résolution en sous-surface, cet outil constitue un système de caractérisation standard des combustibles et matériaux irradiés.
The knowledge of mechanical properties of irradiated fuel is necessary to improve nuclear power plants management. As fuel pellets are very small, only local characterization methods such as high frequency acoustic microscopy or micro-indentation for instance are relevant. Thanks to the introduction of a specific acoustic microscope in the European Research Centre ITU of Karlsruhe, it is now possible to obtain data concerning the elastic behavior of nuclear fuel up to more than 10 years of irradiation. This device, which can assess the Young modulus, correctly estimates the density, gives high resolution sub-surface pictures of fuel pellets now constitutes a standard characterization tool of nuclear fuel and irradiated materials.
microscopie acoustique – combustibles irradiés – taux de combustion – modules d’élasticité – densitométrie
acoustic microscopy – nuclear fuel – burnup – elastic moduli – densitometry
Domaine : imagerie ultrasonore haute résolution et caractérisation mécanique
Degré de diffusion de la technologie : maturité
Technologies impliquées : microscopie acoustique
Domaines d’application : combustibles nucléaires et matériaux irradiés
Principaux acteurs français : Institut d’Électronique du Sud (Université Montpellier 2 – CNRS) – EDF R&D
Autres acteurs dans le monde : European Commission – Joint Research Centre – ITU Karlsruhe
Contacts : [email protected] – [email protected]
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Microscopie acoustique dédiée aux matériaux irradiés et son adaptation
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3. Combustible en réacteur : rappels
3.1 Fission de l'uranium 235 et production d'électricité
Les quelques généralités données ici ne constituent qu'un rappel des notions de base de la physique des réacteurs. Compte tenu de la diversité des filières de réacteurs, les notions exposées ici ne seront relatives qu'aux réacteurs à eau pressurisée (REP) représentatifs du parc électronucléaire français [BN 3 100] [BN 3 000].
À l'issue de chaque fission [BN 3 011], les neutrons émis sont très énergétiques (neutrons rapides à environ 2 MeV). Il est donc nécessaire de les ralentir pour accroître leur probabilité de capture (neutrons thermalisés) par l'uranium 235. Dans les REP et de façon plus générale dans les réacteurs à eau légère (REL), l'eau sert de modérateur permettant le ralentissement des neutrons. L'énergie produite par la fission est communiquée à de l'eau qui joue donc aussi le rôle de caloporteur. Un échangeur (ou générateur de vapeur) transfère l'énergie du circuit de refroidissement primaire à un circuit secondaire, permettant de séparer totalement le cœur du réacteur du milieu environnant. L'eau du circuit secondaire...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - BRIGGS (G.A.D.), KOLOSOV (O.) - Acoustic Microscopy - Oxford. University Press (2010)
-
(2) - ROYER (D.), DIEULESAINT (E.) - Ondes élastiques dans les solides - Tome 1. Masson (1996).
-
(3) - VIKTOROV (I.A.) - Rayleigh and Lamb waves - Plenum, New-York (1967).
-
(4) - MAEV (R.Gr.) - Acoustic Microscopy - Wiley-VCH (2008).
-
(5) - BAILLY (H.) et al - Le combustible nucléaire des réacteurs à eau sous pression et des réacteurs à neutrons rapides - Série Synthèse. Éditions. Eyrolles (1996).
-
(6) - REYNOLDS (A.B.) - Bluebells and nuclear energy - Cogito Books (1996).
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