Cette technologie permet d'accroître la durée de service des réacteurs jusqu'à 45 ans tout en réalisant des économies importantes sur le démantèlement des anciens réacteurs et la construction de nouveaux. Les résultats de cette étude ont été publiés dans la revue Journal of Nuclear Materials.
La cuve du réacteur à eau pressurisée (le type de réacteur le plus répandu dans le monde) VVER-440 est l'un des éléments les plus importants du réacteur nucléaire. La fiabilité et l'efficacité de la cuve détermine en grande partie la sécurité du fonctionnement de la centrale nucléaire dans l'ensemble.
Durant son exploitation, sous l'effet du rayonnement des neutrons rapides, se produit un durcissement radioactif (baisse de la plasticité) des aciers de la cuve du réacteur à cause de la formation de nano-défauts radioactifs et de phases radio-induites.
Sous l'effet de la température de travail de la cuve du réacteur (~ 300°C) et du rayonnement sur les joints se forment également des ségrégations d'éléments étrangers qui réduisent la solidité des joints. La formation de ségrégations d'impuretés néfastes sur les joints provoque une diminution de la résistance des aciers à la fissuration.
Cela limite la durée d'exploitation sécurisée de la cuve du réacteur car avec le temps augmente la probabilité de sa destruction fragile lors du versement d'eau froide en cas d'accident. Pour prolonger la durée de service des cuves des réacteurs VVER-440 en 1991 a été réalisé un recuit de régénération de plusieurs cuves de réacteurs, ce qui a permis de prolonger leur durée de service jusqu'à 45 ans.
D'après les chercheurs, la prolongation économiquement rentable de la durée de service jusqu'à 60 ans nécessite un nouveau recuit de régénération avec une étude préalable de l'état structurel et des propriétés mécaniques des aciers des cuves des réacteurs qui ont fonctionné pendant une longue période depuis le premier recuit.
La technologie du recuit a été développée et brevetée à l'Institut Kourtchatov et suppose une certaine température, une durée d'exposition, une vitesse de chauffage jusqu'à la température du recuit à différentes étapes et une vitesse de refroidissement.
La méthode consiste à prélever sur les cuves actives du réacteur VVER-440 des échantillons qui sont minutieusement étudiés et sont soumis à un nouveau recuit et à un nouvel examen.
"Seulement après cette procédure, il est possible de fournir des recommandations sur la possibilité de prolonger la durée de service de la cuve du réacteur et de déterminer le rythme de sa fragilisation due au rayonnement après le recuit", explique Evguenia Koulechova, chercheuse en chef à l'Institut Kourtchatov et professeure à l'Institut de physique nucléaire et de technologies du MEPhI.
D'après les scientifiques, cette méthode permet de prolonger la durée de service des réacteurs jusqu'à 60 ans et, en même temps, de faire d'importantes économies sur le démantèlement des anciens réacteurs et la construction de nouveaux.
"Le recuit de régénération selon un régime donné conduit à la dissolution des précipités radio-induits et des défauts radioactifs, ainsi que des ségrégations sur les joints. Cela entraîne le retour de la structure et des propriétés des aciers à l'état initial et, par conséquent, le prolongement de leur durée de service. C'est pourquoi il faut disposer de connaissances sur la structure et les propriétés mécaniques des aciers de la cuve du réacteur à différentes étapes de leur exploitation, y compris après les recuits de régénération", poursuit Evguenia Koulechova.
Des méthodes modernes de haute résolution ont été utilisées pendant l'étude: la microscopie électronique à transmission et à balayage, la sonde atomique tomographique et la spectroscopie d'électrons Auger. Des essais mécaniques d'étirement statique et de flexion par choc ont été réalisés pour déterminer le niveau de fragilisation due au rayonnement.
"La participation des étudiants du MEPhI à cette recherche illustre le lien des universités russes avec l'économie et la science réelle. Cela permet aux étudiants de participer aux élaborations scientifiques et de régler des problèmes importants alors qu'ils sont encore sur les bancs de l'université. Cela permet d'augmenter leur niveau de connaissances et de compétences, ainsi que de contribuer au profit économique réel du pays", conclut Evguenia Koulechova.
