Les cuves de réacteur avancées renforcent les normes de sécurité nucléaire

Imaginez un géant de l'acier enfoui au cœur d'une centrale nucléaire, endurant une pression et des radiations inimaginables tout en protégeant la recherche de l'humanité d'énergie propre.C'est le réacteur sous pression (RPV)Cet article approfondit cette composante essentielle, en explorant son ingénierie exceptionnelle, sa sélection rigoureuse des matériaux et l'évolution des technologies de sécurité..

Le réacteur est un composant essentiel des centrales nucléaires, qui agit comme une forteresse solide qui enveloppe le liquide de refroidissement, le bouclier du noyau et les ensembles de carburant.Contrairement aux réacteurs RBMK de l'ère soviétiqueLa plupart des centrales nucléaires modernes s'appuient sur des RPV pour la sécurité.Alors que les réacteurs sont généralement classés par type de liquide de refroidissement plutôt que par configuration de récipient, la présence et la conception du récipient sous pression ont une incidence directe sur la sécurité et l'efficacité d'une installation.

Les classifications courantes des réacteurs comprennent:

• Réacteurs à eau légère:Le type le plus largement utilisé, y compris les réacteurs à eau sous pression (PWR) et les réacteurs à eau bouillante (BWR).
• Réacteurs à modération par graphite:Exemple: le réacteur RBMK de Tchernobyl, dont les conceptions diffèrent nettement de la plupart des centrales nucléaires civiles dans le monde.
• Réacteurs thermiques refroidis au gaz:Il s'agit notamment de réacteurs à refroidissement par gaz (AGR) avancés, de réacteurs de reproduction rapide à refroidissement par gaz et de réacteurs à refroidissement par gaz à haute température.
• Réacteurs à eau lourde sous pression (PHWR):L'utilisation d'eau lourde (enrichie en deutérium) comme modérateur ou liquide de refroidissement.
• Réacteurs à refroidissement par métaux liquides:Utilisation de métaux fondus tels que des alliages de sodium ou de plomb-bismuth pour le refroidissement.
• Réacteurs à sel fondu (RSM):Utilisant des sels fondus à base de fluor comme liquide de refroidissement.

Parmi les principaux types de réacteurs utilisant des réacteurs sous pression, les réacteurs à gaz à effet de serre sont confrontés à un défi particulier: l'irradiation neutronique (ou flux neutronique) au cours de leur fonctionnement brise progressivement les matériaux des réacteurs.Les récipients BWR “de plus grande taille “ fournissent un meilleur blindage des neutronsBien que cela augmente les coûts de fabrication, il élimine le besoin de recuit pour prolonger la durée de vie.

Afin de prolonger la durée de vie des navires PWR, des fournisseurs de services nucléaires tels que Framatome (anciennement Areva) et des opérateurs développent des technologies de recuit.procédé à forte valeur ajoutée visant à restaurer les propriétés du matériau dégradées par une irradiation prolongée.

Malgré des variations de conception, tous les récipients sous pression PWR partagent des caractéristiques clés:

• Corps du navire:Le composant le plus important, les ensembles de carburant, le liquide de refroidissement et les structures de support, généralement cylindriques avec une ouverture supérieure pour le chargement du carburant.
• La tête du navire:Fixé au sommet, contenant des pénétrations pour les entraînements de la tige de commande et les sondes de niveau du liquide de refroidissement.
• Ensembles de carburant:"Système de traitement de l'uranium" est un système de traitement de l'uranium qui est composé d'une série de barres en forme de grille contenant de l'uranium ou des mélanges d'uranium et de plutonium.
• Écran du noyau:Une barrière cylindrique protégeant le récipient des neutrons rapides, qui provoquent la fragilité.

Les matériaux RPV doivent résister à des températures et à des pressions élevées tout en minimisant la corrosion.Les coquilles des navires utilisent généralement de l'acier ferritique à faible alliage plaqué de 3 à 10 mm d'acier inoxydable austénitique (pour les zones en contact avec le liquide de refroidissement)Des conceptions évolutives ont incorporé des alliages enrichis en nickel tels que SA-302 B (acier Mo-Mn) et SA-533/SA-508 pour une résistance de rendement améliorée.Ces aciers ferritiques Ni-Mo-Mn offrent une haute conductivité thermique et une résistance aux chocs, mais leur réponse aux rayonnements reste critique..

En 2018, Rosatom a développé une technologie de recuit thermique pour atténuer les dommages causés par les radiations, prolongeant la durée de vie du navire de 15 à 30 ans (démontrée à l'unité 1 de Balakovo).Les environnements nucléaires soumettent les matériaux à un bombardement incessant de particulesCes défauts, les vides, les dislocations ou les amas de solutes, s'accumulent au fil du temps, durcissant les matériaux tout en réduisant leur ductilité.Impuretés de cuivre (> 0).1 wt%) aggravent la fragilité, ce qui stimule la demande d'aciers "plus propres".

La déformation plastique par rampage sous contrainte prolongée s'intensifie à des températures élevées en raison d'une migration plus rapide des défauts.tandis que les ions hydrogène (de la radiolyse du liquide de refroidissement) induisent la fissuration par corrosion par contrainte via trois mécanismes théorisés: réduction de la cohésion, pression interne ou formation de cloques de méthane.

Des approches novatrices visent à stabiliser les atomes déplacés à l'aide de limites de grains, de solutes surdimensionnés ou de dispersions d'oxyde (par exemple, l'yttria).amélioration de la ductilité et de la résistance aux fissuresDes recherches supplémentaires sont nécessaires pour optimiser les alliages résistants aux radiations.

À compter de 2020, les principaux fabricants de VPR comprennent:

• Chine: industries lourdes de première ligne, Erzhong, Harbin Electric, Shanghai Electric
• France: Framatome
• Inde: aciers spéciaux L&T (avec BARC/NPCIL)
• Japon: Japanese Steel Works, société IHI
• Russie: OMZ-Izhora, ZiO-Podolsk et AEM-Atommash
• Corée du Sud: Doosan
• Royaume-Uni: Rolls-Royce (réacteurs navals)