Rôle et comportement de l'hydrogène dans les gaines de combustible REP en situation accidentelle simulée
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Echantillon de gaine Zy4 préhyruré à 600 wt ppm H, oxydé 50 s à 1200°C, refroidi naturellement puis trempé à 800°C. Cartographies Fe, Cr et O obtenues par microsonde électronique au SRMA ; cartographies Fe, Zr et H obtenues sur la microsonde nucléaire, respectivement par PIXE, RBS et ERDA.

Lors d'un APRP, le cœur du réacteur est vidangé. Le refroidissement n'étant plus assuré, la température de gaine monte très rapidement, puis décroît lentement, la réaction en chaîne n'étant plus entretenue. Après une durée variable en fonction du scénario d'accident, allant de quelques minutes à une demi-heure, il y a un renoyage du cœur. Cette situation a été simulée dans les laboratoires de DEN/DMN/SRMA par l'utilisation d'une gaine préhydrurée à 600 wt ppm H, représentative de la teneur en fin de vie du crayon. Elle est oxydée à 1200°C pendant 50 s, ce qui correspond à la montée en température. La trempe (renoyage du cœur) est effectuée après différents temps de refroidissement, représentatifs du scénario de l'accident. Les essais mécaniques effectués sur ces échantillons ont montré une grande différence des propriétés mécaniques de l'alliage en fonction de la température de trempe : alors qu'il est quasi-fragile lorsque la trempe a lieu à haute ou basse température, il y a une restauration de la ductilité autour de 600 et 700°C. Les échantillons ont donc été mesurés sur les mêmes régions par microsonde électronique au SRMA, pour la répartition de Zr, Sn, Fe, Cr et O, et sur la microsonde nucléaire pour Zr, Fe, Cr etH. Zr et Sn étant homogènement distribués, nous avons pu mettre en évidence la présence de zones très hétérogènes concernant les éléments d'addition, contenant d'une part Fe Cr et H, d'autre part O.

 

Pendant la phase à haute température, l'alliage se trouve dans en phase cristallographique β. Pendant le refroidissement, il y a croissance d'une deuxième phase, la phase α, riche en O, qui « repousse » Fe Cr et H dans les zones encore en phase β. L'interpénétration de ces deux phases, aux propriétés mécaniques très différentes, figée lors de la trempe, explique la restauration de ductilité observée.

 

Maj : 28/11/2013 (1555)

 

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