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Les réacteurs à fission nucléaire ont un nouvel allié qui les aidera à continuer d’évoluer: l’alliage 617

Le stress thermique auquel sont soumis les composants des réacteurs des centrales nucléaires par la fission que nous utilisons actuellement est extrêmement élevé. Les réacteurs à eau légère fonctionnent dans la gamme qui va de 290 à 325 ºC, mais les conceptions de quatrième génération dans lesquelles les ingénieurs travaillent dans le but d’être viables d’un point de vue technique et commercial dès que possible posent de nouveaux défis. Et l’un d’eux est la température.

Certains des modèles les plus prometteurs sont les réacteurs à très haute température (VHTR) refroidis à l’hélium. Les réacteurs rapides refroidis au gaz (GFR), les réacteurs rapides refroidis au sodium (SFR), les réacteurs supercritiques refroidis à l’eau (SCWR), les réacteurs rapides refroidis par alliage de plomb (LFR) et les réacteurs au sel sont également très intéressants. fusionné (MSR). Tous ces modèles ont un point commun: leur température de fonctionnement. peut facilement dépasser 600 ºC.

La température de fonctionnement des réacteurs nucléaires à haute température peut facilement dépasser 600 ºC

Manipuler une température aussi élevée avec une sécurité absolue n’est pas aisé car il nécessite l’utilisation d’éléments chimiques et d’alliages capables de réaliser les éléments critiques du réacteur, tels que la cuve ou l’échangeur de chaleur, résiste à des contraintes thermiques très élevées sans que sa structure soit dégradée et son volume modifié. C’est la raison pour laquelle actuellement la norme BPVC (Boiler and Pressure Vessels Code), qui est celle qui définit les exigences auxquelles doivent répondre les matériaux utilisés dans la fabrication des réacteurs nucléaires à haute température, est d’une extrême rigueur.

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Jusqu’à très récemment, seuls cinq matériaux avaient réussi à dépasser les exigences imposées par la norme BPVC pour les réacteurs nucléaires à haute température, tandis que dans la fabrication d’un réacteur à eau légère, il est possible d’utiliser jusqu’à 100 matériaux différents. La pénurie d’éléments disponibles pour la fabrication de la première semblait condamner les centrales nucléaires de quatrième génération à un avenir incertain, mais récemment un nouvel alliage a été inclus sur la liste de sélection de la norme BPVC, et nous permet d’envisager l’avenir de ces réacteurs à fission nucléaire avec optimisme.

Les barres de combustible et l’eau qui doivent rester en contact avec elles pour absorber leur énergie thermique sont logées à l’intérieur d’un réservoir appelé navire.

L’alliage 617 a la réponse

Pour qu’un nouveau matériau soit utilisé dans la fabrication des éléments critiques d’un réacteur nucléaire à haute température, il est essentiel qu’il passe préalablement des tests de contrainte et de température très rigoureux. En fait, depuis 30 ans aucun nouveau matériel n’a été ajouté à la liste standard BPVC. Mais l’alliage 617 l’a fait.

Récemment et après 12 ans de tests dans l’INL américain (Idaho National Laboratory), ce matériau a passé la validation imposée par l’ASME (American Association of Mechanical Engineers) et fait désormais partie de la liste de sélection de la norme BPVC. L’alliage 617 est composé de chrome, cobalt, nickel et molybdène, de sorte que chacun de ces éléments chimiques soit présent dans une proportion soigneusement définie.

Ce qui le rend si attrayant, c’est que ses propriétés structurelles et physico-chimiques uniques, ainsi que sa résistance à l’oxydation, lui permettront de résister au stress thermique des réacteurs nucléaires à haute température avec la solvabilité dont ils ont besoin. En fait, selon l’INL, les cinq matériaux qui jusqu’à récemment pouvaient être utilisés dans la fabrication de ces réacteurs ne pouvaient pas être utilisés à des températures supérieures à 750 ºC, alors que l’alliage 617 pouvait fonctionner à des températures jusqu’à 950 ° C.

Que des matériaux aussi prometteurs soient disponibles pour les ingénieurs impliqués dans la conception des centrales nucléaires de quatrième génération nous invite à envisager l’avenir de l’énergie nucléaire avec optimisme. Il est encore nécessaire de résoudre deux des grands défis posés par cette technologie de production d’électricité: le coût élevé du démarrage des centrales électriques et La gestion des déchets. Mais c’est un autre débat, et précisément certaines des conceptions de centrales nucléaires de quatrième génération sur lesquelles les ingénieurs travaillent proposent des solutions à ces défis.

Plus d’informations | Forum nucléaire | Département de l’énergie des États-Unis

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