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Dans une étude pré-démontrée publiée dans le Journal of Nuclear Materials, de l'acier inoxydable austénitique fraîchement fabriqué avec des précipités de NbC nanométriques uniformément répartis (ARES-6) et de l'acier inoxydable 316 conventionnel ont été examinés sous irradiation aux ions lourds. Comportement post-gonflement pour comparer les avantages de l'ARES-6.
Étude : Résistance au gonflement de l'acier inoxydable austénitique contenant des précipités de NbC nanométriques uniformément répartis sous irradiation aux ions lourds. Crédit image : Parilov/Shutterstock.com
Les aciers inoxydables austénitiques (SS) sont couramment utilisés comme composants internes fabriqués dans les réacteurs à eau légère modernes où ils sont exposés à des flux de rayonnement élevés.
La modification de la morphologie des aciers inoxydables austénitiques lors de la capture de neutrons affecte négativement des paramètres physiques tels que le durcissement par rayonnement et la décomposition thermique. Les cycles de déformation, la porosité et l'excitation sont des exemples d'évolution de la microstructure induite par rayonnement, fréquemment observée dans les aciers inoxydables austénitiques.
De plus, l'acier inoxydable austénitique est sujet à une dilatation du vide induite par les radiations, ce qui peut entraîner la destruction potentiellement mortelle des composants du cœur du réacteur. Par conséquent, les innovations dans les réacteurs nucléaires modernes, offrant une durée de vie plus longue et une productivité accrue, nécessitent l'utilisation d'assemblages complexes capables de résister à des radiations plus importantes.
Depuis le début des années 1970, de nombreuses méthodes ont été proposées pour le développement de matériaux radioactifs. Dans le cadre des efforts visant à améliorer l'efficacité du rayonnement, le rôle des principaux aspects de l'élasticité de dilatation sous vide a été étudié. Cependant, les aciers inoxydables austénitiques à forte teneur en nickel étant très sensibles à la fragilisation par rayonnement due à la déformation des gouttelettes d'hélium, les aciers inoxydables à faible teneur en austénitique ne peuvent garantir une protection adéquate contre la corrosion en conditions corrosives. L'amélioration de l'efficacité du rayonnement par l'ajustement de la configuration de l'alliage présente également certaines limites.
Une autre approche consiste à inclure diverses caractéristiques microstructurales pouvant servir de points de drainage pour les défaillances ponctuelles. Le puits peut contribuer à l'absorption des défauts intrinsèques induits par le rayonnement, retardant ainsi la formation de trous et de cercles de déplacement créés par le regroupement des lacunes et des interstices.
De nombreuses dislocations, de minuscules précipités et des structures granulaires ont été proposés comme absorbeurs susceptibles d'améliorer l'efficacité du rayonnement. La conception conceptuelle de la vitesse dynamique et plusieurs études observationnelles ont révélé les avantages de ces caractéristiques microstructurales pour supprimer l'expansion des vides et réduire la séparation des composants induite par le rayonnement. Cependant, l'espace se résorbe progressivement sous l'effet du rayonnement et ne remplit pas pleinement sa fonction de point de drainage.
Les chercheurs ont récemment produit de l’acier inoxydable austénitique avec une proportion comparable de précipités de carbure de nano-niobium uniformément dispersés dans la matrice en utilisant un procédé industriel de fabrication d’acier qui a ensuite été nommé ARES-6.
La plupart des précipités devraient fournir suffisamment de puits pour les défauts intrinsèques aux rayonnements, augmentant ainsi l'efficacité des alliages ARES-6. Cependant, la présence de précipités microscopiques de carbure de niobium n'offre pas les propriétés de résistance aux rayonnements attendues compte tenu de la structure.
L'objectif de cette étude était donc de tester l'effet positif des petits carbures de niobium sur la résistance à l'expansion. Les effets du débit de dose sur la longévité des agents pathogènes nanométriques lors d'un bombardement ionique lourd ont également été étudiés.
Pour étudier l'augmentation de l'écart, un alliage ARES-6 nouvellement produit, contenant des nanocarbures de niobium uniformément dispersés, a excité de l'acier industriel et l'a bombardé d'ions nickel de 5 MeV. Les conclusions suivantes sont basées sur des mesures de gonflement, des études de microstructure par microscopie électronique nanométrique et des calculs de résistance aux chutes.
Parmi les propriétés microstructurales de l'ARES-6P, la forte concentration en précipités de carbure de nanoniobium est la principale raison de l'élasticité accrue lors du gonflement, bien que la forte concentration en nickel joue également un rôle. Compte tenu de la fréquence élevée des déplacements, l'ARES-6HR a présenté une expansion comparable à celle de l'ARES-6SA, ce qui suggère que, malgré la résistance accrue de la structure du réservoir, le déplacement de l'ARES-6HR seul ne peut pas fournir un site de drainage efficace.
Après bombardement par des ions lourds, la nature quasi-cristalline à l'échelle nanométrique des précipités de carbure de niobium est détruite. Par conséquent, lors de l'utilisation de l'installation de bombardement par ions lourds utilisée dans ce travail, la plupart des agents pathogènes préexistants dans les échantillons non irradiés se sont progressivement dissipés dans la matrice.
Bien que la capacité de drainage de l'ARES-6P soit censée être trois fois supérieure à celle de la plaque en acier inoxydable 316, l'augmentation mesurée de l'expansion est d'environ sept fois.
La dissolution des précipités de nanocarbure de niobium lors de l'exposition à la lumière explique l'écart important entre la résistance au gonflement attendue et réelle de l'ARES-6P. Cependant, les cristallites de nanocarbure de niobium devraient être plus durables à des doses plus faibles, et l'élasticité de dilatation de l'ARES-6P sera considérablement améliorée à l'avenir dans les conditions normales d'une centrale nucléaire.
Shin, JH, Kong, BS, Jeong, C., Eom, HJ, Jang, C., et AlMousa, N. (2022). Shin, JH, Kong, BS, Jeong, C., Eom, HJ, Jang, C., et AlMousa, N. (2022). Shin, JH, Kong, BS, Chon, K., Eom, HJ, Jang, K., et Al-Musa, N. (2022). Shin, JH, Kong, BS, Jeong, C., Eom, HJ, Jang, C., et AlMousa, N. (2022). Shin, JH, Kong, BS, Jeong, C., Eom, HJ, Jang, C., et AlMousa, N. (2022). Shin, JH, Kong, BS, Chon, K., Eom, HJ, Jang, K., et Al-Musa, N. (2022).Résistance au gonflement de l'acier inoxydable austénitique avec des précipités de NbC nanométriques uniformément répartis sous irradiation par des ions lourds. Journal of Nuclear Materials. Disponible sur : https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0022311522001714?via%3Dihub.
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Shahir est diplômé de la Faculté de génie aérospatial de l'Institut de technologie spatiale d'Islamabad. Il a mené des recherches approfondies sur les instruments et capteurs aérospatiaux, la dynamique computationnelle, les structures et matériaux aérospatiaux, les techniques d'optimisation, la robotique et les énergies propres. L'année dernière, il a travaillé comme consultant indépendant dans le domaine du génie aérospatial. La rédaction technique a toujours été son point fort. Qu'il remporte des prix lors de compétitions internationales ou des concours locaux, il excelle. Shahir est passionné d'automobile. De la Formule 1 à la lecture de l'actualité automobile en passant par le karting, sa vie tourne autour de l'automobile. Passionné de sport, il s'efforce toujours de trouver du temps pour s'y consacrer. Le squash, le football, le cricket, le tennis et la course automobile sont ses loisirs préférés.
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Hot sweat, Shahr. 2022. Analyse de la résistance au gonflement de nouveaux alliages nanomodifiés par réacteur. AZoNano, consulté le 11 septembre 2022, https://www.azonano.com/news.aspx?newsID=38861.
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