Comportement des matériaux dans le cœur d’un réacteur nucléaire : Dossier complet

Présentation

Auteur(s)

Maurice GAUTHRON : Ingénieur à la division de métallurgie et des combustibles nucléaires du Commissariat à l’Énergie Atomique (CEN - Saclay) Professeur à l’École Centrale des Arts et Manufactures Professeur à l’Institut National des Sciences et Techniques Nucléaires
Pierre MOTTET : Ingénieur au Commissariat à l’Énergie Atomique Adjoint au Chef de Service de Recherches Métallurgiques Appliquées au Centre d’Études Nucléaires de Saclay

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INTRODUCTION

1. Classement des différents défauts d’irradiation

1.1 Déplacements d’atomes

1.1.1 Phénomène instantané

1.1.2 Évolution dans le temps des défauts restants

1.2 Réactions nucléaires. Bulles de gaz à haute température

2. Effets pratiques des déplacements d’atomes

2.1 Effet Wigner à très basse température

2.2 Durcissement par les amas à basse température et faible flux neutronique

2.3 Durcissement par les boucles à basse température et flux neutronique important

2.4 Précipitation dirigée des boucles : fluage et croissance

2.5 Gonflement par lacunes à moyenne température

2.6 Recuit des défauts d’irradiation par déplacement d’atomes

3. Effets pratiques des réactions nucléaires

3.1 Gonflement par gaz à haute température

3.2 Fragilisation intergranulaire

4. Effets de diffusion thermique dans les matériaux en pile

4.1 Transformations métallurgiques

4.2 Densification des céramiques

4.3 Réactions chimiques

5. Comportement des différents matériaux

5.1 Comportement de l’uranium métallique

5.2 Comportement de l’oxyde d’uranium fritté

5.3 Comportement du Zircaloy

5.4 Comportement des aciers

5.4.1 Aciers ferritiques de cuve

5.4.2 Aciers austénitiques de gainage

5.5 Comportement du graphite

5.5.1 Caractères spécifiques du graphite

5.5.2 Effet Wigner

L’effet de l’irradiation par les neutrons dans un réacteur nucléaire est souvent complexe parce que les différents défauts possibles réagissent les uns sur les autres, et ce de façon différente suivant les matériaux. Pour clarifier notre exposé nous allons donc le diviser en trois parties :

dans une première partie nous classerons les défauts sans nous occuper de leurs effets (§ 1) ;

dans une deuxième partie, nous dégagerons les règles générales concernant les interactions et les effets des différents défauts sur les propriétés des matériaux (§ 2.3 et 4) ;

puis, nous appliquerons ces règles au cas particulier de chaque matériau (§ 5).

Le lecteur aura avantage à suivre le plan de l’article pour se situer en permanence dans le contexte exact et éviter les confusions.

Pour les définitions des différentes caractéristiques métallurgiques, le lecteur pourra consulter les articles spécialisés du traité Matériaux métalliques.

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