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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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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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5. Propriétés mécaniques des combustibles
5.1 Évolution des propriétés élastiques en fonction du taux de combustion
Pour étudier un effet global du taux de combustion, essentiellement trois types d'échantillons ont été utilisés : des SIMFUEL (Simulated Spent Fuel), des échantillons du programme international HBRP (High Burn-up Rim Project) et des échantillons d'un crayon combustible nommé « N118 ». Les SIMFUEL on été réalisés soit à l'ITU Karlsruhe, soit par l'AECL à Chalk River. Plus de détails concernant leur composition chimique peuvent être trouvés dans la référence . Pour ces SIMFUEL, le taux de combustion maximal simulé est de 80 MWj.kg−1.
En ce qui concerne le programme HBRP , il visait à étudier en détail le processus de restructuration du combustible à fort taux de combustion et à basse température (High Burn-up Structure ou HBS). Ce programme, essentiellement japonais, a débuté en 1993. Le but était de mieux comprendre les conditions et les mécanismes de transformation de la microstructure des combustibles à fort taux de combustion, puis de caractériser les propriétés de ces matériaux. Pour cela, 182 disques (UO2,...
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Propriétés mécaniques des combustibles
BIBLIOGRAPHIE
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(1) - BRIGGS (G.A.D.), KOLOSOV (O.) - Acoustic Microscopy - Oxford. University Press (2010)
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(2) - ROYER (D.), DIEULESAINT (E.) - Ondes élastiques dans les solides - Tome 1. Masson (1996).
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(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).
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(6) - REYNOLDS (A.B.) - Bluebells and nuclear energy - Cogito Books (1996).
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