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 Métallurgie nucléaire

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lgda



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MessageSujet: Métallurgie nucléaire   Dim 7 Mar 2010 - 23:09

En Suisse, une de nos quatre centrales nucléaires souffre de fissures de la cuve du réacteur.
La fissure fait plusieurs mètres de long et plusieurs centimètres de large mais elle est sous contrôle, nous dit-on...

Qu'est ce qui peut ainsi amener le métal de la cuve à se fissurer ?

Je suppose que ces cuves sont en acier plus ou moins fortement allié et je me demande quel est le type de dégradation qui se produit à l'intérieur de la cuve.
Quel(s) rayonnement(s) est(sont) responsable(s) ?
-Alpha ?
-Bêta ?
-Gamma ?
-Delta ?
-Et ta (soeur) ?
-X ?

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Nieur



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MessageSujet: Re: Métallurgie nucléaire   Dim 7 Mar 2010 - 23:39

De mémoire, ce sont les neutrons qui fragilisent l'acier. Cf la discussion sur un tokamak et la fatigue de l'enveloppe développée par Narduccio.
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lgda



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MessageSujet: Re: Métallurgie nucléaire   Dim 7 Mar 2010 - 23:50

Nieur a écrit:
De mémoire, ce sont les neutrons qui fragilisent l'acier. Cf la discussion sur un tokamak et la fatigue de l'enveloppe développée par Narduccio.
C'est aussi ce que j'ai toujours lu mais je me demande si c'est une explication exhaustive ou non.

Accessoirement, quel est le mode de dégradation provoqué par les neutrons ?
Est ce macro ou microscopique ?
Moléculaire ou atomique ?

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Anthracite

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MessageSujet: Re: Métallurgie nucléaire   Dim 7 Mar 2010 - 23:53

Citation :
De mémoire, ce sont les neutrons qui fragilisent l'acier. Cf la discussion sur un tokamak et la fatigue de l'enveloppe développée par Narduccio.

Ce que je confirme.
Bon, c'est beaucoup moins que la fusion.
Pour la fission, il y a de l'eau qui freine, mais à la longue...
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Nieur



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MessageSujet: Re: Métallurgie nucléaire   Dim 7 Mar 2010 - 23:55

lgda a écrit:

Accessoirement, quel est le mode de dégradation provoqué par les neutrons ?
Est ce macro ou microscopique ?
Moléculaire ou atomique ?
L'acier n'est pas une molécule, donc je pense que l'altération doit résulter de la transmutation du fer en atome instable à courte demi-vie, et pouf le petit trou dans le matériau quand l'atome se désintègre.
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Anthracite

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MessageSujet: Re: Métallurgie nucléaire   Dim 7 Mar 2010 - 23:57

Ben les neutrons sont des projectiles, donc au niveau des atomes et le résultat est que l'acier, pour ce que j'en sais, de mémoire, perd sa résistance en température.
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lgda



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MessageSujet: Re: Métallurgie nucléaire   Lun 8 Mar 2010 - 0:18

Anthracite a écrit:
Ben les neutrons sont des projectiles, donc au niveau des atomes et le résultat est que l'acier, pour ce que j'en sais, de mémoire, perd sa résistance en température.
Oui les neutrons sont des projectiles mais comment agissent ils ?
Si c'est au niveau atomique, est ce en transmutant les atomes de fer, de carbone ou des autres éléments de l'acier (si oui, lesquels ?) ?
Si c'est au niveau du cristal, est ce que l'énergie apportée par le neutron est suffisante pour briser les liaisons entre les atomes ? dans ce cas-là, de quelle manière ?

Perso je penche plutôt pour une action au niveau des liaisons entre atomes car je présume que cela requiert une énergie moindre pour briser ces liaisons.

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Anthracite

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MessageSujet: Re: Métallurgie nucléaire   Lun 8 Mar 2010 - 0:24

lgda a écrit:

Perso je penche plutôt pour une action au niveau des liaisons entre atomes car je présume que cela requiert une énergie moindre pour briser ces liaisons.
Tu dois avoir raison, je ne me souviens plus très bien de ce qui se passe exactement...
Je vais tenter de retrouver l'article
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Arthas



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MessageSujet: Re: Métallurgie nucléaire   Lun 8 Mar 2010 - 1:03

lgda a écrit:
En Suisse, une de nos quatre centrales nucléaires souffre de fissures de la cuve du réacteur.
La fissure fait plusieurs mètres de long et plusieurs centimètres de large mais elle est sous contrôle, nous dit-on...
T'as un lien là dessus ?
C'est des fissures ouvertes ou superficielles ?
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lgda



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MessageSujet: Re: Métallurgie nucléaire   Lun 8 Mar 2010 - 7:37

Arthas a écrit:
lgda a écrit:
En Suisse, une de nos quatre centrales nucléaires souffre de fissures de la cuve du réacteur.
La fissure fait plusieurs mètres de long et plusieurs centimètres de large mais elle est sous contrôle, nous dit-on...
T'as un lien là dessus ?
C'est des fissures ouvertes ou superficielles ?
C'est comme la dorsale médio atlantique à échelle réduite...

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buck



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MessageSujet: Re: Métallurgie nucléaire   Lun 8 Mar 2010 - 10:55

C'est plutot du choc elastique ou non elastique qui fragilise les materiaux et la temperature. Chocs du au bombardement de neutrons entre autres (les rayonnement jouent aussi un role)
Prend un balle de tennis et un mur: tu lance la balle sur ton mur pdt tres longtemps, a force le mur va se fissurer, car les chocs produisent des microvibrations. Ces microvibrations vont titiller les defauts du materiaux, et aggraver les defauts. Et creer des fissures au bout d'un certain temps

La temperature est un facteur aggravant supplementaire
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Nieur



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MessageSujet: Re: Métallurgie nucléaire   Lun 8 Mar 2010 - 13:01

Citation :
olutions microstructurales qui, à la longue, modifient les propriétés de cet acier. Ce texte fait le point sur l'identification et la caractérisation des ces évolutions en termes de ségrégation d'atomes à l'origine de l'évolution des propriétés mécaniques. Il s'agit du bilan d'un travail mené principalement à l'aide des techniques de sonde atomique sur l'acier de la cuve du réacteur A de la centrale de Chooz. Le matériau a été irradié dans les conditions de service pendant 16 années dans le cadre du programme de surveillance. Nos résultats montrent que l'irradiation neutronique provoque l'apparition d'amas très dilués d'atomes de cuivre, nickel, manganèse, silicium, phosphore,... Des travaux antérieurs ont montré qu'une restauration des propriétés mécaniques du matériau sévèrement irradié était possible en pratiquant des traitements thermiques de recuit. Dans le cas de l'acier étudié, un traitement de 20 heures à 450°C a été suffisant pour retrouver les valeurs de la dureté avant irradiation. Nous avons montré qu'en termes de ségrégation atomique, l'évolution microstructurale correspondante se caractérisait par une rapide dissolution des amas dilués formés sous irradiation et par la précipitation d'une faible densité de particules constituées pratiquement de cuivre pur.
Source : http://jp4.journaldephysique.org/index.php?option=article&access=standard&Itemid=129&url=/articles/jp4/pdf/2001/01/jp4200111PR104.pdf
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lgda



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MessageSujet: Re: Métallurgie nucléaire   Lun 8 Mar 2010 - 14:33

Merci, ça semble très intéressant mais je n'y ai pas accès depuis mon poste actuel...

J'essaie ce soir de la maison.

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Nieur



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MessageSujet: Re: Métallurgie nucléaire   Lun 8 Mar 2010 - 15:08

Je me suis gourançé dans le lien, mais de tte façon c'est un résumé d'article payant (foutu internet 2.0 monétisé...)
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buck



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MessageSujet: Re: Métallurgie nucléaire   Lun 8 Mar 2010 - 15:38

pas du 2.0 specialement, les papiers du jdp, ieee, science, nature ont toujours ete payants malheureusement
Merci pour cette correction en tout cas
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Nieur



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MessageSujet: Re: Métallurgie nucléaire   Lun 8 Mar 2010 - 15:56

buck a écrit:

Merci pour cette correction en tout cas
Tu valides la transmutation alors ? Parce que le passage que j'ai surligné n'est pas forcément explicite (ça pourrait venir d'une migration de certains atomes).
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lgda



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MessageSujet: Re: Métallurgie nucléaire   Lun 8 Mar 2010 - 16:00

Citation :
l'apparition d'amas très dilués d'atomes de cuivre, nickel, manganèse, silicium, phosphore

Malgré tout je suis surpris par cette réponse car cela signifie pour moi qu'il y a soit une migration d'atomes déjà présents soit transmutation à partir d'atomes qui ne sont pas Cu, Ni, Mn, Si ou P au départ.

Dans le cas d'une migration, je ne vois pas le processus et dans le cas d'une transmutation je ne comprends pas la réversibilité par recuit...

Et si les atomes ne mouvent ni ne mutent, je n'y comprends plus rien !

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buck



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MessageSujet: Re: Métallurgie nucléaire   Lun 8 Mar 2010 - 16:26

Nieur a écrit:
buck a écrit:

Merci pour cette correction en tout cas
Tu valides la transmutation alors ? Parce que le passage que j'ai surligné n'est pas forcément explicite (ça pourrait venir d'une migration de certains atomes).
Non je ne valide pas, car pour ma part ca reste un doute sur leur origine.
Je penche plutot par migration des defauts. Un recuit maitrise, (dc exit la temperature de fonctionnement) permet de dissoudre ces defauts (phenomene de diffusion). On procede de cette maniere en microelectronique, pour rendre un cristal amorphisé (= introduction de defauts lacunaires et interstitiels par implantation ionique) en un cristal
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narduccio



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MessageSujet: Re: Métallurgie nucléaire   Lun 8 Mar 2010 - 17:01

Pour autant que j'en sais, il s'agit de fragilisation sous rayonnement. Avec un phénomène aggravant qui vient des micro-fissures dues à l'usinage de la cuve. C'est pour cela que tous les 10 ans, à EDF, on procède à une inspection de la cuve avec un robot qui allie plusieurs moyens de contrôle (optiques et courants de Foucault, si j'ai bonne mémoire). On détecte les fissures existantes et on compare avec les inspections initiales et intermédiaires.

Pour les réparations des fissures il y a une méthode qui fonctionne, mais apparemment pour une durée limitée : le recuit de la cuve. On chauffe la cuve à 600°C et on contrôle son refroidissement. Cette opération se fait en place avec l'aide d'un robot.

ALors qu'on pensait que la cuve était l'un des seuls éléments de la centrale qui serait impossible à changer, des études préliminaires menées par EDF et Areva montrent que ce n'est pas le cas. Ce serait un chantier couteux, un chantier qu'il faudrait mener de manière attentive pour éviter de contaminer les intervenants ou de les irradier. Mais, il semble que ce soit faisable et que l'opération soit rentable si on obtient de l'ASN la garantie que la centrale puisse fonctionner un certain temps.
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lgda



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MessageSujet: Re: Métallurgie nucléaire   Lun 8 Mar 2010 - 17:20

buck a écrit:
Je penche plutot par migration des defauts. Un recuit maitrise, (dc exit la temperature de fonctionnement) permet de dissoudre ces defauts (phenomene de diffusion). On procede de cette maniere en microelectronique, pour rendre un cristal amorphisé (= introduction de defauts lacunaires et interstitiels par implantation ionique) en un cristal
Traduit dans mon langage de béotien, ça veut dire que les neutrons jouent à la pétanque avec des atomes de Cu, Ni, Mn, Si, etc. déjà présents et les chassent de leur position ce qui provoque un dérangement local du réseau cristallin avec rupture des liaisons entre atomes.
Un réchauffement modéré augmente le mouvement brownien, ce qui permet aux atomes préalablement déplacés de reprendre leur place dans les réseaux cristallins et de rétablir les propriétés mécaniques des aciers ??

Merci docteur pour la consultation !

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narduccio



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MessageSujet: Re: Métallurgie nucléaire   Lun 8 Mar 2010 - 17:26

En fait, le gros problème, si je me souviens bien de mes cours de physique nucléaire, c'est que les neutrons ralentis vont être captés par les noyaux de Cu, Ni, Mn, Si, etc. Or, les noyaux activés peuvent se retrouver sous 2 formes différentes. Soit la forme avec un neutron de plus est aussi stable que la forme initiale et il ne se passe rien. Soit elle ne l'est pas et elle va se transformer avec l'émission de bétas ou de gammas. Or, cela fragilise la structure cristalline de l'acier en créant des trous. Comme l'acier est soumis à des contraintes (une pression de 155b à l'intérieur de la cuve), c'est petits trous dans la structure peuvent donner naissance à des micro-fissures. Et quand plusieurs micros fissures se rejoignent, on obtient une fissure.

Le recuit permet de relâcher les contraintes et d'éliminer une partie des défauts.
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buck



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MessageSujet: Re: Métallurgie nucléaire   Lun 8 Mar 2010 - 17:35

Narduccio: le soucis vient justement de ce qui entendu par fragilisation sous rayonnement: est ce que les neutrons font de la transmutation, ou les chocs des neutrons qui font vibrer les atomes et leur permet de bouger ou autre ?

Lgda: presque Very Happy on a deplacement de paire de atome et defaut qui bougent ensemble sous l'effet de la chaleur ambiante (ils ont une cinetique en exp(-KbT)) . Imagine un atome et un emplacement cristallographique vide (=un trou), tu as un gradient de temperature de B vers C. Le trou et l'atome sont plus ou moins lies ensemble, si le trou est derriere l'atome ( B...TA...C ), le flux de temperature va bouger le trou pour qu'il se place devant l'atome (B....AT..C), l'atome va tomber dans ce trou, et donc former un trou derriere lui (B....TA..C), ainsi de suite.

Le recuit simule (je crois que c'est ce terme qui est utilise) permet de ne bouger que les defaut car apporte assez d'energie aux defaut mais pas aux atomes)
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narduccio



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MessageSujet: Re: Métallurgie nucléaire   Lun 8 Mar 2010 - 17:43

buck a écrit:
Narduccio: le soucis vient justement de ce qui entendu par fragilisation sous rayonnement: est ce que les neutrons font de la transmutation, ou les chocs des neutrons qui font vibrer les atomes et leur permet de bouger ou autre ?

Si mes souvenirs sont bons, les neutrons qui sont à la bonne vitesse vont être capturés par des noyaux stables. Ces noyaux ne seront plus tous stables avec un neutron excédentaires et ils vont transmuter en un autre noyau après avoir émis, soit des bétas, soit des alphas.
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MessageSujet: Re: Métallurgie nucléaire   Lun 8 Mar 2010 - 17:47

J'ai compris ceci:
buck a écrit:
Narduccio: le soucis vient justement de ce qui entendu par fragilisation sous rayonnement: est ce que les neutrons font de la transmutation, ou les chocs des neutrons qui font vibrer les atomes et leur permet de bouger ou autre ?

Lgda: presque Very Happy on a deplacement de paire de atome et defaut qui bougent ensemble sous l'effet de la chaleur ambiante . Imagine un atome et un emplacement cristallographique vide (=un trou). Le trou et l'atome sont plus ou moins lies ensemble, si le trou est derriere l'atome, , l'atome va tomber dans ce trou, et donc former un trou derriere lui , ainsi de suite.

Ce que je n'ai pas compris :
buck a écrit:

- ils ont une cinetique en exp(-KbT)
- tu as un gradient de temperature de B vers C.
- si le trou est derriere l'atome ( B...TA...C ), le flux de temperature va bouger le trou pour qu'il se place devant l'atome (B....AT..C)
- donc former un trou derriere lui (B....TA..C)

Le recuit simule (je crois que c'est ce terme qui est utilise) permet de ne bouger que les defaut car apporte assez d'energie aux defaut mais pas aux atomes)

Pour moi, un défaut de la matière, c'est un décollement entre molécules, par exemple, tu tapes fortement un verre et une fissure se forme, tu vois qu'il y a solution de continuité dans la matière et tu entends que le son a changé.
Perso, je ne vois pas comment déplacer la fissure (en avant, en arrière, à gauche, à droite, en haut, en bas, en rotation) en chauffant le verre ou le métal.
Ce que je crois, c'est que si je chauffe assez la matière, je permettrai aux atomes de reformer la liaison brisée.

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buck



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MessageSujet: Re: Métallurgie nucléaire   Lun 8 Mar 2010 - 17:55

narduccio a écrit:

Si mes souvenirs sont bons, les neutrons qui sont à la bonne vitesse vont être capturés par des noyaux stables. Ces noyaux ne seront plus tous stables avec un neutron excédentaires et ils vont transmuter en un autre noyau après avoir émis, soit des bétas, soit des alphas.
Ok merci
Je ne pensais pas qu'ils avaient l'energie suffisante pour la capture
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MessageSujet: Re: Métallurgie nucléaire   

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