Science des Matériaux nucléaires

L'institut Science des Matériaux nucléaires NMS effectue des recherches sur les matériaux structurels et fonctionnels faisant partie des systèmes nucléaires actuels et futurs. Le choix des matériaux pour les divers composants et le projet fonctionnel qui détermine les conditions de fonctionnement, constituent la pierre angulaire pour la réalisation de systèmes de réacteur sûrs et durables.

Applications

L'institut traite les applications liées à

• Les réacteurs de production d'énergie
• Les installations de recherche
• Les matériaux pour l'imagerie médicale et la thérapie
• La production de semi-conducteurs industriels

La recherche des applications de réacteurs se concentre sur les matériaux utilisés dans le cœur d'un réacteur nucléaire. Ces matériaux peuvent généralement être subdivisés en deux grandes classes:

• Les matériaux de structure métalliques (qui assurent le refroidissement et le confinement du cœur)
• Les combustibles céramiques ou métalliques (qui fournissent l'énergie du réacteur)

Les radio-isotopes et les semi-conducteurs sont produits dans des réacteurs d'essai et offrent des possibilités uniques au secteur médical et électronique. Leur production exige des laboratoires spécialisés, capables de fournir les matériaux de manière sûre et qualitative.

Tendances actuelles

Dans le cœur du réacteur de fission, le processus de fission - et les produits de fission qui en résultent - ainsi que le champ neutronique constituent l'environnement typique du fonctionnement nucléaire. Ceci donne lieu à une modification constante de la composition chimique du combustible et des dégâts d'irradiation, tant dans le combustible (à cause des fragments de fission et des neutrons) que dans les matériaux de structure (à cause des neutrons à haute énergie).

Ces dégâts d'irradiation peuvent avoir d'importantes conséquences sur le comportement des matériaux.

• L'irradiation peut fragiliser les matériaux de structure, ce qui diminuera la marge de sécurité pour les ruptures de structure durant la durée de vie.
• Une exposition prolongée aux rayonnements et/ou l'environnement du réfrigérant du réacteur peuvent également causer une corrosion sous tension, entraînant des fuites ou des fissures dans les composants.
• Les combustibles subiront des modifications des propriétés physiques et chimiques; ces modifications augmenteront suivant que la quantité d'énergie déjà fournie augmente. Ceci modifiera la capacité du combustible d'évacuer la chaleur produite par la fission nucléaire, tandis que le risque d'une libération de produits de fission radioactifs à partir du combustible peut augmenter. Ici aussi, il est de grande importance de connaître la marge de sécurité restante et de pouvoir faire une optimisation fondée de l'utilisation du combustible sans mettre en péril la sécurité.

Les tendances actuelles dans le monde nucléaire impliquent une utilisation prolongée des installations et des matériaux existants. En même temps on met au point de nouveaux systèmes nucléaires avancés qui font un meilleur usage des réserves de combustible disponibles, qui génèrent moins de déchets et atteignent un rendement plus élevé. Ceci signifie qu'on évolue vers une température d'utilisation plus élevée, des irradiations plus intenses (en ce qui concerne la dose et l'énergie) et des réfrigérants plus performants (métaux liquides ou gaz à haute température). Etant donné que les matériaux faisant partie des systèmes de fusion sont soumis à des contraintes similaires, les compétences développées pour la fission peuvent également être appliquées pour les matériaux utilisés dans les réacteurs de fusion.

NMS stratégie de recherche

Ces tendances renforcent la demande de nouvelles données expérimentales, d'applications avancées de connaissances existantes et de modèles permettant une extrapolation fiable des connaissances acquises en laboratoire vers les conditions du réacteur (tant pour les réacteurs existants obsolescents que pour de nouveaux concepts de réacteur, pour lesquels les conditions diffèrent de ce qui est actuellement faisable dans les installations de recherche). Afin de répondre à ces défis, l'institut NMS a développé une stratégie de recherche basée sur une synergie entre trois aspects de la recherche de matériaux:

• La recherche expérimentale du comportement des matériaux dans des conditions de réacteur, afin de générer des données fiables à des fins industrielles et scientifiques.
• La recherche fondamentale de matériaux afin de comprendre une explication mécaniste et physique pour les tendances observées dans le comportement des matériaux.
• La description des notions obtenues dans des modèles mathématiques validés au moyen des données obtenues et permettent l'extrapolation fiable des résultats.

Cette combinaison de recherche expérimentale et théorique a pour but d'assurer l'expertise propre et, en même temps, de pouvoir offrir à l'industrie des services à grande valeur ajoutée.

Directeur d'institut: Sannen Leo
Directeur adjoint d'institut: Scibetta Marc

Leaflet NMS (547 kB)

Des informations plus détaillées sur l'institut NMS et ses groupes d'expertise et la recherche vous trouvez dans la section 'Our Research - Nuclear Materials Science'.