Une équipe dirigée par des chercheurs du laboratoire national d'Oak Ridge du ministère de l'Énergie a mis au point un revêtement plus sûr pour les barres de combustible nucléaire.

Le nouveau matériel, un alliage de fer, chrome et aluminium, évite le zirconium. Par conséquent, cela devrait donner aux exploitants d'usines beaucoup plus de temps pour réagir à des incidents tels qu'une panne d'électricité d'une station.

Les barres de combustible des centrales nucléaires civiles ont été gainées d'un alliage de zirconium en évolution au cours des six dernières décennies. Le zirconium comme métal de base préféré a été choisi dans les années 1950 par Hyman Rickover, puis capitaine et plus tard amiral, alors qu'il travaillait pour prendre la technologie nucléaire et l'utiliser pour propulser des navires et des sous-marins.

Son choix de bardage, ainsi que les réacteurs à eau légère qui alimentaient ces navires, a été adapté par l'industrie de l'énergie nucléaire et domine les centrales dans le monde entier.

Le zirconium absorbe très peu des neutrons qui font fonctionner un réacteur nucléaire, les alliages de zirconium avaient donc un sens en tant que gaine de combustible, tant que le réacteur fonctionnait comme prévu. Si un réacteur perd son eau de refroidissement, cependant, le zirconium peut aggraver un problème grave.

"Le problème est que vous avez entre 20 et 40 tonnes de métal de zirconium dans ces cœurs de réacteurs, " a expliqué l'ingénieur nucléaire de l'ORNL Kurt Terrani, qui dirige le projet. "Le zirconium réagit avec la vapeur à haute température, et quand il réagit, il produit beaucoup de chaleur et beaucoup d'hydrogène."

Le travail pour l'équipe de Terrani, comme moteur d'innovation du consortium mené par General Electric, était de créer un alliage sans zirconium qui générerait le moins d'hydrogène possible lors d'incidents tout en égalant les performances de la gaine des crayons de combustible nucléaire utilisée aujourd'hui.

Le projet sortait de l'ordinaire pour au moins trois raisons, Terrani a expliqué. En premier lieu, l'équipe n'était pas intéressée à tester les alliages existants pour voir s'ils pouvaient être appropriés. Au lieu, il a conçu le nouvel alliage à partir de zéro avec une équipe diversifiée qui comprenait des experts en génie nucléaire, la science des matériaux, effets des radiations, corrosion, thermomécanique et fabrication d'alliages.

La démarche s'est appuyée sur la large palette d'outils et d'expertises disponibles à l'ORNL, Le plus grand laboratoire scientifique et énergétique du DOE. Le nouveau revêtement a également été testé au réacteur à isotope à haut flux de l'ORNL et au réacteur de test avancé du laboratoire national de l'Idaho, ainsi que le réacteur de recherche Halden en Norvège.

"Ce n'était en aucun cas une approche édisonienne, " Terrani dit, faisant allusion à l'approche par essais et erreurs rendue célèbre par Thomas Edison. « Nous avons travaillé avec des connaissances et des outils qui n'étaient pas disponibles à l'époque de Rickover. Nous avons conçu un alliage dont nous savions qu'il fonctionnerait. Je ne suis pas surpris que cet alliage se comporte si bien dans différentes conditions ; nous l'avons conçu pour le faire. »

Deuxièmement, l'équipe a pu identifier et produire l'alliage en six ans, qui est rapide comme l'éclair dans l'industrie nucléaire. La sagesse conventionnelle dit que le projet aurait dû prendre deux fois plus de temps, dit Terrani.

Troisièmement, il ajouta, le projet est inhabituel car la recherche et le développement sont terminés.

"L'autre chose dont je suis très fier, c'est que nous sommes prêts à arrêter de travailler là-dessus, " a-t-il dit. " Nous avons l'impression de l'avoir livré, l'industrie fonctionne avec. Nous voulons mettre un gros nœud rouge dessus."

Il a maintenant été remis à l'industrie pour les tests et l'évaluation. Le nouveau revêtement a été placé dans un réacteur de la centrale nucléaire de Southern Nuclear Hatch en Géorgie pour des tests en février, Terrani a dit, et les installations ultérieures sont prévues.