Des capsules en acier imprimées en 3D résistent aux tests des réacteurs nucléaires

Le laboratoire national d'Oak Ridge du ministère de l'Énergie aux Etats-Unis a franchi une nouvelle étape dans l'innovation des composants nucléaires, en testant avec succès deux capsules expérimentales en acier inoxydable imprimées en 3D dans le réacteur à isotopes à haut flux du laboratoire, ou HFIR (High Flux Isotope Reactor)

Cette réalisation marque une étape importante dans la démonstration que les composants fabriqués de manière additive peuvent répondre aux normes de sécurité rigoureuses requises dans les applications nucléaires. 

Ces capsules servent à contenir des échantillons de matériaux lors d'expériences d'irradiation, permettant aux chercheurs de tester leur comportement dans un réacteur nucléaire. La capsule assure une barrière de pression et de confinement pour l'expérience, un élément de sécurité essentiel. 

Une équipe de l'ORNL a utilisé un système de lit de poudre laser au centre de démonstration de fabrication (MDF) du laboratoire pour imprimer en 3D les capsules en acier inoxydable 316H. Ce type d'acier est actuellement évalué car il offre une résistance aux hautes températures, à la corrosion et aux radiations, des performances éprouvées de qualité nucléaire et la soudabilité nécessaire à une utilisation sûre et durable dans les environnements de réacteur.

L'équipe a ensuite assemblé et qualifié les capsules destinées à être insérées dans le réacteur HFIR par le groupe d'ingénierie d'irradiation de l'ORNL. Les capsules ont subi une irradiation d'un mois dans le réacteur et ont été retirées intactes. Cette démonstration ouvre la voie à la conception de futurs composants nucléaires par fabrication additive.

« Alors que nous démontrons la fiabilité de ces composants imprimés, nous envisageons un avenir où la fabrication additive pourrait devenir une pratique standard dans la production d'autres pièces critiques de réacteurs », a déclaré Ryan Dehoff, directeur du MDF chez ORNL.

Le HFIR offre l'un des environnements de flux neutronique les plus élevés au monde, permettant aux chercheurs de tester et de qualifier des combustibles et des matériaux dans des conditions comparables à celles d'un réacteur nucléaire. La fabrication et la qualification de capsules expérimentales pour irradier des échantillons de combustible et de matériaux sont un processus long et coûteux, exigeant des matériaux et des conceptions sur mesure. La fabrication additive, ou impression 3D, pourrait simplifier le développement de capsules expérimentales, réduisant considérablement les coûts et les délais de production de ces composants, et favorisant ainsi l'innovation dans les sciences et technologies nucléaires.

La capsule assemblée est fabriquée en acier inoxydable 316H, qui offre une résistance aux hautes températures, à la corrosion et aux radiations, ainsi que des performances de qualité nucléaire et une soudabilité éprouvées. Crédit : ORNL, Département de l’Énergie des États-Unis

« Les chercheurs en matériaux et combustibles nucléaires sont appelés à qualifier des technologies de réacteurs avancés pour résister à des conditions très difficiles. La fabrication additive permettra à mon groupe d'élargir ses outils pour développer des expériences innovantes répondant à ce besoin crucial », a déclaré Richard Howard, chef de groupe à la division Énergie nucléaire et cycle du combustible de l'ORNL.

Ce travail a été parrainé par le programme Matériaux avancés et technologies de fabrication du Bureau de l'énergie nucléaire du DOE. 

Le HFIR est une installation utilisateur du Bureau des sciences du DOE. Le MDF, soutenu par le Bureau des matériaux avancés et des technologies de fabrication du DOE, est un consortium national de collaborateurs travaillant avec l'ORNL pour innover, inspirer et catalyser la transformation du secteur manufacturier américain.

L'UT-Battelle gère l'ORNL pour le Bureau des sciences du Département de l'Énergie, principal soutien à la recherche fondamentale en sciences physiques aux États-Unis. Ce Bureau s'efforce de relever certains des défis les plus urgents de notre époque. Pour plus d'informations, veuillez consulter energy.gov/science . — Liz McCrory

https://www.ornl.gov/news/3d-printed-steel-capsules-endure-nuclear-reactor-testing