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Le Monde selon la Physique ( Physics world) semaine 35-37 2 eme partie : " Patience et longueur de temps font ils plus que force ni que rage????

Publié le 09 septembre 2014 par 000111aaa

Ceux d’entre vous  qui connaissent mes articles ( dans le cadre de mes analyse des CR  de l’ ASN ) sur les problèmes de longévité de nos réacteurs nucléaires  ont du être passablement troublés par les arguments techniques et scientifiques  que j’ai développés  ici sur deux points : 1  °/Le vieillissement  des cuves de réacteurs  . 2°/ Les problèmes de corrosion  à longue durée. Ceci s’explique  par mon passé au  CEA .Dans sa première partie vouée à la séparation isotopique de l’uranium  ( PIERRELATTE militaire , puis EURODIF )  j’ai du  étudier ( sous les ordres de CLAUDE FREJACQUES )  les problèmes  de neutronique sur des matériaux  soumis à un flux de longue durée associés  à des problèmes de corrosion fluorante «  féroce »   …..Dans sa seconde partie  (IPSN ) je me suis soucié , grâce  à mon camarade  inspecteur BERNARD  SAUTIEZ  ( OSIRIS/OSIRAK),  d’acquérir une expertise  personnelle  sur  les dégâts neutroniques possibles  dans les  REPS  français . VOILA POURQUOI J’AI CHOISI DE VOUS PROPOSER MA TRADUCTION   DE CET ARTICLE  TRES INTERESSANT DE PHYSICS WORLD

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Three accelerators at the Michigan Ion Beam Laboratory at the University of Michigan. (Courtesy: Gary Was/University of Michigan)

Three accelerators at the Michigan Ion Beam Laboratory at the University of Michigan. (Courtesy: Gary Was/University of Michigan

Ion beams simulate nuclear-reactor damage

3 comments

Seven years in a reactor recreated in just four days

Des dommages sur  les composants des réacteurs nucléaires causés par l'irradiation neutronique sur  une durée  de plusieurs années peuvent  être simulés avec des faisceaux d'ions en quelques jours seulement . C'est la conclusion de chercheurs américains, qui ont utilisé des ions pour créer la  même  évolution  de ces  petits défauts structurels remarqués  dans les réacteurs nucléaires en  longue durée. Cette  nouvelle technique pourrait aider les ingénieurs à anticiper les problèmes qui se posent dans les installations existantes et permettre  l'élaboration de plus robustes modèles de réacteurs pour l'avenir.

L  ‘Irradiation neutronique peut induire  des effets importants sur la structure des matériaux utilisés dans les réacteurs nucléaires. Les atomes peuvent être déplacés et de  grands défauts peuvent s'accumuler au fil du temps,  avec comme résultat d’ affaiblir ou même déformer la matière. Comprendre la nature et l'étendue de ces dommages est important pour assurer un fonctionnement du réacteur en toute sécurité.

Une  première approche consiste à placer des échantillons dans les réacteurs   dits « d'essai » qui peuvent produire des dommages à un rythme plus rapide que leurs homologues de travail. Toutefois, d’une part  ces installations sont coûteuses à exploiter et d autre part  cela  peut encore prendre des décennies pour produire les dommages aux  niveaux  nécessaires.

Une solution alternative consiste à reproduire les dommages des neutrons avec un autre type d'irradiation: des faisceaux d'ions. S'appuyant sur des décennies de recherche, Gary WAS  de l'Université du Michigan et ses collègues ont dévoilé la première expérimentation  de travail de dommages de neutrons utilisant des faisceaux d'ions. "L’ampleur  des dommages qui est créé avec un ion est très dépendante de son énergie," explique WAS. "Et Il s'avère que le spectre de dégâts des  ions de 5 MeV est assez proche de celle des neutrons de  la fission."

L'équipe a démontré la validité du  concept en essayant de recréer  les dommages constatés et expertisés  dans un conduit en acier qui pendant sept ans avait entouré un assemblage de combustible dans un réacteur nucléaire sur le site de Hanford à Washington. Les dommages des  microstructures  de  la conduite avait  été  auparavant largement étudié par les chercheurs du Laboratoire national de Los Alamos en utilisant la microscopie à sonde atomique, la microscopie électronique et d'autres techniques.

Par l’'utilisation d'un échantillon en métal du même lot  que celui qui avait  été utilisé pour fabriquer le conduit d'origine, WAS  et ses collègues ont suivi une procédure d'analyse en deux étapes au Laboratoire du faisceau d'ions de  Michigan  Univ.. Tout d'abord, un faisceau d'ions d'hélium est utilisé pour arriver à  insérer des noyaux d'hélium dans l'échantillon. Cela simule la production en réacteur, de l'hélium par des neutrons. La deuxième étape consiste à chauffer l'échantillon à 460 ° C et en le soumettant à un faisceau d'ions de fer. L'échantillon lui-même reste  la plupart du temps  du fer , et l'introduction de ces ions simule les déplacements atomiques dans le matériau sans introduire d’autres  nouveaux éléments.

Un inconvénient possible  en 'utilisant  des ions est que, contrairement aux  neutrons, qui pénètrent profondément et facilement dans les matériaux  puis causent des dommages à travers, des faisceaux d'ions ne font qu'effleurer la surface de l’ échantillon. Cela signifie que les effets de l'irradiation par faisceau d'ions restent confinés à l'intérieur d'un micron d épaisseur  à partir  de la surface de l'échantillon. Cependant, les chercheurs expliquent que cela crée plus   que  suffisamment de dégâts pour la  poursuite de l’analyse.

Le procédé d'irradiation dure quatre jours et crée le même niveau  de dommages  qu’observé sur  la gaine initiale. Les défauts observés à la fois dans l'échantillon et la gaine varient de 1 à 20 nm de diamètre et présentent une variété de formes. Il s'agit notamment de boucles de dislocation, des vides et des précipités - ces dernier  conduisant à des  régions minuscules contenant une structure différente de celle du matériau environnant.

Selon WAS, la méthode est déjà «très applicable  à d'autres matériaux" et, à l'avenir, les chercheurs espèrent l’ adapter afin qu'ils puissent simuler une gamme d'environnements   ,d'irradiations et des «  vécus » d'exploitation des réacteurs. En plus de l’évaluation des problèmes potentiels découlant dans les réacteurs existants, les chercheurs espèrent que leur méthode pourrait contribuer à l'élaboration de la prochaine génération des modèles suivants  de réacteurs. Ces derniers  auront probablement des environnements de rayonnements plus intenses que les installations d'aujourd'hui, ce qui nécessitera des composants qui soient capables de résister à des niveaux plus élevés de dommages d'irradiation.

"L'utilisation de faisceaux d'ions pour imiter les dégâts d'irradiation produits  dans un réacteur est un outil essentiel pour le développement d'une meilleure compréhension de la façon dont les matériaux sont affectés par des doses de haute irradiation», commente Philipp Frankel, un scientifique des matériaux à l'Université de Manchester. Il ajoute que le travail démontre exactement quel  type d'études de validation doivent  arriver a accorder confiance à ces techniques.

Karl Whittle - un chercheur  en matériel nucléaire de l'Université de Sheffield -  est d'accord, mais affirme que des précautions  doivent être prises lorsque l'on compare les dommages causés par les différents types de rayonnement. Cependant, un  travail plus avancé  dans ce domaine, dit-il, permettrait «d'examiner les effets à long terme de dommages, et développer des mécanismes d'atténuation de [ses effets]".

La recherche est décrite dans la revue Scripta Materialia.

À propos de l'auteur Ian Randall est un écrivain de science basée en Nouvelle-Zélande

  MES COMMENTAIRES /Si mes lecteurs retrouvaient mes articles ici , ils verraient comment EDF suit  cela par la disposition  d’éprouvettes métalliques adéquates   directement  posées   in situ au   dedans des cuves des   REPS   puis  par la mesure de l’évolution de leurs propriétés de résistance  après démontage    ET COMMENT ASN  SUIT CES MESURES  COMME LA CASSEROLE DE LAIT  BOUILLANT  SUR LE FEU ……Il est évident que personne ne souhaite voir exploser une cuve  de réacteur par usure neutronique ! Il est évident aussi que l’acceptation de dépasser les 40 ans de fonctionnement  passera par la bonne tenue à tous ces tests !

Mes objections sont de nature beaucoup plus scientifique :Garry  WAS peut  en effet produire des dégâts  en utilisant des ions, mais ceci  dans une fourchette étroite et incertaine pour reussir  a  entrainer   une structure de défauts identiques   avec  un échantillon d'un réacteur nucléaire - le seul  mais grave  problème est qu'il ne connait  pas la fluence correspondante  exacte puisqu’il travaille avec un  GRADIENT de  profondeur ….  J’AVAIS DANS MON ANALYSE  DE L ARTICLE DE L ASN   évoqué les défauts de  FRENKEL/SCHKOTTY   crées et les « hot spikes » : le dommage  peut apparaître  suite à une collision élastique du neutron  avec des atomes du  réseau qui reculent  – ou par une  collision inélastique qui « amoche » le  neutron énergique et re-  émet un neutron plus » faiblard » , ( donc avec  moins d'énergie de recul mais  une certaine excitation gamma à l'intérieur de l'atome bousculé .)

 Et  laquelle  collision inélastique  conduit à la transmutation - Fer 56 en  fer 57 avec excitation, ou d’autres choses plus compliquées   car ce n’est jamais de l’acier ultra pur qu’on utilise  , et il n’est pas étonnant que la composition chimique change localement  plus ou moins  légèrement …On peut donc conclure  qu’ en toute rigueur  dans cette simulation, à l'exception de quelques bulles d'hélium tous ces effets sont ignorés. Et que la cinétique lente d’évolution des lacunes  de  FRENKEL/SCHKO TTY EST PEUT ETRE DIFFERENTE

 . J’ai envie  de dire que l’ industriel ( EDF  )  va craindre  alors des  évolutions trop importantes  par   irradiation ions  par rapport aux vraies  plus longues  avec neutrons   ( car cela diminuera la robustesse et la durée  du métal irradié ) …et si la manip » rapide » AVEC IONS  donne des artefacts ou  n’est pas  utilisable  car pas sure et mal chiffrée , pourquoi alors  y croire ?

 STATS google -page ranking du site :olivier-4 blogs nouvelobs  :23h09 le 09/09/2014 


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