Compréhension des mécanismes de prise d’hydrogène des alliages de zirconium : effet de l’irradiation aux ions sur la fraction d’hydrogène absorbé du M5Framatome
Résumé
Les alliages de zirconium sont utilisés comme matériaux de gainages des crayons combustibles dans les réacteurs à eau pressurisée (REP). Sous l’effet du milieu primaire, les gaines se corrodent et une partie de l’hydrogène produit par l’oxydation pénètre dans l’oxyde, diffuse jusqu’au métal où il peut précipiter sous forme d’hydrures fragilisant. Alors que l’alliage historique, le Zircaloy-4, présente une fraction d’hydrogène absorbé (FHA) constante et relativement élevée durant son temps de séjour en réacteur, la FHA de l’alliage M5Framatome (Zr-1Nb) reste faible et aurait tendance à décroitre pour des hauts taux de combustion. Une des hypothèses permettant d’expliquer une telle différence entre ces deux alliages est l’effet combiné de la présence de niobium et de l’irradiation par les neutrons. Sous irradiation, des aiguilles de β-Nb précipitent dans le métal et des défauts de type Frenkel sont créés par les cascades de déplacements provoquées par les neutrons.
L’objectif de cette étude est de comprendre les effets respectifs de l’irradiation du métal et de l’oxyde sur la FHA du M5Framatome.
Des irradiations aux ions ont été utilisées pour simuler l’impact des neutrons. Après irradiation, les échantillons ont été exposés en autoclave à des conditions représentatives des réacteurs à eau pressurisée (REP) pendant 160 jours. Pour limiter le recuit des défauts d’irradiation lors de la corrosion à 360 °C, des irradiations supplémentaires ont été réalisées tous les 50 jours passés en autoclave. Les évolutions de l’oxydation et de la prise d’hydrogène ont été suivies par des mesures de prises de masse et des dosages de l’hydrogène par fusion. Des expositions isotopiques en eau lourde ont ensuite été effectuées afin d’étudier la vitesse de diffusion de l’hydrogène dans l'oxyde ainsi que leurs chemins de diffusion en fonction de l'irradiation. Ces paramètres ont été définis par spectrométrie de masse à ionisation secondaire (SIMS) et par sonde atomique tomographique.
A partir des résultats obtenus, un mécanisme de prise d’hydrogène en REP est proposé pour l’alliage M5Framatome.
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)