Des recherches menées à l'Université de Manchester suggèrent que le combustible candidat préféré pour remplacer l'oxyde d'uranium dans les réacteurs nucléaires pourrait nécessiter un développement supplémentaire avant d'être utilisé.

Le Dr Robert Harrison a dirigé la recherche, publié dans la revue Science de la corrosion , avec des collègues de l'Université et du Dalton Nuclear Institute.

« Depuis l'accident de Fukushima en 2011, " explique le Dr Harrison, "il y a eu un effort international pour développer des carburants tolérants aux accidents (ATF), qui sont des matériaux combustibles à base d'uranium qui pourraient mieux résister au scénario d'accident que les assemblages combustibles actuels.

L'un de ces ATF est un composé d'uranium silicium, U 3 Si 2 . Ce matériau conduit bien mieux la chaleur que les combustibles traditionnels à base d'oxyde d'uranium, permettant de faire fonctionner le cœur du réacteur à des températures plus basses. En situation d'urgence, cela donne plus de temps aux ingénieurs pour maîtriser le réacteur.

Cependant, il y a beaucoup d'inconnues sur la façon dont U 3 Si 2 se comportera dans le cœur du réacteur. "Une de ces inconnues, " dit le Dr Harrison, "c'est comment il se comportera lorsqu'il sera exposé à de la vapeur ou de l'air à haute température, comme cela peut arriver pendant la fabrication ou un accident grave pendant le fonctionnement du réacteur.

Pour enquêter sur la tolérance aux accidents des ATF, Le Dr Harrison et ses collègues ont étudié comment Ce 3 Si 2 —une matière non radioactive analogue à U 3 Si 2 — se sont comportés sous l'exposition à l'air à haute température.

En utilisant des techniques avancées de microscopie électronique, disponible au Centre de microscopie électronique de l'Université de Manchester (EMC), les chercheurs ont pu étudier les produits de réaction après Ce 3 Si 2 a été exposé à l'air à des températures allant jusqu'à 750°C.

Ils ont découvert que le matériau était susceptible de former des grains de silicium et d'oxyde de silicium de taille nanométrique, ainsi que l'oxyde de cérium. Ces nanograins peuvent permettre une corrosion accrue du matériau combustible ou l'échappement de gaz radioactifs formés lors de l'activité du réacteur.

C'est parce que la formation de nanograins crée plus de zones limites de grains - interfaces entre les grains, qui fournissent des voies pour la migration des substances corrosives ou des gaz de fission.

"De la même manière, " ajoute le Dr Harrison, « cela permettrait également aux produits de fission gazeux dangereux produits lors de la division de l'uranium (tels que le gaz xénon qui serait normalement piégé dans le matériau) de se diffuser le long de ces joints de grains et d'être libérés, ce qui serait potentiellement nocif pour l'environnement.

Alors que le Dr Harrison s'arrête avant de dire que ces ATF sont plus dangereux dans des conditions d'accident que les carburants actuels qu'ils cherchent à remplacer, il dirait qu'ils ne sont actuellement pas mieux, et "ne sont pas aussi tolérants aux conditions accidentelles qu'on l'espérait autrefois".

Le Dr Harrison conclut « Cependant, avec les nouvelles connaissances développées dans ce travail, il sera possible de développer et de concevoir des candidats ATF pour mieux résister à ces conditions accidentelles, peut-être en ajoutant d'autres éléments, comme l'aluminium, ou la fabrication de matériaux composites pour offrir une meilleure protection du matériau combustible".

L'article a été publié en ligne le 9 novembre dans la revue Science de la corrosion . Le titre de l'article est "Etude du niveau atomique de Ce 3 Si 2 L'oxydation en tant que substitut de combustible nucléaire tolérant aux accidents."