Nick Connor

L’accident de fusion du cœur du réacteur est un événement ou une séquence d’événements qui entraînent la fusion d’une partie du combustible dans le cœur du réacteur. Bien que cet événement soit très improbable, il ne peut être exclu. Il y a de très nombreuses barrières à franchir. En particulier, une défaillance courante (généralement 3×100%) du système de refroidissement d’urgence du cœur (ECCS) doit se produire après une grave perte de liquide de refroidissement.

Ce type d’accident est connu sous le terme de fusion nucléaire (fusion du cœur), mais il n’est officiellement défini ni par l’Agence internationale de l’énergie atomique ni par la Commission de réglementation nucléaire. L’accident de fusion du cœur est un grave accident de réacteur nucléaire qui entraîne des dommages au cœur dus à une surchauffe. Il se produit lorsque la chaleur générée par un réacteur nucléaire dépasse la chaleur évacuée par les systèmes de refroidissement au point où au moins un élément combustible nucléaire dépasse son point de fusion. La chaleur provoquant la fusion d’un réacteur peut provenir de la réaction nucléaire en chaîne, mais le plus souvent, la chaleur de désintégration des produits de fission contenus dans les barres de combustible est la principale source de chaleur.

Si le cœur du réacteur reste sec pendant un temps considérable, la température des crayons combustibles s’élève et peut atteindre localement des niveaux provoquant une dégradation importante et irréversible du cœur. Les mécanismes de cette dégradation sont à la fois chimiques et mécaniques. Selon les niveaux de température locaux, la dégradation peut se traduire par une production d’hydrogène plus ou moins sévère, un dégagement de produits de fission (PF), la formation et la propagation de corium fondu vers la tête inférieure.

Référence spéciale: Nuclear Power Reactor Core Melt Accidents ISBN : 978-2-7598-1835-8, IRSN 2015.

Fusion du combustible nucléaire

La conductivité thermique du dioxyde d’uranium est très faible par rapport à l’uranium métallique, au nitrure d’uranium, au carbure d’uranium et au matériau de revêtement en zirconium. La conductivité thermique est l’un des paramètres qui déterminent la température centrale du carburant. Cette faible conductivité thermique peut entraîner une surchauffe localisée dans l’axe du carburant et cette surchauffe doit donc être évitée. La surchauffe du combustible est empêchée en maintenant le taux de chaleur linéaire de pointe (LHR) à l’état stable ou le facteur de canal chaud de flux thermique – F_Q(z) en dessous du niveau auquel se produit la fusion de l’axe central du carburant. L’expansion de la pastille de combustible lors de la fusion de l’axe central peut amener la pastille à contraindre la gaine jusqu’au point de rupture.

Bien que le point de fusion de l’UO2 soit supérieur à 2 800 °C, le combustible est généralement utilisé à des températures centrales de pointe beaucoup plus basses (moins de 1 400 °C). Cela fournit une marge suffisante à la fusion du combustible et à la perte d’intégrité du combustible. En général, la fusion du combustible doit également être exclue pour les accidents de condition III et de condition IV. Mais la catastrophe nucléaire de Fukushima Daiichi en 2011 soulève le problème de la sécurité des centrales nucléaires à un nouveau niveau dans le monde. Il est difficile de prévoir ces événements et tous les autres accidents hors dimensionnement et de s’y préparer en raison de leur extrême rareté. Dans ces circonstances peu fréquentes, la centrale peut ne pas être en mesure de fonctionner en toute sécurité. La réduction de la marge de sécurité d’une usine peut provoquer des pannes catastrophiques telles que des fusions

En cas de fusion du combustible nucléaire, il faut distinguer dans quel cas la température de fusion du combustible est atteinte. La fonte du carburant peut se produire:

• Surpuissance lente des barres de combustible. En cas d’augmentation de la surpuissance du combustible lente par rapport au taux de transfert de chaleur à travers le combustible, la fusion ne se produit qu’à une échelle locale.
• Perte de la source froide ultime. En cas de perte de primaire, la puissance du crayon diminue, la température du combustible n’est supérieure que de quelques dizaines de degrés Celsius à la température de la gaine.
• Accidents de la RIA. Dans ces accidents, le dépôt important et rapide d’énergie dans le combustible peut entraîner la fusion, la fragmentation et la dispersion du combustible.

Cuir

Le corium, également appelé matériau contenant du combustible (FCM), est un matériau semblable à de la lave créé dans le cœur d’un réacteur nucléaire lors d’un accident de fusion. Cela consiste en:

• mélange de combustible nucléaire et de gaine de zirconium oxydé,
• produits de fission,
• barres de commande,
• matériaux de structure des parties affectées du réacteur, produits de leur réaction chimique avec l’air, l’eau et la vapeur,
• et, en cas de rupture de la cuve du réacteur, du béton fondu provenant du sol de la salle du réacteur.

Si la température atteint le point de fusion de l’UO2, un combustible se dégrade généralement à partir du centre du cœur. En raison de la formation des liquides eutectiques, la température de fusion peut être inférieure de plusieurs centaines de degrés à celle du point de fusion de l’UO2 (3100 K). Le zirconium de la gaine combustible, avec d’autres métaux, réagit avec l’eau et produit du dioxyde de zirconium et de l’hydrogène. La production d’hydrogène est un danger majeur dans les accidents de réacteurs. Au fur et à mesure que la masse fondue eutectique augmente, le bain de corium peut se former et se dilater axialement et radialement dans le coeur jusqu’à ce qu’il atteigne soit le déflecteur, soit la plaque support du coeur. A ce moment, le corium coule dans la tête inférieure. La dégradation peut conduire à terme à des configurations simultanées très différentes dans le cœur, allant de crayons intacts ou peu dégradés à la formation d’un bain de corium ou d’un lit de débris.

Dans tous les cas, le corium évapore progressivement l’eau présente dans la tête inférieure. S’il n’y a pas d’apport d’eau supplémentaire et que la configuration des débris est telle qu’ils ne peuvent pas être refroidis efficacement, la température des matériaux s’élève progressivement jusqu’à atteindre le point de fusion des structures en acier (plaques, tubes, etc.) situées dans la tête inférieure. En cas de refroidissement adéquat du corium, celui-ci peut se solidifier et les dégâts se limitent au réacteur lui-même. Cependant, en l’absence d’un refroidissement adéquat, le corium peut fondre à travers la cuve du réacteur et s’écouler ou être éjecté sous forme de courant fondu par la pression à l’intérieur de la cuve du réacteur.

Cependant, le renoyage du cœur peut ne pas être bénéfique dans toutes les conditions. Les phénomènes suivants peuvent se produire lors du renoyage:

• génération massive de vapeur, avec production d’hydrogène et augmentation de la puissance du réacteur
• pression du système de refroidissement;
• explosion de vapeur par interaction corium-eau;
• poursuite de la fonte du cœur, malgré les apports d’eau;
• libération plus rapide des produits de fission.

En cas de rupture de cuve lors d’un accident de fusion du cœur, le corium issu de cette fusion du cœur et de la fusion des structures internes se déversera sur le radier du puits de cuve. L’ interaction noyau en fusion-béton (MCCI) est considérée comme l’un des phénomènes importants pouvant conduire à la rupture tardive du confinement par pénétration du radier lors d’un hypothétique accident grave de réacteurs à eau légère (LWR). Le processus est entraîné par la température initiale élevée du corium fondu et la chaleur de désintégration générée à l’intérieur du bain par la désintégration radioactive des produits de fission. Évidemment, la progression du MCCI prend une importance primordiale et joue un rôle clé pour menacer l’intégrité du confinement, dernière barrière des produits de fission.

Rétention dans le vaisseau

En ce qui concerne la sûreté des centrales nucléaires (CNP) en cas d’accident nucléaire grave, l’un des principaux défis associés est la rétention du combustible nucléaire en fusion et des composants internes du réacteur, appelé corium, dans la cuve sous pression du réacteur (RPV). L’une des manières de refroidir le corium dans la cuve est de refroidir la cuve depuis l’extérieur. La rétention dans la cuve peut être obtenue par inondation complète de la cavité du réacteur pour refroidir la paroi externe de la tête inférieure, évitant ainsi une défaillance structurelle par rupture par fluage. Cette stratégie est appelée In-Vessel Retention (RVI). Dans le cas de la stratégie In-Vessel Retention (IVR), on s’attend à ce que le bain de corium soit entouré d’une croûte d’oxyde, qui sera en contact avec l’acier fondu du haut du bain ainsi que des côtés du navire. L’application de cette approche aux grands réacteurs de puissance n’est pas anodine en raison du temps relativement court entre la détection de la fusion du cœur et la défaillance de la tête inférieure.

Oxydation à la vapeur à haute température des alliages de zirconium

A haute température , la réaction exothermique des alliages à base de Zr avec la vapeur est beaucoup plus intense et dangereuse pour la sûreté des centrales nucléaires lors d’accidents comme un accident de perte de caloporteur (LOCA). Le principal problème de l’oxydation à haute température est que la gaine de zirconium réagit rapidement avec la vapeur d’eau à haute température. La cinétique d’oxydation des alliages de zirconium concernés semble être parabolique dans la plage de température de 1000-1500 °C pour de nombreux alliages à base de Zr. Au-dessus de 1577 °C, la couche d’oxyde passe de tétragonale à cubique et le taux d’oxydation augmente même. De plus, l’oxydation du zirconium par l’eau s’accompagne d’ un dégagement d’hydrogène gazeux. Cette oxydation est accélérée à haute température, par exemple à l’intérieur d’un coeur de réacteur si les assemblages combustibles ne sont plus entièrement recouverts d’eau liquide et insuffisamment refroidis. Le zirconium métallique est ensuite oxydé par de l’eau/vapeur pour former de l’hydrogène gazeux selon la réaction redox suivante :

Zr + 2H₂O → ZrO₂ + 2H₂  (Q = 190 kJ/mol; Baker et Just)

Voir aussi: Oxydation à la vapeur à haute température des alliages de zirconium

Bâtiment de confinement

L’enceinte de confinement est principalement conçue pour empêcher ou atténuer le rejet incontrôlé de matières radioactives dans l’environnement en conditions opérationnelles et en conditions accidentelles. Il est donc considéré comme le quatrième et dernier obstacle de la stratégie de défense en profondeur.

Alors que le confinement joue un rôle crucial dans les accidents de conception ou dans les conditions d’extension de conception, il est « uniquement » conçu pour condenser la vapeur du fluide primaire et la contenir à l’intérieur du bâtiment.

En cas d’accidents de base de conception tels que l’accident de grande rupture de perte de liquide de refroidissement (LBLOCA), l’augmentation de pression est généralement importante et des systèmes de confinement actifs (systèmes de suppression de pression) doivent être disponibles afin de maintenir l’intégrité (pour maintenir la pression et la température sous certaines limites) de l’enceinte de confinement.

Voir aussi: Bâtiment de confinement

Voir aussi: Atténuation de l’hydrogène

La science des matériaux:

1. Département américain de l’énergie, science des matériaux. DOE Fundamentals Handbook, Volume 1 et 2. Janvier 1993.
2. Département américain de l’énergie, science des matériaux. DOE Fundamentals Handbook, Volume 2 et 2. Janvier 1993.
3. William D. Callister, David G. Rethwisch. Science et génie des matériaux : une introduction 9e édition, Wiley ; 9 édition (4 décembre 2013), ISBN-13 : 978-1118324578.
4. En ligneEberhart, Mark (2003). Pourquoi les choses se cassent : Comprendre le monde par la manière dont il se décompose. Harmonie. ISBN 978-1-4000-4760-4.
5. Gaskell, David R. (1995). Introduction à la thermodynamique des matériaux (4e éd.). Éditions Taylor et Francis. ISBN 978-1-56032-992-3.
6. González-Viñas, W. & Mancini, HL (2004). Une introduction à la science des matériaux. Presse universitaire de Princeton. ISBN 978-0-691-07097-1.
7. Ashby, Michael; Hugh Shercliff; David Cebon (2007). Matériaux: ingénierie, science, traitement et conception (1ère éd.). Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-7506-8391-3.
8. JR Lamarsh, AJ Baratta, Introduction au génie nucléaire, 3e éd., Prentice-Hall, 2001, ISBN : 0-201-82498-1.

Voir ci-dessus:
Problèmes matériels

La conductivité thermique du dioxyde d’uranium est très faible par rapport à l’uranium métallique, au nitrure d’uranium, au carbure d’uranium et au matériau de revêtement en zirconium. La conductivité thermique est l’un des paramètres qui déterminent la température centrale du carburant. Cette faible conductivité thermique peut entraîner une surchauffe localisée dans l’axe du carburant et cette surchauffe doit donc être évitée. La surchauffe du combustible est empêchée en maintenant le taux de chaleur linéaire de pointe (LHR) à l’état stable ou le facteur de canal chaud de flux thermique – F_Q(z) en dessous du niveau auquel se produit la fusion de l’axe central du carburant. L’expansion de la pastille de combustible lors de la fusion de l’axe central peut amener la pastille à contraindre la gaine jusqu’au point de rupture.

Bien que le point de fusion de l’UO2 soit supérieur à 2 800 °C, le combustible est généralement utilisé à des températures centrales de pointe beaucoup plus basses (moins de 1 400 °C). Cela fournit une marge suffisante à la fusion du combustible et à la perte d’intégrité du combustible. En général, la fusion du combustible doit également être exclue pour les accidents de condition III et de condition IV. Mais la catastrophe nucléaire de Fukushima Daiichi en 2011 soulève le problème de la sécurité des centrales nucléaires à un nouveau niveau dans le monde. Il est difficile de prévoir ces événements et tous les autres accidents hors dimensionnement et de s’y préparer en raison de leur extrême rareté. Dans ces circonstances peu fréquentes, la centrale peut ne pas être en mesure de fonctionner en toute sécurité. La réduction de la marge de sécurité d’une usine peut provoquer des pannes catastrophiques telles que des fusions

En cas de fusion du combustible nucléaire, il faut distinguer dans quel cas la température de fusion du combustible est atteinte. La fonte du carburant peut se produire:

• Surpuissance lente des barres de combustible. En cas d’augmentation de la surpuissance du combustible lente par rapport au taux de transfert de chaleur à travers le combustible, la fusion ne se produit qu’à une échelle locale.
• Perte de la source froide ultime. En cas de perte de primaire, la puissance du crayon diminue, la température du combustible n’est supérieure que de quelques dizaines de degrés Celsius à la température de la gaine.
• Accidents de la RIA. Dans ces accidents, le dépôt important et rapide d’énergie dans le combustible peut entraîner la fusion, la fragmentation et la dispersion du combustible.

Accident de fusion du cœur du réacteur

L’accident de fusion du cœur du réacteur est un événement ou une séquence d’événements qui entraînent la fusion d’une partie du combustible dans le cœur du réacteur. Bien que cet événement soit très improbable, il ne peut être exclu. Il y a de très nombreuses barrières à franchir. En particulier, une défaillance courante (généralement 3×100%) du système de refroidissement d’urgence du cœur (ECCS) doit se produire après une grave perte de liquide de refroidissement.

Ce type d’accident est connu sous le terme de fusion nucléaire (fusion du cœur), mais il n’est officiellement défini ni par l’Agence internationale de l’énergie atomique ni par la Commission de réglementation nucléaire. L’accident de fusion du cœur est un grave accident de réacteur nucléaire qui entraîne des dommages au cœur dus à une surchauffe. Il se produit lorsque la chaleur générée par un réacteur nucléaire dépasse la chaleur évacuée par les systèmes de refroidissement au point où au moins un élément combustible nucléaire dépasse son point de fusion. La chaleur provoquant la fusion d’un réacteur peut provenir de la réaction nucléaire en chaîne, mais le plus souvent, la chaleur de désintégration des produits de fission contenus dans les barres de combustible est la principale source de chaleur.

Si le cœur du réacteur reste sec pendant un temps considérable, la température des crayons combustibles s’élève et peut atteindre localement des niveaux provoquant une dégradation importante et irréversible du cœur. Les mécanismes de cette dégradation sont à la fois chimiques et mécaniques. Selon les niveaux de température locaux, la dégradation peut se traduire par une production d’hydrogène plus ou moins sévère, un dégagement de produits de fission (PF), la formation et la propagation de corium fondu vers la tête inférieure.

Référence spéciale: Nuclear Power Reactor Core Melt Accidents ISBN : 978-2-7598-1835-8, IRSN 2015.

Cuir

Le corium, également appelé matériau contenant du combustible (FCM), est un matériau semblable à de la lave créé dans le cœur d’un réacteur nucléaire lors d’un accident de fusion. Cela consiste en:

• mélange de combustible nucléaire et de gaine de zirconium oxydé,
• produits de fission,
• barres de commande,
• matériaux de structure des parties affectées du réacteur, produits de leur réaction chimique avec l’air, l’eau et la vapeur,
• et, en cas de rupture de la cuve du réacteur, du béton fondu provenant du sol de la salle du réacteur.

Si la température atteint le point de fusion de l’UO2, un combustible se dégrade généralement à partir du centre du cœur. En raison de la formation des liquides eutectiques, la température de fusion peut être inférieure de plusieurs centaines de degrés à celle du point de fusion de l’UO2 (3100 K). Le zirconium de la gaine combustible, avec d’autres métaux, réagit avec l’eau et produit du dioxyde de zirconium et de l’hydrogène. La production d’hydrogène est un danger majeur dans les accidents de réacteurs. Au fur et à mesure que la masse fondue eutectique augmente, le bain de corium peut se former et se dilater axialement et radialement dans le coeur jusqu’à ce qu’il atteigne soit le déflecteur, soit la plaque support du coeur. A ce moment, le corium coule dans la tête inférieure. La dégradation peut conduire à terme à des configurations simultanées très différentes dans le cœur, allant de crayons intacts ou peu dégradés à la formation d’un bain de corium ou d’un lit de débris.

Dans tous les cas, le corium évapore progressivement l’eau présente dans la tête inférieure. S’il n’y a pas d’apport d’eau supplémentaire et que la configuration des débris est telle qu’ils ne peuvent pas être refroidis efficacement, la température des matériaux s’élève progressivement jusqu’à atteindre le point de fusion des structures en acier (plaques, tubes, etc.) situées dans la tête inférieure. En cas de refroidissement adéquat du corium, celui-ci peut se solidifier et les dégâts se limitent au réacteur lui-même. Cependant, en l’absence d’un refroidissement adéquat, le corium peut fondre à travers la cuve du réacteur et s’écouler ou être éjecté sous forme de courant fondu par la pression à l’intérieur de la cuve du réacteur.

Cependant, le renoyage du cœur peut ne pas être bénéfique dans toutes les conditions. Les phénomènes suivants peuvent se produire lors du renoyage:

• génération massive de vapeur, avec production d’hydrogène et augmentation de la puissance du réacteur
• pression du système de refroidissement;
• explosion de vapeur par interaction corium-eau;
• poursuite de la fonte du cœur, malgré les apports d’eau;
• libération plus rapide des produits de fission.

En cas de rupture de cuve lors d’un accident de fusion du cœur, le corium issu de cette fusion du cœur et de la fusion des structures internes se déversera sur le radier du puits de cuve. L’ interaction noyau en fusion-béton (MCCI) est considérée comme l’un des phénomènes importants pouvant conduire à la rupture tardive du confinement par pénétration du radier lors d’un hypothétique accident grave de réacteurs à eau légère (LWR). Le processus est entraîné par la température initiale élevée du corium fondu et la chaleur de désintégration générée à l’intérieur du bain par la désintégration radioactive des produits de fission. Évidemment, la progression du MCCI prend une importance primordiale et joue un rôle clé pour menacer l’intégrité du confinement, dernière barrière des produits de fission.

La science des matériaux:

1. Département américain de l’énergie, science des matériaux. DOE Fundamentals Handbook, Volume 1 et 2. Janvier 1993.
2. Département américain de l’énergie, science des matériaux. DOE Fundamentals Handbook, Volume 2 et 2. Janvier 1993.
3. William D. Callister, David G. Rethwisch. Science et génie des matériaux : une introduction 9e édition, Wiley ; 9 édition (4 décembre 2013), ISBN-13 : 978-1118324578.
4. En ligneEberhart, Mark (2003). Pourquoi les choses se cassent : Comprendre le monde par la manière dont il se décompose. Harmonie. ISBN 978-1-4000-4760-4.
5. Gaskell, David R. (1995). Introduction à la thermodynamique des matériaux (4e éd.). Éditions Taylor et Francis. ISBN 978-1-56032-992-3.
6. González-Viñas, W. & Mancini, HL (2004). Une introduction à la science des matériaux. Presse universitaire de Princeton. ISBN 978-0-691-07097-1.
7. Ashby, Michael; Hugh Shercliff; David Cebon (2007). Matériaux: ingénierie, science, traitement et conception (1ère éd.). Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-7506-8391-3.
8. JR Lamarsh, AJ Baratta, Introduction au génie nucléaire, 3e éd., Prentice-Hall, 2001, ISBN : 0-201-82498-1.

Voir ci-dessus:
Problèmes matériels

Le corium, également appelé matériau contenant du combustible (FCM), est un matériau semblable à de la lave créé dans le cœur d’un réacteur nucléaire lors d’un accident de fusion. Cela consiste en:

• mélange de combustible nucléaire et de gaine de zirconium oxydé,
• produits de fission,
• barres de commande,
• matériaux de structure des parties affectées du réacteur, produits de leur réaction chimique avec l’air, l’eau et la vapeur,
• et, en cas de rupture de la cuve du réacteur, du béton fondu provenant du sol de la salle du réacteur.

Si la température atteint le point de fusion de l’UO2, un combustible se dégrade généralement à partir du centre du cœur. En raison de la formation des liquides eutectiques, la température de fusion peut être inférieure de plusieurs centaines de degrés à celle du point de fusion de l’UO2 (3100 K). Le zirconium de la gaine combustible, avec d’autres métaux, réagit avec l’eau et produit du dioxyde de zirconium et de l’hydrogène. La production d’hydrogène est un danger majeur dans les accidents de réacteurs. Au fur et à mesure que la masse fondue eutectique augmente, le bain de corium peut se former et se dilater axialement et radialement dans le coeur jusqu’à ce qu’il atteigne soit le déflecteur, soit la plaque support du coeur. A ce moment, le corium coule dans la tête inférieure. La dégradation peut conduire à terme à des configurations simultanées très différentes dans le cœur, allant de crayons intacts ou peu dégradés à la formation d’un bain de corium ou d’un lit de débris.

Dans tous les cas, le corium évapore progressivement l’eau présente dans la tête inférieure. S’il n’y a pas d’apport d’eau supplémentaire et que la configuration des débris est telle qu’ils ne peuvent pas être refroidis efficacement, la température des matériaux s’élève progressivement jusqu’à atteindre le point de fusion des structures en acier (plaques, tubes, etc.) situées dans la tête inférieure. En cas de refroidissement adéquat du corium, celui-ci peut se solidifier et les dégâts se limitent au réacteur lui-même. Cependant, en l’absence d’un refroidissement adéquat, le corium peut fondre à travers la cuve du réacteur et s’écouler ou être éjecté sous forme de courant fondu par la pression à l’intérieur de la cuve du réacteur.

Cependant, le renoyage du cœur peut ne pas être bénéfique dans toutes les conditions. Les phénomènes suivants peuvent se produire lors du renoyage:

• génération massive de vapeur, avec production d’hydrogène et augmentation de la puissance du réacteur
• pression du système de refroidissement;
• explosion de vapeur par interaction corium-eau;
• poursuite de la fonte du cœur, malgré les apports d’eau;
• libération plus rapide des produits de fission.

En cas de rupture de cuve lors d’un accident de fusion du cœur, le corium issu de cette fusion du cœur et de la fusion des structures internes se déversera sur le radier du puits de cuve. L’ interaction noyau en fusion-béton (MCCI) est considérée comme l’un des phénomènes importants pouvant conduire à la rupture tardive du confinement par pénétration du radier lors d’un hypothétique accident grave de réacteurs à eau légère (LWR). Le processus est entraîné par la température initiale élevée du corium fondu et la chaleur de désintégration générée à l’intérieur du bain par la désintégration radioactive des produits de fission. Évidemment, la progression du MCCI prend une importance primordiale et joue un rôle clé pour menacer l’intégrité du confinement, dernière barrière des produits de fission.

Rétention dans le vaisseau

En ce qui concerne la sûreté des centrales nucléaires (CNP) en cas d’accident nucléaire grave, l’un des principaux défis associés est la rétention du combustible nucléaire en fusion et des composants internes du réacteur, appelé corium, dans la cuve sous pression du réacteur (RPV). L’une des manières de refroidir le corium dans la cuve est de refroidir la cuve depuis l’extérieur. La rétention dans la cuve peut être obtenue par inondation complète de la cavité du réacteur pour refroidir la paroi externe de la tête inférieure, évitant ainsi une défaillance structurelle par rupture par fluage. Cette stratégie est appelée In-Vessel Retention (RVI). Dans le cas de la stratégie In-Vessel Retention (IVR), on s’attend à ce que le bain de corium soit entouré d’une croûte d’oxyde, qui sera en contact avec l’acier fondu du haut du bain ainsi que des côtés du navire. L’application de cette approche aux grands réacteurs de puissance n’est pas anodine en raison du temps relativement court entre la détection de la fusion du cœur et la défaillance de la tête inférieure.

La science des matériaux:

1. Département américain de l’énergie, science des matériaux. DOE Fundamentals Handbook, Volume 1 et 2. Janvier 1993.
2. Département américain de l’énergie, science des matériaux. DOE Fundamentals Handbook, Volume 2 et 2. Janvier 1993.
3. William D. Callister, David G. Rethwisch. Science et génie des matériaux : une introduction 9e édition, Wiley ; 9 édition (4 décembre 2013), ISBN-13 : 978-1118324578.
4. En ligneEberhart, Mark (2003). Pourquoi les choses se cassent : Comprendre le monde par la manière dont il se décompose. Harmonie. ISBN 978-1-4000-4760-4.
5. Gaskell, David R. (1995). Introduction à la thermodynamique des matériaux (4e éd.). Éditions Taylor et Francis. ISBN 978-1-56032-992-3.
6. González-Viñas, W. & Mancini, HL (2004). Une introduction à la science des matériaux. Presse universitaire de Princeton. ISBN 978-0-691-07097-1.
7. Ashby, Michael; Hugh Shercliff; David Cebon (2007). Matériaux: ingénierie, science, traitement et conception (1ère éd.). Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-7506-8391-3.
8. JR Lamarsh, AJ Baratta, Introduction au génie nucléaire, 3e éd., Prentice-Hall, 2001, ISBN : 0-201-82498-1.

Voir ci-dessus:
Problèmes matériels

L’accident de fusion du cœur du réacteur est un événement ou une séquence d’événements qui entraînent la fusion d’une partie du combustible dans le cœur du réacteur. Bien que cet événement soit très improbable, il ne peut être exclu. Il y a de très nombreuses barrières à franchir. En particulier, une défaillance courante (généralement 3×100%) du système de refroidissement d’urgence du cœur (ECCS) doit se produire après une grave perte de liquide de refroidissement.

Ce type d’accident est connu sous le terme de fusion nucléaire (fusion du cœur), mais il n’est officiellement défini ni par l’Agence internationale de l’énergie atomique ni par la Commission de réglementation nucléaire. L’accident de fusion du cœur est un grave accident de réacteur nucléaire qui entraîne des dommages au cœur dus à une surchauffe. Il se produit lorsque la chaleur générée par un réacteur nucléaire dépasse la chaleur évacuée par les systèmes de refroidissement au point où au moins un élément combustible nucléaire dépasse son point de fusion. La chaleur provoquant la fusion d’un réacteur peut provenir de la réaction nucléaire en chaîne, mais le plus souvent , la chaleur de désintégration des produits de fission contenus dans les barres de combustible est la principale source de chaleur.

Si le cœur du réacteur reste sec pendant un temps considérable, la température des crayons combustibles s’élève et peut atteindre localement des niveaux provoquant une dégradation importante et irréversible du cœur. Les mécanismes de cette dégradation sont à la fois chimiques et mécaniques. Selon les niveaux de température locaux, la dégradation peut se traduire par une production d’hydrogène plus ou moins sévère, un dégagement de produits de fission (PF), la formation et la propagation de corium fondu vers la tête inférieure.

Référence spéciale : Nuclear Power Reactor Core Melt Accidents ISBN : 978-2-7598-1835-8, IRSN 2015.

Fusion du combustible nucléaire

La conductivité thermique du dioxyde d’uranium est très faible par rapport à l’uranium métallique, au nitrure d’uranium, au carbure d’uranium et au matériau de revêtement en zirconium. La conductivité thermique est l’un des paramètres qui déterminent la température centrale du carburant. Cette faible conductivité thermique peut entraîner une surchauffe localisée dans l’axe du carburant et cette surchauffe doit donc être évitée. La surchauffe du combustible est empêchée en maintenant le taux de chaleur linéaire de pointe (LHR) à l’état stable ou le facteur de canal chaud de flux thermique – F_Q(z) en dessous du niveau auquel se produit la fusion de l’axe central du carburant. L’expansion de la pastille de combustible lors de la fusion de l’axe central peut amener la pastille à contraindre la gaine jusqu’au point de rupture.

Bien que le point de fusion de l’UO2 soit supérieur à 2 800 °C, le combustible est généralement utilisé à des températures centrales de pointe beaucoup plus basses (moins de 1 400 °C). Cela fournit une marge suffisante à la fusion du combustible et à la perte d’intégrité du combustible. En général, la fusion du combustible doit également être exclue pour les accidents de condition III et de condition IV. Mais la catastrophe nucléaire de Fukushima Daiichi en 2011 soulève le problème de la sécurité des centrales nucléaires à un nouveau niveau dans le monde. Il est difficile de prévoir ces événements et tous les autres accidents hors dimensionnement et de s’y préparer en raison de leur extrême rareté. Dans ces circonstances peu fréquentes, la centrale peut ne pas être en mesure de fonctionner en toute sécurité. La réduction de la marge de sécurité d’une usine peut provoquer des pannes catastrophiques telles que des fusions

En cas de fusion du combustible nucléaire, il faut distinguer dans quel cas la température de fusion du combustible est atteinte. La fonte du carburant peut se produire:

• Surpuissance lente des barres de combustible. En cas d’augmentation de la surpuissance du combustible lente par rapport au taux de transfert de chaleur à travers le combustible, la fusion ne se produit qu’à une échelle locale.
• Perte de la source froide ultime. En cas de perte de primaire, la puissance du crayon diminue, la température du combustible n’est supérieure que de quelques dizaines de degrés Celsius à la température de la gaine.
• Accidents de la RIA. Dans ces accidents, le dépôt important et rapide d’énergie dans le combustible peut entraîner la fusion, la fragmentation et la dispersion du combustible.

La science des matériaux:

1. Département américain de l’énergie, science des matériaux. DOE Fundamentals Handbook, Volume 1 et 2. Janvier 1993.
2. Département américain de l’énergie, science des matériaux. DOE Fundamentals Handbook, Volume 2 et 2. Janvier 1993.
3. William D. Callister, David G. Rethwisch. Science et génie des matériaux : une introduction 9e édition, Wiley ; 9 édition (4 décembre 2013), ISBN-13 : 978-1118324578.
4. En ligneEberhart, Mark (2003). Pourquoi les choses se cassent : Comprendre le monde par la manière dont il se décompose. Harmonie. ISBN 978-1-4000-4760-4.
5. Gaskell, David R. (1995). Introduction à la thermodynamique des matériaux (4e éd.). Éditions Taylor et Francis. ISBN 978-1-56032-992-3.
6. González-Viñas, W. & Mancini, HL (2004). Une introduction à la science des matériaux. Presse universitaire de Princeton. ISBN 978-0-691-07097-1.
7. Ashby, Michael; Hugh Shercliff; David Cebon (2007). Matériaux: ingénierie, science, traitement et conception (1ère éd.). Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-7506-8391-3.
8. JR Lamarsh, AJ Baratta, Introduction au génie nucléaire, 3e éd., Prentice-Hall, 2001, ISBN : 0-201-82498-1.

Voir ci-dessus:
Problèmes matériels

La plupart des centrales nucléaires exploitent un turboalternateur à arbre unique qui se compose d’une turbine HP à plusieurs étages et de trois turbines BP à plusieurs étages parallèles, d’un générateur principal et d’une excitatrice. HP Turbine est généralement une turbine à réaction à double flux avec environ 10 étages avec des pales blindées et produit environ 30 à 40% de la puissance brute de la centrale électrique. Les turbines BP sont généralement des turbines à réaction à double flux avec environ 5-8 étapes (avec des lames enveloppées et avec des lames autoportantes des 3 dernières étapes). Les turbines BP produisent environ 60 à 70 % de la puissance brute de l’unité de la centrale électrique. Chaque rotor de turbine est monté sur deux paliers, c’est-à-dire qu’il y a des paliers doubles entre chaque module de turbine. La gamme d’alliages utilisés dans les turbines à vapeur est relativement petite, en partie à cause de la nécessité d’assurer une bonne adéquation des propriétés thermiques, telles que la dilatation et la conductivité, et en partie à cause de la nécessité d’une résistance à haute température à un coût acceptable.

• Matériau pour rotors de turbine. Les rotors des turbines à vapeur sont généralement en acier faiblement allié. Le rôle des éléments d’alliage est d’ augmenter la trempabilité afin d’optimiser les propriétés mécaniques et la ténacité après traitement thermique. Les rotors ou sont tenus de gérer les conditions de vapeur les plus élevées, c’est pourquoi l’alliage le plus couramment utilisé est l’acier CrMoV.
• Matériel pour le boîtier. Les carters des turbines à vapeur sont généralement de grandes structures aux formes complexes qui doivent assurer le confinement de la pression pour la turbine à vapeur. Du fait de la taille de ces composants, leur coût impacte fortement le coût global de la turbine. Les matériaux actuellement utilisés pour les enveloppes intérieure et extérieure sont généralement des aciers CrMo faiblement alliés (par exemple l’acier 1-2CrMo). Pour des températures plus élevées, les alliages coulés 9CrMoVNb sont considérés comme adéquats en termes de résistance.
• Matériau des aubes de turbine. Pour les turbines à gaz, les aubes de turbine sont souvent le composant limitant. La température la plus élevée du cycle se produit à la fin du processus de combustion et elle est limitée par la température maximale que les aubes de turbine peuvent supporter. Comme d’habitude, des considérations métallurgiques (environ 1700 K) imposent une limite supérieure au rendement thermique. Par conséquent, les aubes de turbine utilisent souvent des matériaux exotiques comme les superalliages et de nombreuses méthodes de refroidissement différentes, telles que les canaux d’air internes, le refroidissement de la couche limite et les revêtements de barrière thermique. Le développement des superalliages dans les années 1940 et de nouvelles méthodes de traitement telles que la fusion par induction sous vide dans les années 1950 ont considérablement augmenté la capacité de température des aubes de turbine. Les aubes de turbine modernes utilisent souvent des superalliages à base de nickel qui incorporent du chrome, du cobalt et du rhénium.
• Les aubes de turbine à vapeur ne sont pas exposées à des températures aussi élevées, mais elles doivent supporter un fonctionnement avec un fluide diphasique. Une teneur élevée en gouttelettes d’eau peut provoquer un impact et une érosion rapides des pales qui se produisent lorsque de l’eau condensée est projetée sur les pales. Pour éviter cela, par exemple, des drains de condensat sont installés dans la tuyauterie de vapeur menant à la turbine. Un autre défi pour les ingénieurs est la conception des aubes du dernier étage de la turbine BP. Ces pales doivent être (en raison du thermodynamics/thermodynamic-properties/what-is-specific-volume/ »>volume spécifique élevé de vapeur) très longues, ce qui induit d’ énormes forces centrifuges pendant le fonctionnement. Par conséquent, les aubes de turbine sont soumises à des contraintes dues à la force centrifuge (les étages de turbine peuvent tourner à des dizaines de milliers de tours par minute (RPM), mais généralement à 1 800 tr/min) et à des forces fluides qui peuvent provoquer des ruptures, des déformations ou des défaillances par fluage.

Problèmes matériels des turbines

Ramper

Le fluage, également connu sous  le nom d’écoulement à froid, est la déformation permanente qui augmente avec le temps sous une charge ou une contrainte constante. Il résulte d’une exposition prolongée à des contraintes mécaniques externes importantes avec une limite d’élasticité et est plus sévère dans les matériaux soumis à la chaleur pendant une longue période. Le taux de déformation est fonction des propriétés du matériau, du temps d’exposition, de la thermodynamics/thermodynamic-properties/what-is-temperature-physics/ »>température d’exposition  et de la charge structurelle appliquée. Le fluage  est un phénomène très important si nous utilisons des matériaux  à haute température. Le fluage est très important dans l’industrie de l’énergie et il est de la plus haute importance dans la conception des moteurs à réaction. Pour de nombreuses situations de fluage à durée de vie relativement courte (par exemple, aubes de turbine dans les avions militaires), le temps de rupture est la considération de conception dominante. Bien entendu, pour sa détermination, des essais de fluage doivent être menés jusqu’au point de rupture; on parle alors d’essais de rupture par fluage.

Érosion Corrosion

La corrosion par érosion est le dommage cumulatif induit par les réactions de corrosion électrochimique et les effets mécaniques du mouvement relatif entre l’électrolyte et la surface de corrosion. L’érosion peut également se produire en combinaison avec d’autres formes de dégradation, telles que la corrosion. On parle alors d’érosion-corrosion. La corrosion par érosion est un processus de dégradation des matériaux dû à l’effet combiné de la corrosion et de l’usure. Presque tous les fluides corrosifs fluides ou turbulents peuvent provoquer une corrosion par érosion. Le mécanisme peut être décrit comme suit:

• érosion mécanique du matériau, ou couche d’oxyde protectrice (ou passive) à sa surface,
• corrosion accrue du matériau, si la vitesse de corrosion du matériau dépend de l’épaisseur de la couche d’oxyde.

La corrosion par érosion se trouve dans les systèmes tels que la tuyauterie, les vannes, les pompes, les buses, les échangeurs de chaleur et les turbines. L’usure est un processus de dégradation mécanique des matériaux qui se produit sur les surfaces de frottement ou d’impact, tandis que la corrosion implique des réactions chimiques ou électrochimiques du matériau. La corrosion peut accélérer l’usure et l’usure peut accélérer la corrosion.

Oxydation à la vapeur

Le comportement d’oxydation de la vapeur est directement lié à la mise en œuvre d’une production d’énergie à vapeur ultra-supercritique pour des rendements améliorés et des émissions de CO₂ réduites. Une température plus élevée signifie une efficacité plus élevée; cependant, des taux de corrosion plus élevés se produisent dans une atmosphère de vapeur lorsque des aciers ferritiques, ferrito‐martensitiques ou moyennement Cr–Ni sont utilisés.

Les matériaux qui ont été développés il y a plus de 50 à 60 ans ne sont plus actuellement adaptés aux régimes ultra-supercritiques en raison d’une faible résistance à la corrosion et de propriétés de fluage et de résistance à haute température inadéquates. Ces technologies nécessitent des aciers austénitiques avancés et des alliages à base de nickel (Ni) avec une résistance supérieure à l’oxydation à la vapeur.

Fatigue

En science des matériaux, la fatigue est l’affaiblissement d’un matériau causé par un chargement cyclique qui entraîne des dommages structurels progressifs, cassants et localisés. Une fois qu’une fissure s’est amorcée, chaque cycle de chargement fera croître la fissure d’une petite quantité, même lorsque des contraintes alternées ou cycliques répétées sont d’une intensité considérablement inférieure à la résistance normale. Les contraintes peuvent être dues à des vibrations ou à des cycles thermiques. Les dommages de fatigue sont causés par:

• action simultanée de contraintes cycliques,
• contrainte de traction (qu’elle soit appliquée directement ou résiduelle),
• souche plastique.

Si l’un de ces trois éléments n’est pas présent, une fissure de fatigue ne s’amorcera pas et ne se propagera pas. La majorité des défaillances techniques sont causées par la fatigue.

Bien que la fracture soit de type fragile, sa propagation peut prendre un certain temps, en fonction à la fois de l’intensité et de la fréquence des cycles de stress. Néanmoins, il y a très peu, voire aucun, avertissement avant la panne si la fissure n’est pas remarquée. Le nombre de cycles nécessaires pour provoquer une rupture par fatigue à une contrainte maximale particulière est généralement assez important, mais il diminue à mesure que la contrainte augmente. Pour certains aciers doux, les contraintes cycliques peuvent être poursuivies indéfiniment à condition que la contrainte maximale (parfois appelée résistance à la fatigue) soit inférieure à la valeur limite d’endurance. Le type de fatigue le plus préoccupant dans les centrales nucléaires est la fatigue thermique. La fatigue thermique peut provenir de contraintes thermiques produites par des changements cycliques de température. Les gros composants tels que le pressuriseur, la cuve du réacteur et la tuyauterie du système du réacteur sont soumis à des contraintes cycliques causées par les variations de température pendant le démarrage du réacteur, les changements de niveau de puissance et l’arrêt.

La science des matériaux:

1. Département américain de l’énergie, science des matériaux. DOE Fundamentals Handbook, Volume 1 et 2. Janvier 1993.
2. Département américain de l’énergie, science des matériaux. DOE Fundamentals Handbook, Volume 2 et 2. Janvier 1993.
3. William D. Callister, David G. Rethwisch. Science et génie des matériaux : une introduction 9e édition, Wiley ; 9 édition (4 décembre 2013), ISBN-13 : 978-1118324578.
4. En ligneEberhart, Mark (2003). Pourquoi les choses se cassent : Comprendre le monde par la manière dont il se décompose. Harmonie. ISBN 978-1-4000-4760-4.
5. Gaskell, David R. (1995). Introduction à la thermodynamique des matériaux (4e éd.). Éditions Taylor et Francis. ISBN 978-1-56032-992-3.
6. González-Viñas, W. & Mancini, HL (2004). Une introduction à la science des matériaux. Presse universitaire de Princeton. ISBN 978-0-691-07097-1.
7. Ashby, Michael; Hugh Shercliff; David Cebon (2007). Matériaux: ingénierie, science, traitement et conception (1ère éd.). Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-7506-8391-3.
8. JR Lamarsh, AJ Baratta, Introduction au génie nucléaire, 3e éd., Prentice-Hall, 2001, ISBN : 0-201-82498-1.

Voir ci-dessus :
Problèmes matériels

En ce qui concerne la sûreté des centrales nucléaires (CNP) en cas d’accident nucléaire grave, l’un des principaux défis associés est la rétention du combustible nucléaire en fusion et des composants internes du réacteur, appelé corium, dans la cuve sous pression du réacteur (RPV) . L’une des manières de refroidir le corium dans la cuve est de refroidir la cuve depuis l’extérieur. La rétention dans la cuve peut être obtenue par inondation complète de la cavité du réacteur pour refroidir la paroi externe de la tête inférieure, évitant ainsi une défaillance structurelle par rupture par fluage. Cette stratégie est appelée In-Vessel Retention (RVI). Dans le cas de la stratégie In-Vessel Retention (IVR), on s’attend à ce que le bain de corium soit entouré d’une croûte d’oxyde, qui sera en contact avec l’acier fondu du haut du bain ainsi que des côtés du navire. L’application de cette approche aux grands réacteurs de puissance n’est pas anodine en raison du temps relativement court entre la détection de la fusion du cœur et la défaillance de la tête inférieure.

La science des matériaux:

1. Département américain de l’énergie, science des matériaux. DOE Fundamentals Handbook, Volume 1 et 2. Janvier 1993.
2. Département américain de l’énergie, science des matériaux. DOE Fundamentals Handbook, Volume 2 et 2. Janvier 1993.
3. William D. Callister, David G. Rethwisch. Science et génie des matériaux : une introduction 9e édition, Wiley ; 9 édition (4 décembre 2013), ISBN-13 : 978-1118324578.
4. En ligneEberhart, Mark (2003). Pourquoi les choses se cassent : Comprendre le monde par la manière dont il se décompose. Harmonie. ISBN 978-1-4000-4760-4.
5. Gaskell, David R. (1995). Introduction à la thermodynamique des matériaux (4e éd.). Éditions Taylor et Francis. ISBN 978-1-56032-992-3.
6. González-Viñas, W. & Mancini, HL (2004). Une introduction à la science des matériaux. Presse universitaire de Princeton. ISBN 978-0-691-07097-1.
7. Ashby, Michael; Hugh Shercliff; David Cebon (2007). Matériaux: ingénierie, science, traitement et conception (1ère éd.). Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-7506-8391-3.
8. JR Lamarsh, AJ Baratta, Introduction au génie nucléaire, 3e éd., Prentice-Hall, 2001, ISBN : 0-201-82498-1.

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Problèmes matériels

Il existe diverses causes profondes de panne de carburant, qui ont été identifiées dans le passé. Aux premières dates d’exploitation des REP et des REB, ces causes étaient principalement des défauts de fabrication ou des frottements. La liste suivante n’est pas complète, il existe également des mécanismes de défaillance typiques de certaines conceptions de réacteurs et de combustibles. Il convient également de noter que de nombreuses causes de panne de carburant n’ont jamais été identifiées et restent inconnues.

• Fréquentant.  Le fretting était l’un des principaux mécanismes de défaillance aux premières dates d’exploitation des REP et des REB. Il a généralement deux variantes.
  • Débris frottant. Le frottement des débris peut être causé par tout débris (matière étrangère – généralement métallique) qui peut pénétrer dans la grappe de combustible et qui a le potentiel de se loger entre la grille d’espacement et une barre de combustible. L’usure par frottement de la gaine de combustible peut entraîner la pénétration de la gaine.
  • Frettage grille-tige. Le fretting grille-barre provient de la vibration de l’élément combustible générée par la
    vitesse élevée du liquide de refroidissement à travers la grille d’espacement. Des grilles d’espacement sont soudées sur les tubes guides et assurent, au moyen de ressorts et d’alvéoles, le support et l’écartement des crayons combustibles. Une vitesse élevée du liquide de refroidissement peut provoquer le frottement de la tige contre la partie de la grille d’espacement
    qui la maintient. Ce type d’usure du revêtement peut être minimisé par une conception appropriée de la grille d’espacement. Le jet de chicane est généralement regroupé sous le frottement grille-tige.
• Interaction pastille-gaine (PCI). Les pannes dues au PCI sont typiques des changements de puissance, du mouvement de la tige et du démarrage de l’usine. Ils surviennent généralement quelques heures ou quelques jours après une rampe de puissance ou un mouvement des barres de commande. Cela se traduit notamment par des restrictions de vitesse de rampe de démarrage.
• Déssecher. Dans les REB, lorsque le flux de chaleur dépasse une valeur critique (CHF – flux de chaleur critique), le schéma d’écoulement peut atteindre les conditions d’assèchement (une fine pellicule de liquide disparaît). Le transfert de chaleur de la surface du carburant vers le liquide de refroidissement est détérioré, avec pour résultat une augmentation drastique de la température de surface du carburant. Ce phénomène peut provoquer une défaillance du crayon combustible affecté.
• Défauts de fabrication
  • Défauts de soudure du bouchon d’extrémité.
  • Effondrement par fluage du revêtement. L’effondrement de la gaine peut être provoqué par la densification des pastilles de combustible formant des espaces axiaux dans la colonne de pastilles, entraînant un effondrement dû à la pression extérieure. Étant donné que le fluage dépend du temps, un effondrement complet se produit généralement à une combustion plus élevée. Ce type de défaillance peut être éliminé grâce à l’utilisation de granulés à densification modérée et pré-pressurisation des crayons.
  • Surface de granulés manquante
• Hydratation interne. L’inclusion par inadvertance de matériaux contenant de l’hydrogène à l’intérieur d’une barre de combustible peut entraîner une hydruration et donc une fragilisation de la gaine de combustible. Les sources d’hydrogène étaient principalement l’humidité résiduelle ou la contamination organique dans les pastilles/barres de combustible. Cette cause de défaillance a été pratiquement éliminée grâce à une fabrication améliorée.
• Crud induit la corrosion. Les défaillances de corrosion induites par l’encrassement sont soit dues à un flux de chaleur anormalement élevé dépassant les limites de flux thermique ou de corrosion par combustion, soit à des problèmes de chimie de l’eau entraînant des dépôts d’encrassement excessifs. Dans les REB, la corrosion induite par le crud était l’une des principales causes de défaillance du combustible dans les années 1980.
• Fissuration retardée par les hydrures (DHC). La fissuration retardée par les hydrures est l’initiation et la propagation des fissures en fonction du temps à travers la fracture des hydrures qui peuvent se former en avant de la pointe de la fissure. Ce type de défaillance peut être initié par de longues fissures à la surface extérieure du revêtement, qui peuvent se propager dans une direction axiale/radiale. Ce mécanisme de défaillance peut potentiellement limiter le
  fonctionnement à taux de combustion élevé.
• Dommages liés à la manutention du carburant

Voir aussi : AIEA, Examen des pannes de combustible dans les réacteurs refroidis à l’eau. N° NF-T-2.1. ISBN 978–92–0–102610–1, Vienne, 2010.

Perte d’étanchéité de la gaine de combustible

La gaine empêche les produits de fission radioactifs de s’échapper de la matrice combustible dans le caloporteur du réacteur et de le contaminer. L’apparition d’une fuite dans cette gaine entraîne:

• le transport d’éléments chimiques spécifiques (produits de fission) stables et radioactifs  (iode, xénon, krypton …) dans le circuit primaire du réacteur
• dépôts d’isotopes à vie longue (césium, strontium, technétium …), voire, exceptionnellement, d’émetteurs alpha sur les tuyauteries du circuit primaire, ou des circuits annexes
• une augmentation du niveau global d’irradiation de ce circuit, par rapport au niveau déjà dû aux produits d’activation (produits de corrosion, ex : cobalt, chrome, fer notamment)

Une fuite représente donc un défi majeur en termes opérationnels, pour un exploitant de centrale, car elle a une incidence directe sur le niveau d’exposition radiologique des travailleurs, lors de l’exploitation de la centrale ou lors de la maintenance. Bien que les pannes de combustible aient rarement été un problème lié à la sécurité, leur impact sur les coûts d’exploitation de la centrale est dû à:

• décharge prématurée de carburant,
• suite à un raccourcissement de cycle,
• d’éventuels arrêts non programmés,
• augmentation du volume de combustible usé

L’une des étapes nécessaires pour atteindre l’objectif zéro défaut consiste à comprendre les causes profondes des défaillances et leurs mécanismes, afin que certaines actions correctives puissent être mises en œuvre, soit par des améliorations dans la conception et la fabrication du combustible par les fournisseurs de combustible, soit par des changements opérationnels, tels que comme des manœuvres à puissance réduite.

Référence spéciale : CEA, Direction de l’énergie nucléaire. Combustibles nucléaires, ISBN 978-2-281-11345-7

La science des matériaux:

1. Département américain de l’énergie, science des matériaux. DOE Fundamentals Handbook, Volume 1 et 2. Janvier 1993.
2. Département américain de l’énergie, science des matériaux. DOE Fundamentals Handbook, Volume 2 et 2. Janvier 1993.
3. William D. Callister, David G. Rethwisch. Science et génie des matériaux : une introduction 9e édition, Wiley ; 9 édition (4 décembre 2013), ISBN-13 : 978-1118324578.
4. En ligneEberhart, Mark (2003). Pourquoi les choses se cassent : Comprendre le monde par la manière dont il se décompose. Harmonie. ISBN 978-1-4000-4760-4.
5. Gaskell, David R. (1995). Introduction à la thermodynamique des matériaux (4e éd.). Éditions Taylor et Francis. ISBN 978-1-56032-992-3.
6. González-Viñas, W. & Mancini, HL (2004). Une introduction à la science des matériaux. Presse universitaire de Princeton. ISBN 978-0-691-07097-1.
7. Ashby, Michael; Hugh Shercliff; David Cebon (2007). Matériaux: ingénierie, science, traitement et conception (1ère éd.). Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-7506-8391-3.
8. JR Lamarsh, AJ Baratta, Introduction au génie nucléaire, 3e éd., Prentice-Hall, 2001, ISBN : 0-201-82498-1.

Voir ci-dessus :
Problèmes matériels

Problèmes matériels des turbines

Ramper

Le fluage, également connu sous  le nom d’écoulement à froid, est la déformation permanente qui augmente avec le temps sous une charge ou une  contrainte constante. Il résulte d’une exposition prolongée à des contraintes mécaniques externes importantes avec une limite d’élasticité et est plus sévère dans les matériaux soumis à la chaleur pendant une longue période. Le taux de déformation est fonction des propriétés du matériau, du temps d’exposition, de la thermodynamics/thermodynamic-properties/what-is-temperature-physics/ »>température d’exposition  et de la charge structurelle appliquée. Le fluage est un phénomène très important si nous utilisons des matériaux à haute température. Le fluage est très important dans l’industrie de l’énergie et il est de la plus haute importance dans la conception des moteurs à réaction. Pour de nombreuses situations de fluage à durée de vie relativement courte (par exemple, aubes de turbine dans les avions militaires), le temps de rupture est la considération de conception dominante. Bien entendu, pour sa détermination, des essais de fluage doivent être menés jusqu’au point de rupture; on parle  alors d’essais de rupture par fluage.

Érosion Corrosion

La corrosion par érosion est le dommage cumulatif induit par les réactions de corrosion électrochimique et les effets mécaniques du mouvement relatif entre l’électrolyte et la surface de corrosion. L’érosion peut également se produire en combinaison avec d’autres formes de dégradation, telles que la corrosion. On parle alors d’érosion-corrosion. La corrosion par érosion est un processus de dégradation des matériaux dû à l’effet combiné de la corrosion et de l’usure. Presque tous les fluides corrosifs fluides ou turbulents peuvent provoquer une corrosion par érosion. Le mécanisme peut être décrit comme suit:

• érosion mécanique du matériau, ou couche d’oxyde protectrice (ou passive) à sa surface,
• corrosion accrue du matériau, si la vitesse de corrosion du matériau dépend de l’épaisseur de la couche d’oxyde.

La corrosion par érosion se trouve dans les systèmes tels que la tuyauterie, les vannes, les pompes, les buses, les échangeurs de chaleur et les turbines. L’usure est un processus de dégradation mécanique des matériaux qui se produit sur les surfaces de frottement ou d’impact, tandis que la corrosion implique des réactions chimiques ou électrochimiques du matériau. La corrosion peut accélérer l’usure et l’usure peut accélérer la corrosion.

Oxydation à la vapeur

Le comportement d’oxydation de la vapeur est directement lié à la mise en œuvre d’une production d’énergie à vapeur ultra-supercritique pour des rendements améliorés et des émissions de CO₂ réduites. Une température plus élevée signifie une efficacité plus élevée; cependant, des taux de corrosion plus élevés se produisent dans une atmosphère de vapeur lorsque des aciers ferritiques, ferrito‐martensitiques ou moyennement Cr–Ni sont utilisés.

Les matériaux qui ont été développés il y a plus de 50 à 60 ans ne sont plus actuellement adaptés aux régimes ultra-supercritiques en raison d’une faible résistance à la corrosion et de propriétés de fluage et de résistance à haute température inadéquates. Ces technologies nécessitent des aciers austénitiques avancés et des alliages à base de nickel (Ni) avec une résistance supérieure à l’oxydation à la vapeur.

Fatigue

En science des matériaux,  la fatigue  est l’affaiblissement d’un matériau causé par un chargement cyclique qui entraîne des dommages structurels progressifs, cassants et localisés. Une fois qu’une fissure s’est amorcée, chaque cycle de chargement fera croître la fissure d’une petite quantité, même lorsque des contraintes alternées ou cycliques répétées sont d’une intensité considérablement inférieure à la résistance normale. Les contraintes peuvent être dues à des vibrations ou à des cycles thermiques. Les dommages de fatigue sont causés par:

• action simultanée de contraintes cycliques,
• contrainte de traction (qu’elle soit appliquée directement ou résiduelle),
• souche plastique.

Si l’un de ces trois éléments n’est pas présent, une fissure de fatigue ne s’amorcera pas et ne se propagera pas. La majorité des défaillances techniques sont causées par la fatigue.

Bien que la fracture soit de type fragile, sa propagation peut prendre un certain temps, en fonction à la fois de l’intensité et de la fréquence des cycles de stress. Néanmoins, il y a très peu, voire aucun, avertissement avant la panne si la fissure n’est pas remarquée. Le nombre de cycles nécessaires pour provoquer une rupture par fatigue à une contrainte maximale particulière est généralement assez important, mais il diminue à mesure que la contrainte augmente. Pour certains aciers doux, les contraintes cycliques peuvent être poursuivies indéfiniment à condition que la contrainte maximale (parfois appelée résistance à la fatigue) soit inférieure à la valeur limite d’endurance. Le type de fatigue le plus préoccupant dans les centrales nucléaires est la fatigue thermique. La fatigue thermique peut provenir de contraintes thermiques produites par des changements cycliques de température. Les gros composants comme le pressuriseur, la cuve du réacteur,

La science des matériaux:

1. Département américain de l’énergie, science des matériaux. DOE Fundamentals Handbook, Volume 1 et 2. Janvier 1993.
2. Département américain de l’énergie, science des matériaux. DOE Fundamentals Handbook, Volume 2 et 2. Janvier 1993.
3. William D. Callister, David G. Rethwisch. Science et génie des matériaux : une introduction 9e édition, Wiley ; 9 édition (4 décembre 2013), ISBN-13 : 978-1118324578.
4. En ligneEberhart, Mark (2003). Pourquoi les choses se cassent : Comprendre le monde par la manière dont il se décompose. Harmonie. ISBN 978-1-4000-4760-4.
5. Gaskell, David R. (1995). Introduction à la thermodynamique des matériaux (4e éd.). Éditions Taylor et Francis. ISBN 978-1-56032-992-3.
6. González-Viñas, W. & Mancini, HL (2004). Une introduction à la science des matériaux. Presse universitaire de Princeton. ISBN 978-0-691-07097-1.
7. Ashby, Michael; Hugh Shercliff; David Cebon (2007). Matériaux: ingénierie, science, traitement et conception (1ère éd.). Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-7506-8391-3.
8. JR Lamarsh, AJ Baratta, Introduction au génie nucléaire, 3e éd., Prentice-Hall, 2001, ISBN : 0-201-82498-1.

Voir ci-dessus:
Problèmes matériels

Les essais non destructifs, NDT, sont un groupe très large d’inspections structurelles ou matérielles et, comme leur nom l’indique, ces inspections ne détruisent pas le matériau/la structure examinés. Le CND joue un rôle essentiel en garantissant que les composants et les systèmes structurels remplissent leur fonction de manière fiable et rentable. Étant donné que le CND ne modifie pas de manière permanente l’article inspecté, il s’agit d’une technique très précieuse qui peut économiser de l’argent et du temps dans l’évaluation du produit, le dépannage et la recherche. Les techniciens et ingénieurs CND définissent et mettent en œuvre des tests qui localisent et caractérisent les conditions matérielles et les défauts qui pourraient autrement provoquer des accidents graves tels que des avions qui s’écrasent, des réacteurs qui tombent en panne, des trains qui déraillent, des pipelines qui éclatent et une variété d’événements troublants.

Ce concept est étendu et connu sous le nom d’ évaluation non destructive (END), lorsqu’il est combiné à une évaluation de l’importance de tout défaut trouvé. Cependant, ce sont deux termes souvent utilisés de manière interchangeable. Certaines méthodes d’essai doivent être menées en laboratoire, d’autres peuvent être adaptées pour être utilisées sur le terrain. Plusieurs techniques CND couramment utilisées et leurs caractéristiques sont décrites ci-dessous.

Classification des méthodes CND

La variété des techniques disponibles peut également être divisée en deux groupes : les méthodes de surface , qui sont utilisées pour identifier les défauts de surface et proches de la surface tels que les fissures et la porosité de surface, et les méthodes de sous-surface , qui peuvent être utilisées pour détecter les défauts qui se trouvent sous la surface du matériau.

• Méthodes de surface
  • Tests visuels et optiques
  • Essais par courants de Foucault
  • Test de ressuage liquide
  • Essais de particules magnétiques
• Méthodes souterraines
  • Essais par ultrasons
  • Test de radiographie

La science des matériaux:

1. Département américain de l’énergie, science des matériaux. DOE Fundamentals Handbook, Volume 1 et 2. Janvier 1993.
2. Département américain de l’énergie, science des matériaux. DOE Fundamentals Handbook, Volume 2 et 2. Janvier 1993.
3. William D. Callister, David G. Rethwisch. Science et génie des matériaux : une introduction 9e édition, Wiley ; 9 édition (4 décembre 2013), ISBN-13 : 978-1118324578.
4. En ligneEberhart, Mark (2003). Pourquoi les choses se cassent : Comprendre le monde par la manière dont il se décompose. Harmonie. ISBN 978-1-4000-4760-4.
5. Gaskell, David R. (1995). Introduction à la thermodynamique des matériaux (4e éd.). Éditions Taylor et Francis. ISBN 978-1-56032-992-3.
6. González-Viñas, W. & Mancini, HL (2004). Une introduction à la science des matériaux. Presse universitaire de Princeton. ISBN 978-0-691-07097-1.
7. Ashby, Michael; Hugh Shercliff; David Cebon (2007). Matériaux: ingénierie, science, traitement et conception (1ère éd.). Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-7506-8391-3.
8. JR Lamarsh, AJ Baratta, Introduction au génie nucléaire, 3e éd., Prentice-Hall, 2001, ISBN : 0-201-82498-1.

Voir ci-dessus :
NDT

Les essais non destructifs, NDT, sont un groupe très large d’inspections structurelles ou matérielles et, comme leur nom l’indique, ces inspections ne détruisent pas le matériau/la structure examinés. Le CND joue un rôle essentiel en garantissant que les composants et les systèmes structurels remplissent leur fonction de manière fiable et rentable. Étant donné que le CND ne modifie pas de manière permanente l’article inspecté, il s’agit d’une technique très précieuse qui peut économiser de l’argent et du temps dans l’évaluation du produit, le dépannage et la recherche. Les techniciens et ingénieurs CND définissent et mettent en œuvre des tests qui localisent et caractérisent les conditions matérielles et les défauts qui pourraient autrement provoquer des accidents graves tels que des avions qui s’écrasent, des réacteurs qui tombent en panne, des trains qui déraillent, des pipelines qui éclatent et une variété d’événements troublants.

Ce concept est étendu et connu sous le nom d’ évaluation non destructive (END), lorsqu’il est combiné à une évaluation de l’importance de tout défaut trouvé. Cependant, ce sont deux termes souvent utilisés de manière interchangeable. Certaines méthodes d’essai doivent être menées en laboratoire, d’autres peuvent être adaptées pour être utilisées sur le terrain. Plusieurs techniques CND couramment utilisées et leurs caractéristiques sont décrites ci-dessous.

Classification des méthodes CND

La variété des techniques disponibles peut également être divisée en deux groupes : les méthodes de surface, qui sont utilisées pour identifier les défauts de surface et proches de la surface tels que les fissures et la porosité de surface, et les méthodes de sous-surface , qui peuvent être utilisées pour détecter les défauts qui se trouvent sous la surface du matériau.

• Méthodes de surface
  • Tests visuels et optiques
  • Essais par courants de Foucault
  • Test de ressuage liquide
  • Essais de particules magnétiques
• Méthodes souterraines
  • Essais par ultrasons
  • Test de radiographie

Tests visuels et optiques

Inspection visuelle consiste à utiliser les yeux d’un inspecteur pour rechercher les défauts, tels que les rayures, la présence de débris, la corrosion ou l’oxydation. L’inspecteur peut également utiliser des outils spéciaux tels que des loupes, des miroirs ou des endoscopes pour accéder et inspecter de plus près le domaine. Dans les centrales nucléaires, un vaste programme d’inspection du combustible (comprenant par exemple des inspections visuelles, des mesures de la couche d’oxyde, des essais par courants de Foucault des barres de contrôle) est effectué sous l’eau et supervisé par l’organisme de réglementation. Ainsi, les tests visuels font généralement partie de l’examen post-irradiation. Les examens visuels sont également très courants dans l’industrie aéronautique, où plus de 80 % des inspections effectuées sur un avion sont des inspections visuelles, souvent utilisées comme méthode de dépistage initiale pour détecter les défauts grossiers et cibler les tests ultérieurs par d’autres méthodes.

Essais par courants de Foucault

Le test par courants de Foucault est l’une des méthodes de test électromagnétiques CND les plus courantes. Il utilise des courants électriques induits pour détecter les défauts. Essentiellement, la technique utilise une bobine (sonde ECT) transportant un courant alternatif comme transducteur. Cela produit un champ magnétique alternatif parallèle à l’axe de la bobine qui induit à son tour des courants de Foucault à la surface de l’objet à tester. Ces courants de Foucault créent un champ magnétique opposé à celui produit par la bobine, modifiant ainsi l’impédance de la bobine. Les interruptions dans le flux des courants de Foucault, causées par des imperfections, des changements dimensionnels ou des changements dans les propriétés conductrices et de perméabilité du matériau, sont détectées.

La plupart des tests par courants de Foucault sont basés sur la mesure de l’impédance de la bobine, bien qu’il soit possible de mesurer directement le champ magnétique. ECT a une très large gamme d’applications. Étant donné que l’ECT ​​est de nature électrique, il est limité aux matériaux conducteurs. Il existe également des limites physiques à la génération de courants de Foucault et à la profondeur de pénétration (épaisseur de peau). En général, cette technique est utilisée pour inspecter des zones relativement petites et est donc mieux adaptée pour inspecter des zones où des dommages sont déjà suspectés, elle a néanmoins une variété d’applications: de la mesure de l’épaisseur du matériau à la détection des dommages de corrosion. Dans les centrales nucléaires, les méthodes par courants de Foucault constituent la meilleure méthode d’inspection en service pour les tubes des générateurs de vapeur. Les composants suivants sont nécessaires pour effectuer des tests par courants de Foucault: un testeur de courant de Foucault, un dispositif de positionnement à distance et un système de commande d’entraînement de sonde à courant de Foucault.

Les inconvénients de cette technique sont qu’elle est sensible au décollage, c’est un test ponctuel, donc le balayage est nécessaire pour de grandes surfaces, et il est généralement limité aux défauts proches de la surface des matériaux conducteurs.

Test de ressuage liquide

Inspection par ressuage liquide (LPI), également appelée inspection par ressuage (DP), est une méthode CND largement appliquée, qui est utilisée pour vérifier les défauts de rupture de surface dans tous les matériaux non poreux (métaux, plastiques ou céramiques). C’est probablement l’une des techniques de CND les plus utilisées. Les objets testés et pré-nettoyés sont recouverts d’une solution de colorant visible ou fluorescent. Après un temps donné, allant de 5 à 30 minutes selon le matériau inspecté, l’excès de pénétrant est retiré de la surface, et un révélateur sous forme liquide ou en poudre est appliqué. Le révélateur agit comme un buvard, extrayant le pénétrant piégé des imperfections ouvertes à la surface. Ce révélateur absorbe le pénétrant tiré des discontinuités et révèle un contraste de couleur vif entre le pénétrant et le révélateur (généralement rouge sur blanc). Avec les colorants fluorescents, la lumière ultraviolette est utilisée pour rendre le saignement brillamment fluorescent, permettant ainsi de voir facilement les imperfections.

LPI est utilisé pour détecter les défauts de surface de moulage, de forgeage et de soudage tels que les fissures capillaires, la porosité de surface, les fuites dans les nouveaux produits et les fissures de fatigue sur les composants en service.

Inspection par particules magnétiques

L’inspection par particules magnétiques est l’un des processus CND pour détecter les imperfections de surface et proches de la surface et les discontinuités des matériaux. Cette méthode est accomplie en induisant un champ magnétique dans un matériau ferromagnétique, puis en saupoudrant la surface avec de fines particules ferromagnétiques (sèches ou en suspension dans un liquide). Ceux-ci sont attirés vers une zone de fuite de flux et forment ce que l’on appelle une indication, qui est évaluée pour déterminer sa nature, sa cause et son action, le cas échéant. Bien que cette technique révèle l’emplacement des défauts, elle est souvent incapable de déterminer sa profondeur.

La pièce peut être aimantée par aimantation directe ou indirecte. La magnétisation directe se produit lorsque le courant électrique traverse l’objet à tester et qu’un champ magnétique se forme dans le matériau. La magnétisation indirecte se produit lorsqu’aucun courant électrique ne traverse l’objet à tester, mais qu’un champ magnétique est appliqué à partir d’une source extérieure. Il présente l’inconvénient majeur de nécessiter de magnétiser (et souvent de démagnétiser) le composant.

Essais par ultrasons

Le contrôle par ultrasons est un large groupe de techniques CND basées sur la propagation des ondes ultrasonores dans l’objet ou le matériau testé. La technique de test par ultrasons la plus couramment utilisée est l’écho pulsé, dans laquelle des faisceaux d’ondes sonores à haute fréquence (généralement compris entre 1 et 5 MHz) sont introduits dans un objet à tester et des réflexions (échos) sont renvoyées à un récepteur à partir d’imperfections internes ou de la pièce. surfaces géométriques.

La méthode de base des tests par ultrasons consiste à transformer une impulsion de tension en une impulsion ultrasonore à l’aide d’un transducteur. Les transducteurs utilisés pour les UT traditionnels sont constitués d’un cristal piézoélectrique enfermé dans un boîtier en plastique ou en acier inoxydable. Les cristaux piézoélectriques se dilatent lorsqu’ils sont chargés électriquement, générant ainsi une onde acoustique. Le signal traverse l’objet en fonction de sa géométrie et des défauts existants, puis est soit transmis à un autre transducteur, soit réfléchi vers le transducteur d’origine. Les défauts sont détectés s’ils produisent une modification de l’impédance acoustique dans le trajet du faisceau ultrasonore. Une fissure ouverte remplie d’air a une impédance acoustique très faible, de sorte qu’elle réfléchit pratiquement toute l’énergie acoustique incidente sur elle. Par conséquent, les ondes sonores traversent le matériau et sont réfléchies par les fissures ou les défauts.

Étant donné que la vitesse du son dans le matériau parent est connue, l’énergie sonore réfléchie est ensuite affichée en fonction du temps et analysée pour définir la présence et l’emplacement des défauts ou des discontinuités.

Avantages et inconvénients des tests par ultrasons

Les avantages et les inconvénients de la méthode de test par ultrasons sont les suivants:

Avantages:

• UT est flexible, portable et a une profondeur de pénétration élevée.
• Haute sensibilité, permettant la détection de défauts extrêmement petits.
• Il est applicable dans un large éventail d’industries
• Une certaine capacité à estimer la taille, l’orientation, la forme et la nature des défauts.
• Contrairement aux tests radiographiques, il n’y a aucun risque pour la santé ou l’environnement

Désavantages:

• Il nécessite des opérateurs hautement qualifiés et nécessite une attention particulière de la part de techniciens expérimentés.
• Incapable ou non efficace de détecter les défauts plans parallèles à la direction de l’onde sonore
• Les pièces rugueuses, de forme irrégulière, très petites ou fines ou non homogènes sont difficiles à inspecter.
• Peut être très cher

Test radiographique

Les tests radiographiques (RT) impliquent l’utilisation de rayons gamma ou X pénétrants pour examiner les pièces et les produits à la recherche d’imperfections. C’est l’une des méthodes CND conventionnelles qui est utilisée depuis des décennies et qui est toujours utilisée par des entreprises du monde entier.

• Les rayons X, également appelés rayonnement X , désignent un rayonnement électromagnétique (pas de masse au repos, pas de charge) de hautes énergies. La plupart des rayons X ont une longueur d’onde allant de 0,01 à 10 nanomètres (3×10¹⁶ Hz à 3×10¹⁹ Hz), correspondant à des énergies comprises entre 100 eV et 100 keV. Les longueurs d’onde des rayons X sont plus courtes que celles des rayons UV et généralement plus longues que celles des rayons gamma. La distinction entre les rayons X et les rayons gamma n’est pas si simple et a changé au cours des dernières décennies. Selon la définition actuellement en vigueur, les rayons X sont émis par des électrons extérieurs au noyau, tandis que les rayons gamma sont émis par le noyau. Les rayons X peuvent être générés par un tube à rayons X, un tube à vide qui utilise une haute tension pour accélérer les électrons libérés par une cathode chaude à une vitesse élevée. En frappant la cible, les électrons accélérés sont brusquement arrêtés et des rayons X et de la chaleur sont générés.
• Les rayons gamma, également appelés rayonnement gamma, désignent un rayonnement électromagnétique (pas de masse au repos, pas de charge) d’une énergie très élevée. Étant donné que les rayons gamma ne sont en substance que des photons de très haute énergie, ils sont très pénétrants et sont donc biologiquement dangereux. Les rayons gamma peuvent parcourir des milliers de pieds dans l’air et peuvent facilement traverser le corps humain. Les rayons gamma sont émis par des noyaux instables lors de leur transition d’un état de haute énergie à un état inférieur connu sous le nom de désintégration gamma. Dans la plupart des sources de laboratoire pratiques, les états nucléaires excités sont créés lors de la désintégration d’un radionucléide parent. Par conséquent, une désintégration gamma accompagne généralement d’autres formes de désintégration, telles que la désintégration alpha ou bêta.

En général, la RT est une méthode d’inspection des matériaux pour les défauts souterrains cachés en utilisant la capacité des rayons X ou des rayons gamma à pénétrer divers matériaux de différentes épaisseurs. L’intensité du rayonnement qui pénètre et traverse le matériau est soit captée par:

• un film sensible aux radiations (Film Radiography)
• un réseau plan de capteurs sensibles aux rayonnements (Radiographie en Temps Réel).

Principe d’opération

La source de rayonnement peut être soit un appareil à rayons X, soit une source radioactive (Ir-192, Co-60 ou, dans de rares cas, Cs-137). Le choix entre les rayons X et le rayonnement gamma dépend de certains facteurs tels que l’épaisseur, le niveau de contraste, etc. Par exemple, les rayons X fonctionnent généralement avec une quantité d’énergie inférieure à celle des rayons gamma. L’épaisseur est un autre paramètre qui influence les résultats. Par exemple, à des épaisseurs supérieures à 50 mm, l’utilisation des rayons gamma augmente de manière significative.

Le rayonnement est dirigé à travers une pièce et sur un film ou un autre support d’imagerie. La radiographie résultante montre les caractéristiques dimensionnelles de la pièce. Tant dans les rayons X que dans le rayonnement gamma, plus le rayonnement traverse le matériau, plus le film devient sombre sur l’image produite et, au contraire, plus le rayon est absorbé par le matériau, plus l’image est claire à ces endroits. Par conséquent, les imperfections possibles sont indiquées lorsque la densité change sur le film de la même manière qu’une radiographie médicale montre des os brisés.

Les tests radiographiques sont couramment utilisés pour la vérification des soudures dans diverses applications industrielles. Dans la fabrication, les soudures sont couramment utilisées pour assembler deux ou plusieurs pièces métalliques. Les effets du soudage sur le matériau entourant la soudure peuvent être préjudiciables – en fonction des matériaux utilisés et de l’apport de chaleur du procédé de soudage utilisé, la ZAT peut être de taille et de résistance variables. Par exemple, le métal de base doit atteindre une certaine température pendant le processus de soudage, doit refroidir à une vitesse spécifique et doit être soudé avec des matériaux compatibles ou le joint peut ne pas être assez solide pour maintenir les pièces ensemble, ou des fissures peuvent se former dans le soudure provoquant sa rupture. Les défauts généralement rencontrés comprennent une pénétration incomplète, une fusion incomplète, un dégagement, une porosité et une fissuration longitudinale. Ces défauts pourraient entraîner la rupture d’une structure ou la rupture d’un pipeline.

Avantages et inconvénients

Avantages:

• Il a très peu de limitations matérielles.
• Détection de défauts internes pour les matériaux épais (ex. pipelines).
• Une préparation minimale ou nulle des pièces n’est requise.
• L’un des principaux avantages de RT est sa capacité de documentation. RT fournit des images de l’objet sous inspection.
• La probabilité d’une mauvaise interprétation des résultats est minimisée puisque chaque image peut être examinée par plusieurs opérateurs.

Désavantages:

• L’impact des rayonnements sur la santé et l’environnement peut être considéré comme l’un des principaux inconvénients des tests radiographiques, car quelques secondes d’exposition aux rayonnements peuvent entraîner des blessures graves.
• Un haut degré de compétence et d’expérience est requis pour l’exposition et l’interprétation.
• La haute tension nécessaire pour créer des rayons X est également dangereuse pour la santé humaine.
• C’est une méthode assez coûteuse.
• Inefficace pour les défauts plans et pour les défauts de surface.

La science des matériaux:

1. Département américain de l’énergie, science des matériaux. DOE Fundamentals Handbook, Volume 1 et 2. Janvier 1993.
2. Département américain de l’énergie, science des matériaux. DOE Fundamentals Handbook, Volume 2 et 2. Janvier 1993.
3. William D. Callister, David G. Rethwisch. Science et génie des matériaux : une introduction 9e édition, Wiley ; 9 édition (4 décembre 2013), ISBN-13 : 978-1118324578.
4. En ligneEberhart, Mark (2003). Pourquoi les choses se cassent : Comprendre le monde par la manière dont il se décompose. Harmonie. ISBN 978-1-4000-4760-4.
5. Gaskell, David R. (1995). Introduction à la thermodynamique des matériaux (4e éd.). Éditions Taylor et Francis. ISBN 978-1-56032-992-3.
6. González-Viñas, W. & Mancini, HL (2004). Une introduction à la science des matériaux. Presse universitaire de Princeton. ISBN 978-0-691-07097-1.
7. Ashby, Michael; Hugh Shercliff; David Cebon (2007). Matériaux: ingénierie, science, traitement et conception (1ère éd.). Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-7506-8391-3.
8. JR Lamarsh, AJ Baratta, Introduction au génie nucléaire, 3e éd., Prentice-Hall, 2001, ISBN : 0-201-82498-1.

Voir ci-dessus :
Science des matériaux