Dommage primaire dans les matériaux sous irradiation :
l’apport des simulations numériques à l’échelle atomique
source CEA (23 Mars 2018

Information envoyée par Marc St Aroman, en provenance du CEA et voici son avis que je partage avec lui

Petite propagande dans laquelle le CEA veut nous faire croire au petit Jésus soviétique... il suffit de reprendre le livre de Beslu, "corrosion des circuits primaires dans les réacteurs à eau sous pression" pour comprendre que le but du CEA ici reste de créer de toute pièce des données fictives permettant de faire croire que les coefficients de sécurité retenus pour les composants des réacteurs atomiques étaient largement surévalués et, de fait, les réacteurs pourront continuer à fonctionner longtemps, longtemps...

Source : CEA
le-fil-science.cea.fr/actualitesscientifiques/pages/energies/dommage-primaire-materiaux-sous-irradiation.aspx

Une collaboration internationale, initiée par l’OCDE-AEN, impliquant des laboratoires de recherche américains, japonais, et européens, et à laquelle ont participé des chercheurs du CEA/DEN, a permis de revisiter le dpa (déplacement par atome), qui est la norme quantifiant la production de dommages primaires, actuellement utilisée comme référence pour comparer différentes irradiations entre elles. Une approche théorique, couplée à des simulations numériques à l’échelle nanométrique, a permis de montrer que cette norme pouvait être significativement améliorée, offrant ainsi des perspectives prometteuses vis-à-vis de la justification de l’augmentation de la durée de fonctionnement des réacteurs nucléaires. Ces résultats sont publiés dans un article de Nature Communication le 14/03/2018.

Publié le 23 mars 2018

Les propriétés des matériaux sont intrinsèquement liées à la notion d’ordre cristallin. Or, celui-ci est très fortement modifié lors de l’irradiation neutronique au sein d’un réacteur nucléaire. L’irradiation induit des « dommages primaires » au sein du cristal et conduit à un vieillissement du matériau, par exemple une dégradation de ses propriétés d’usage (résistance mécanique, conductivité thermique,...) en fonction de son temps de séjour en réacteur.

L’irradiation d’un matériau par un flux de neutrons au sein d‘une centrale nucléaire conduit, entre autre, à un fort bouleversement à l’échelle atomique de la structure cristalline du matériau. Afin de pouvoir estimer la dégradation des propriétés d’usage qui en résulte (résistance mécanique, conductivité thermique,...), il est indispensable de bien comprendre et quantifier ce bouleversement de l’ordre cristallin induit par l’irradiation du matériau à l’échelle atomique. Les mécanismes initiaux sont si rapides, de l’ordre de quelques picosecondes, que les simulations atomistiques (par des techniques de Dynamique Moléculaire) sont un outil de choix pour comprendre et modéliser les défauts créés suite au transfert d’énergie d’une particule incidente (neutron, ion ou électron) vers un atome.

Ainsi, en se basant sur des simulations atomistiques réalisées sur quelques métaux purs, une nouvelle approche théorique a pu être mise en place pour estimer quantitativement les «dommages primaires » induits dans le cristal, première étape pour comprendre le vieillissement des matériaux sous irradiation.

Ce résultat aboutit à proposer une nouvelle norme de dpa, beaucoup moins conservative (nombre de défauts créés environ trois fois plus faible) et plus transposable d’une condition d’irradiation à l’autre que celle utilisée jusqu’à présent (norme dpa-NRT proposée en 1975) pour estimer le dommage primaire des matériaux sous irradiation. Cette norme plus réaliste et quantitative peut contribuer à terme à faire gagner des marges vis-à-vis de la justification de la durée de fonctionnement des centrales nucléaires.

Références

“Improving atomic displacement and replacement calculations with physically realistic damage model”, K. Nordlund, S. Zinkle, A. Sand, F. Granberg, R. Averback, R. Stoller, T. Suzudo, L.Malerba, F. Banhart, W. Weber, F. Willaime, S. Dudarev, D. Simeone, Nature Communication , 2018.