CEAS_lejournal_53 - CEA Saclay

Les rayonnements DOSSIERconditions, un trimestre d’irradiation peutcorrespondre à un an d’exposition dans unréacteur industriel. Une fois irradiés dans Osiris,les matériaux activés sont analysés et carac térisésau sein du Laboratoire d’étude des combustiblesirradiés (LECI). Située à proximité d’Osiris,cette installation, qui dispose de cellules blindéeséquipées d’instruments d’analyses structuraleset de dispositifs d’essais mécaniques,caractérise précisément les dommages subispar le matériau. Les simulations numériquesprennent ensuite le relais, l’objectif étantd’ex trapoler sur des échelles de temps pluslongues les phénomènes constatés sur de courtesdurées.Simulation expérimentaleCette approche se heurte à la double difficultéde devoir modéliser des matériaux industrielstout en tenant compte de combinaisons decontraintes : hautes températures, pressionsélevées, atmosphères corrosives et radioactives.Aussi, les équipes de la DEN explorent-elleségalement une voie intermédiaire qui consisteà développer la simulation expérimentale. Uneinstallation du centre CEA de Saclay, uniqueen Europe, est dédiée à ce type d’études : lecomplexe d’accélérateurs Jannus. L’irradiationneutronique y est simulée par bombardementionique (voir encadré). Une journée d’irradiationà Jannus est équivalente à plusieurs annéesd’exposition en conditions réelles. Par ailleurs,les échantillons étudiés ne deviennent pasradioactifs, ce qui permet de les caractériseravec des équipements standards. Le coût desexpériences en est considérablement diminué.1/ Réacteur expérimental de 70 MW thermiques implantésur le centre CEA de Saclay.© GODART / CEA« Les chercheurs du CEA Saclaysont capables d’accélérerle vieillissement des matériaux,pour prédire leur comportement. »Le travail en cellules blindées assure la protectiondes opérateurs contre les rayonnements.© CEADes ions pour simulerdes neutronsL’irradiation en réacteur nucléaire estdue aux neutrons libérés par la fissiondes noyaux d’uranium. Localement,le bombardement de neutrons peutprovoquer le déplacement d’unatome, à l’intérieur de la structurede l’alliage exposé à l’irradiation.Cet atome va à son tour déplacer plusieurscentaines d’atomes. Tout se passe donccomme si le matériau était soumis à unbombardement ionique interne d’ions lourds.Par ailleurs, de l’hydrogène et de l’hélium sontproduits par réactions nucléaires. Le complexed’accélérateurs Jannus, qui couple troisfaisceaux (ion lourd, hydrogène et hélium),peut donc reproduire les effets del’irradiation neutronique.Dopage contrôlé dans les réacteursexpérimentauxLa quasi-totalité des composants électroniques est réaliséeà partir de semi-conducteurs dopés. Pour certainesapplications d’électronique de puissance, par exemple pourle contrôle des moteurs électriques des TGV, le dopagedu silicium doit être parfaitement homogène. Actuellement,la transmutation nucléaire, quoique très coûteuse, est la seuleméthode qui permette d’obtenir cette homogénéité.Sur le centre de Saclay, de telles productions sont réaliséesen routine en réacteur expérimental, à partir de lingotsde silicium monocristallin.Le silicium 30 est un isotope naturel présent à environ 3 %dans le silicium naturel. Soumis à un bombardementneutronique, il est capable d’absorber un neutron pourdevenir du silicium 31 qui se désintègre spontanément enphosphore 31, isotope stable du phosphore.Un atome dopant de phosphore est ainsi introduit de façontrès précise dans le réseau cristallin, ce qui assureune homogénéité parfaite, inaccessible par les autrestechniques de dopage.CENTRE CEA DE SACLAY LE JOURNAL7