Des chercheurs de la Texas A&M University ont récemment démontré les performances supérieures d'un nouvel alliage renforcé par dispersion d'oxyde (ODS) qu'ils ont développé pour une utilisation dans les réacteurs de fission et de fusion.

Dr Lin Shao, professeur au Département de génie nucléaire, travaillé aux côtés de chercheurs du Laboratoire national de Los Alamos et de l'Université d'Hokkaido pour créer la prochaine génération d'alliages ODS hautes performances, et jusqu'à présent, ils sont parmi les métaux les plus solides et les mieux développés dans le domaine.

Les alliages ODS consistent en une combinaison de métaux entrecoupés de petits, particules d'oxyde de taille nanométrique et sont connus pour leur résistance élevée au fluage. Cela signifie que lorsque les températures augmentent, les matériaux gardent leur forme au lieu de se déformer. De nombreux alliages ODS peuvent résister à des températures allant jusqu'à 1, 000 C et sont généralement utilisés dans la production d'électricité et les moteurs dans l'ingénierie aérospatiale, ainsi que des couverts.

La communauté nucléaire a un grand besoin de matériaux fiables et durables pour constituer le cœur des réacteurs nucléaires. Le matériau doit être de haute résistance, tolérant aux rayonnements et résistant au gonflement des vides (les matériaux développent des cavités lorsqu'ils sont soumis au rayonnement neutronique, entraînant des pannes mécaniques).

Les chercheurs nucléaires comme Shao cherchent constamment à identifier des matériaux résistants au fluage et au gonflement de qualité pour leur utilisation dans les réacteurs à haute température.

"En général, Les alliages ODS doivent être résistants au gonflement lorsqu'ils sont exposés à une irradiation neutronique extrême, " dit Shao. " Cependant, la majorité des alliages ODS commerciaux sont problématiques dès le début."

En effet, presque tous les alliages ODS commerciaux sont basés sur la phase ferritique. alliages ferritiques, classés par leur structure cristalline et leur comportement métallurgique, avoir une bonne ductilité et une résistance à haute température raisonnable. Cependant, la phase ferritique est la phase la plus faible si l'on en juge par sa résistance au gonflement, faisant ainsi échouer la majorité des alliages ODS commerciaux dans la première ligne de défense.

Shao, connu internationalement pour son travail de pionnier dans la science des matériaux radiologiques, dirige le laboratoire de l'accélérateur pour tester les alliages dans des conditions d'irradiation extrêmes. Shao et son équipe de recherche ont collaboré avec le groupe de recherche japonais de l'Université d'Hokkaido dirigé par le Dr Shigeharu Ukai pour développer divers nouveaux alliages ODS.

"Nous avons décidé d'explorer un nouveau principe de conception dans lequel des particules d'oxyde sont noyées dans la phase martensitique, ce qui est le mieux pour réduire le gonflement des vides, plutôt que la phase ferritique, " dit Shao.

Les alliages ODS résultants sont capables de survivre jusqu'à 400 déplacements par atome et sont parmi les alliages les plus réussis développés dans le domaine, à la fois en termes de résistance à haute température et de résistance supérieure au gonflement.

Les détails du projet complet ont été publiés dans le Journal des matières nucléaires avec l'étude la plus récente. L'équipe a depuis mené plusieurs études et a attiré l'attention du département américain de l'Énergie et de l'industrie nucléaire. Le projet a donné lieu à un total de 18 articles dans des revues et à deux thèses de doctorat.