Les capsules en acier imprimées en 3D de l’ORNL résistent aux tests en réacteur nucléaire

Le laboratoire national d’Oak Ridge (ORNL) du Département de l’Énergie des États-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 flux élevé (HFIR) du laboratoire. Cette réussite représente une avancée importante dans la démonstration que les composants fabriqués par FA peuvent satisfaire les normes de sécurité rigoureuses exigées dans les applications nucléaires.

Ces capsules servent à contenir des matériaux d’essai lors d’expériences d’irradiation, permettant ainsi aux chercheurs d’évaluer la façon dont ces matériaux réagiraient dans un réacteur nucléaire. Elles assurent une barrière de confinement et de pression, une caractéristique essentielle en matière de sécurité.

Une équipe de l’ORNL a utilisé un système de fusion sur lit de poudre laser dans l’installation de démonstration de fabrication (MDF) du laboratoire pour imprimer en 3D les capsules en acier inoxydable 316H. Ce type d’acier est en cours d’évaluation en raison de sa résistance aux hautes températures, de sa résistance à la corrosion et aux radiations, de ses performances éprouvées de qualité nucléaire, ainsi que de sa soudabilité, des qualités essentielles pour une utilisation sûre et durable dans les environnements de réacteur.

L’équipe a ensuite assemblé et qualifié les capsules pour leur insertion dans le HFIR par le groupe d’ingénierie de l’irradiation de l’ORNL. Les capsules ont été soumises à une irradiation d’un mois dans le réacteur et en ont été retirées entièrement intactes. Cette démonstration ouvre la voie à la conception future de composants nucléaires fabriqués par FA.

« En démontrant la fiabilité de ces composants imprimés, nous envisageons un avenir où la FA pourrait devenir une pratique courante pour la production d’autres pièces essentielles de réacteurs », a déclaré Ryan Dehoff, directeur de la MDF à l’ORNL.

Le HFIR offre l’un des environnements de flux de neutrons les plus élevés au monde, permettant aux chercheurs de tester et de qualifier des combustibles et matériaux dans des conditions similaires à celles d’un réacteur nucléaire. La fabrication et la qualification de capsules expérimentales pour irradier des échantillons de combustibles et de matériaux sont des processus coûteux et chronophages, nécessitant des matériaux et des conceptions sur mesure. L’impression 3D pourrait simplifier le développement de ces capsules expérimentales, réduisant considérablement les coûts et les délais de production, et stimulant ainsi l’innovation en science et technologie nucléaires.

« Les communautés de recherche sur les matériaux et les combustibles nucléaires sont appelées à qualifier des technologies de réacteurs avancés capables de résister à des conditions extrêmement rigoureuses. La FA élargira l’éventail des outils de mon groupe pour concevoir des expériences novatrices répondant à ce besoin essentiel », a déclaré Richard Howard, chef de groupe à la Division de l’énergie nucléaire et du cycle du combustible de l’ORNL.

Ce travail a été financé par le programme des technologies avancées des matériaux et de fabrication du Bureau de l’énergie nucléaire du DOE.