Nucléaire : une nouvelle technique pour visualiser l’intrusion de sel fondu dans le graphite

Face à un regain d’intérêt international pour les réacteurs à sel fondu, des chercheurs du Laboratoire national d’Oak Ridge du Département de l’énergie des États-Unis ont développé une technique novatrice pour visualiser l’intrusion de sel fondu dans le graphite. Cette avancée pourrait avoir des implications significatives pour le développement de l’énergie nucléaire sans émission de carbone.

Le contexte historique

Durant l’expérience révolutionnaire du réacteur à sel fondu (MSRE) d’ORNL dans les années 1960, les scientifiques ont démontré pour la première fois la faisabilité des réactions de fission nucléaire avec du sel fluorure fondu utilisé à la fois comme porteur de combustible et comme réfrigérant, se substituant au combustible solide et à l’eau utilisés dans les réacteurs nucléaires traditionnels. Les conceptions de réacteurs à sel fondu montrent un grand potentiel comme moyen de production d’énergie sans émission de carbone.

Pour ralentir les neutrons afin qu’ils puissent facilement favoriser la fission nucléaire, les réacteurs nucléaires utilisent un matériau appelé modérateur. Pour modérer le MSRE, les scientifiques ont utilisé du graphite synthétique, résistant aux chocs thermiques et stable au niveau des dimensions en raison de son système de pores étendu résultant du processus de fabrication.

Le défi actuel

Avec une augmentation de la recherche sur les réacteurs à sel fondu mais sans graphite MSRE, les scientifiques d’aujourd’hui doivent identifier un graphite alternatif pour modérer avec succès les réactions nucléaires dans les sels fondus. Cependant, l’ambiguïté autour des effets de l’intrusion de sel fondu pose un obstacle à la découverte.

Les scientifiques ont une compréhension limitée des caractéristiques microscopiques qui permettent à certains grades de graphite de résister mieux que d’autres à l’intrusion et de la manière dont l’intrusion de sel affecte les autres propriétés du graphite.

La nouvelle technique

Une équipe de scientifiques de l’ORNL dirigée par Nidia Gallego et Jisue Moon a étudié l’intrusion de sel fondu dans divers grades de graphite et a validé la première technique pour visualiser et surveiller la profondeur de pénétration du sel fondu et sa distribution dans les pores du graphite.

Traditionnellement, les scientifiques mesurent l’intrusion de sel en pesant le graphite avant et après l’exposition au sel fondu. Les chercheurs de l’ORNL espéraient obtenir une compréhension plus détaillée de l’intrusion en regardant réellement ce qui se passe à l’intérieur du graphite.

Les 2 scientifiques ont d’abord essayé la tomographie par rayons X pour évaluer l’intrusion de sel, mais la méthode longue nécessitait des échantillons de plus petite taille et ne pouvait pas fournir assez de contraste pour un examen approfondi à l’intérieur des pores du graphite.

L’avenir de la recherche

Après avoir publié leurs résultats dans Carbon, les chercheurs poursuivent leurs recherches avec des scientifiques de HFIR pour améliorer la résolution de l’imagerie neutronique et observer l’intrusion de sel fondu avec des variables supplémentaires de température, de pression et de temps.

En fin de compte, l’équipe espère développer des modèles prédictifs pour décrire comment différents grades de graphite répondent à l’intrusion de sel et affiner les normes d’exploitation des réacteurs à sel fondu, qui dénotent les exigences matérielles et techniques pour les réacteurs mais manquent de spécification sur les grades de graphite préférés.

En synthèse

La compréhension de l’interaction entre le graphite et le sel est essentielle pour le développement futur des réacteurs à sel fondu. Cette nouvelle technique de visualisation de l’intrusion de sel fondu dans le graphite représente une avancée significative dans ce domaine, offrant aux chercheurs un outil précieux pour comprendre et optimiser le fonctionnement des réacteurs à sel fondu.

Pour une meilleure compréhension

Qu’est-ce qu’un réacteur à sel fondu ?

Un réacteur à sel fondu est un type de réacteur nucléaire où le combustible nucléaire est dissous dans un sel fondu. Ce type de réacteur a des avantages en termes de sécurité et d’efficacité par rapport aux réacteurs traditionnels.

Qu’est-ce que le graphite et pourquoi est-il utilisé dans les réacteurs à sel fondu ?

Le graphite est une forme de carbone qui est utilisée comme modérateur dans les réacteurs à sel fondu. Il ralentit les neutrons pour faciliter la fission nucléaire.

Quels sont les défis associés à l’utilisation du graphite dans les réacteurs à sel fondu ?

Un des principaux défis est l’intrusion de sel fondu dans le graphite, qui peut affecter ses propriétés et sa performance. Les scientifiques ont une compréhension limitée de ce phénomène et de la manière dont il affecte différentes qualités de graphite.

Quelle est la nouvelle technique développée par les chercheurs de l’ORNL ?

Les chercheurs de l’ORNL ont développé une technique pour visualiser et surveiller l’intrusion de sel fondu dans le graphite. Cette technique utilise l’imagerie neutronique pour obtenir une visualisation 3D de la distribution du sel fondu dans les pores du graphite.

Quelles sont les implications de cette recherche pour l’avenir des réacteurs à sel fondu

Cette recherche pourrait aider à développer des modèles prédictifs pour décrire comment différents grades de graphite répondent à l’intrusion de sel. Cela pourrait à son tour aider à affiner les normes d’exploitation des réacteurs à sel fondu.

Article : « A neutron tomography study to visualize fluoride salt (FLiNaK) intrusion in nuclear-grade graphite » – DOI: 10.1016/j.carbon.2023.118258