Les combustibles tolérants aux accidents (ATF) sont une série de nouveaux concepts de combustibles nucléaires, étudiés afin d’améliorer les performances du combustible pendant le fonctionnement normal, les conditions transitoires et les scénarios d’accident, tels que les accidents de perte de réfrigérant (LOCA) ou les accidents déclenchés par la réactivité ( RIA). Suite à l’accident de Fukushima Daiichi, une revue du comportement du combustible a été initiée. Le combustible gainé d’ alliage de zirconium fonctionne avec succès jusqu’à un taux de combustion élevé et est le résultat de 40 ans de développement et d’amélioration continus. Cependant, dans des conditions d’accident grave, l’interaction zirconium-vapeur à haute température peut être une source majeure de dommages à la centrale. Ces mises à niveau incluent: La gaine de combustible actuelle est la couche externe des barres de combustible, située entre le caloporteur du réacteur et le combustible nucléaire (c’est-à-dire les pastilles de combustible). Il est constitué d’un matériau résistant à la corrosion à faible section efficace d’absorption des neutrons thermiques (~ 0,18 × 10–24 cm2), généralement en alliage de zirconium. Il empêche les produits de fission radioactifs de s’échapper de la matrice combustible dans le caloporteur du réacteur et de le contaminer. Le gainage constitue l’une des barrières dans l’approche de «défense en profondeur», par conséquent, sa capacité de refroidissement est l’un des aspects clés de la sécurité. Référence spéciale: Agence pour l’énergie nucléaire, État de l’art sur le combustible tolérant aux accidents des réacteurs à eau légère. NEA n° 7317, OCDE, 2018. Les métaux et alliages réfractaires sont bien connus pour leur extraordinaire résistance à la chaleur et à l’usure. La condition essentielle pour résister aux températures élevées est un point de fusion élevé et des propriétés mécaniques stables (par exemple une dureté élevée) même à des températures élevées. Les métaux réfractaires les plus courants comprennent cinq éléments: le niobium et le molybdène de la cinquième période et le tantale, le tungstène et le rhénium de la sixième période. Ils partagent tous certaines propriétés, notamment un point de fusion supérieur à 2 000 °C et une dureté élevée à température ambiante. Une mauvaise fabricabilité à basse température et une oxydabilité extrême à haute température sont les principaux inconvénients de la plupart des métaux réfractaires. L’application de ces métaux nécessite une atmosphère ou un revêtement protecteur. En 2012, l’EPRI a lancé un projet de recherche indépendant avec des conceptions d’alliage de molybdène revêtu en tant que revêtement ATF pour obtenir une résistance aux accidents dans une plage de températures de 1 200 à 1 500 °C. Le molybdène (Mo) est un candidat en raison de son point de fusion très élevé (2623 °C) et de sa résistance élevée aux températures élevées. Dans le même temps, Mo et ses alliages sont connus pour être sensibles à la formation de MoO3 volatil dans des environnements oxydants à des températures > 600 °C. Par conséquent, ce programme de recherche utilise une conception composite dans laquelle le revêtement en alliage de Mo est recouvert d’un revêtement protecteur extérieur en alliage de Zr ou en alliage contenant de l’Al. La gaine Mo revêtue d’alliage de Zr devrait posséder une résistance suffisante à la corrosion et à l’hydruration pour la limite actuelle de combustion du combustible et au-delà. Les revêtements duplex entièrement métalliques Mo-Zr et Mo-FeCrAl devraient atteindre la tolérance aux accidents en formant un oxyde protecteur lors d’un accident. Le mince revêtement d’alliage de Zr sera complètement oxydé en ZrO2 lorsque la température atteindra 1 000 °C ou plus. Avec un alliage approprié, le ZrO2 conservera son intégrité et sa stabilité et fournira une protection à l’alliage Mo sous-jacent. Un mince revêtement FeCrAl est très résistant à la corrosion dans les liquides de refroidissement LWR en raison de la formation d’un oxyde protecteur riche en chrome, principalement Cr2O3. Dans la vapeur à haute température, FeCrAl est très résistant à la corrosion en raison de la formation d’un mince oxyde riche en aluminium, Al2O3. Les alliages FeCrAl sont principalement constitués de fer, de chrome (20 à 30 %) et d’aluminium (4 à 7,5 %). Ces alliages sont connus sous la marque Kanthal, qui est une famille d’alliages fer-chrome-aluminium (FeCrAl) utilisés dans une large gamme d’applications de résistance et à haute température. Le molybdène est très résistant à l’oxydation dans la vapeur de haute pureté ou réductrice. Par conséquent, la gaine de molybdène doublée devrait maintenir une bonne intégrité en cas d’entrée de vapeur dans une barre de combustible défaillante, ainsi que dans le cadre d’un APRP de référence. Dans le cas où le revêtement extérieur est retiré localement, par exemple en raison d’un frottement grille-tige, une corrosion localisée du revêtement en molybdène peut se produire.
Métaux réfractaires pour la gaine de combustible
Revêtement en molybdène doublé d’alliage Zr
Département américain de l’énergie, science des matériaux. DOE Fundamentals Handbook, Volume 1 and 2. Janvier 1993. Voir ci-dessus:
US Department of Energy, Material Science. DOE Fundamentals Handbook, Volume 2 et 2. Janvier 1993.
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.
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.
Gaskell, David R. (1995). Introduction à la thermodynamique des matériaux (4e éd.). Éditions Taylor et Francis. ISBN 978-1-56032-992-3.
González-Viñas, W. & Mancini, HL (2004). Une introduction à la science des matériaux. Presse universitaire de Princeton. ISBN 978-0-691-07097-1.
Ashby, Michael; Hugh Shercliff; David Cebon (2007). Matériaux: ingénierie, science, traitement et conception (1ère éd.). Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-7506-8391-3.
JR Lamarsh, AJ Baratta, Introduction au génie nucléaire, 3e éd., Prentice-Hall, 2001, ISBN : 0-201-82498-1.
Carburant résistant aux accidents
Nous espérons que cet article, Revêtement en molybdène doublé d’alliage de Zr , vous aidera. Si oui, donnez-nous un like dans la barre latérale. L’objectif principal de ce site Web est d’aider le public à apprendre des informations intéressantes et importantes sur les matériaux et leurs propriétés.