Qu’est-ce qu’une gaine de combustible revêtue de chrome – Définition

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:

• additifs spécialement conçus pour les pastilles de combustible standard destinés à améliorer diverses propriétés et performances
• revêtements robustes appliqués à l’extérieur des revêtements standards destinés à réduire la corrosion, à augmenter la résistance à l’usure et à réduire la production d’hydrogène dans des conditions de haute température (accidentelles)
• développement de conceptions de combustibles entièrement nouvelles avec revêtement en céramique et différents matériaux combustibles

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.

Revêtement de combustible revêtu de chrome

Le chrome est l’un des éléments de revêtement possibles pour les carburants tolérants aux accidents. Le revêtement en zirconium revêtu de Cr et d’autres revêtements à revêtement métallique réduisent considérablement les taux d’oxydation à haute température. L’épaisseur du revêtement est généralement comprise entre 20 et 30 mm. Tous les matériaux de revêtement étudiés (Cr, FeCrAl, Cr-Al, CrN) sont plus durs que les alliages de zirconium, donc si le revêtement est suffisamment épais (> 30 μm), les propriétés mécaniques seront modifiées avec une résistance accrue et une ductilité réduite. La dureté accrue des matériaux de revêtement présente l’avantage de protéger potentiellement le revêtement contre le frottement et l’usure. Par conséquent, le revêtement Cr peut réduire considérablement le risque de dommages au revêtement dus aux débris ou au fretting grille-tige.

Mais le principal avantage est que la gaine revêtue hérite de tous les avantages des propriétés du matériau de base en zirconium, mais améliore sa résistance à l’oxydation et à la corrosion, tant en fonctionnement normal qu’en conditions accidentelles. Selon plusieurs enquêtes, le revêtement revêtu de Cr présente une résistance post-trempe et une ductilité résiduelle considérablement accrues. L’effet de renforcement de la gaine revêtue de Cr observé à haute température est bénéfique en ce qu’il retarde le temps de rupture et préserve mieux la géométrie refroidissable du canal de combustible nucléaire en atténuant le blocage de l’écoulement. De plus, la corrosion des alliages de zirconium revêtus de Cr est réduite à près de zéro, diminuant ainsi également l’absorption d’hydrogène par la gaine. La gaine ne présentera donc pas de fragilisation par l’hydrogène,

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Voir ci-dessus:
Carburant résistant aux accidents