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URALLOY

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Des matériaux combustibles pour résister aux températures élevées

Des scientifiques financés par l'UE ont réussi à synthétiser des combustibles à alliage d'uranium qui représentent des candidats viables pour des réacteurs nucléaires de prochaine génération.

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Les demandes énergétiques de l'Europe continuent d'augmenter et l'investissement dans l'énergie nucléaire est impératif si l'on veut une source en électricité rentable et propre d'un point de vue environnemental. Au fil du temps, l'accent est mis sur les matériaux combustibles ainsi que sur les matériaux structurés pour le revêtement. Les combustibles métalliques présentent l'avantage d'une conductivité de la chaleur beaucoup plus élevée par rapport aux combustibles à oxyde, mais ne peuvent pas résister de la même façon à des températures élevées en raison de la dilation thermique. Pour contrer ce phénomène, des scientifiques ont traité une structure de phase différente d'uranium qui présente une dilatation thermique homogène, grâce au financement européen du projet URALLOY («Uralloy»). Le projet a mis à l'essai l'alliage d'uranium avec une gamme de métaux de transition, tels que le molybdène, le zirconium et le tantale. Pour cela, les scientifiques ont adopté une approche innovante et intrinsèquement sûre: la synthèse à couche mince grâce à la pulvérisation de magnétrons. Grâce à ce processus, les scientifiques ont préparé des polycristaux ou des cristaux simples d'échantillons à couche mince de nombreuses combinaisons d'alliages binaires. L'utilisation d'une couche de recouvrement a permis d'empêcher l'oxydation du film. La pureté et la planéité parfaite des échantillons à couche fine ont fourni une surface de modèle simplifiée qui peut par la suite être exposée à différentes conditions environnementales lors de la mise à l'essai de caractérisation. URALLOY s'est intéressé aux propriétés d'oxydation et de corrosion des matériaux combustibles de l'alliage d'uranium, notamment au cours du stockage intermédiaire et dans certaines conditions d'élimination des déchets. Dans le cas du système uranium-molybdène, la teneur relativement faible en molybdène a servi de facteur de stabilisation de l'uranium à phase unique à température élevée. Quant au système uranium-zirconium, il a démontré un mélange de phases d'uranium à basse et haute température, alors que le système uranium-tantale n'a pas formé d'alliage à des températures élevées. Un résultat important du projet est que les échantillons d'alliage d'uranium à couche mince présentent une masse et une radioactivité faibles. Autrement dit, cela élimine le besoin d'une infrastructure conçue, ce qui permet aux chercheurs de mieux accéder, transporter et expérimenter de tels matériaux. Les résultats du projet s'avèreront très utiles pour un réacteur nucléaire à très haute température qui est l'une des six technologies de réacteurs nucléaires de génération IV.

Mots‑clés

Matériaux combustibles, températures élevées, alliage d'uranium, réacteurs nucléaires, synthèse de couche mince

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