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Fragilisation par rayonnement neutronique

1950
Inspection de la cuve sous pression d'un réacteur nucléaire pour détecter la fragilisation par le rayonnement neutronique.

La fragilisation neutronique est la perte de ductilité et la ténacité des matériaux soumis à une irradiation neutronique. Dans les réacteurs nucléaires, les neutrons à haute énergie déplacent les atomes de leurs sites de réseau, créant des défauts tels que des vides et des interstitiels. Ces défauts s'accumulent et forment des amas qui entravent le mouvement des dislocations, augmentant ainsi la dureté et la résistance du matériau, mais réduisant fortement sa capacité à se déformer plastiquement avant de se fracturer.

Une conséquence critique de la fragilisation neutronique est le déplacement vers le haut de la température de transition ductile-fragile (TDFR). La TDFR est la température en dessous de laquelle un matériau se comporte de manière fragile et au-dessus de laquelle il est ductile. Pour les cuves de réacteur, généralement en acier ferritique, ce déplacement signifie que la cuve pourrait devenir fragile à ses températures normales de fonctionnement, ce qui représente un risque de sécurité important, notamment lors des cycles thermiques d'arrêt ou de démarrage. L'ampleur du déplacement de la TDFR dépend de la fluence neutronique (nombre total de neutrons par unité de surface), du spectre d'énergie neutronique, de la température d'irradiation et de la composition du matériau (par exemple, la teneur en cuivre et en nickel peut accélérer la fragilisation).

La nouveauté de cette découverte était considérable, car elle introduisait un nouveau mécanisme de dégradation basé non pas sur la corrosion chimique ou la fatigue mécanique, mais sur les interactions entre particules subatomiques. La compréhension et la quantification de cet effet sont devenues un élément fondamental de l'ingénierie et de la sûreté nucléaires. Pour gérer cette situation, les centrales nucléaires mettent en œuvre des programmes de surveillance où des échantillons du matériau de la cuve sont placés à l'intérieur du réacteur, prélevés périodiquement et testés afin de suivre la progression de la fragilisation, garantissant ainsi le maintien de la cuve dans les limites de sécurité opérationnelle tout au long de sa durée de vie.

UNESCO Nomenclature: 3308
- Science des matériaux

Type

Processus physique

Perturbation

Fondamentaux

Utilisation

Une utilisation répandue

Précurseurs

  • découverte du neutron par James Chadwick
  • développement du premier réacteur nucléaire (chicago pile-1)
  • prédiction par eugene wigner des dommages causés par les radiations dans les solides (effet wigner)
  • progrès de la microscopie électronique pour visualiser les défauts du réseau cristallin
  • développement de la mécanique de la rupture par AA Griffith

Applications

  • programmes d'évaluation et de prolongation de la durée de vie des cuves de réacteurs nucléaires (RPV)
  • développement d'alliages résistants aux radiations pour les réacteurs de fission et de fusion de nouvelle génération
  • programmes de surveillance des matériaux dans les installations nucléaires pour surveiller la dégradation
  • modélisation prédictive des performances des matériaux dans des environnements à fort rayonnement
  • conception de composants de blindage et de structure pour engins spatiaux et satellites

Brevets :

NA

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