Etude à la sonde atomique de l'évolution microstructurale sous irradiation d'alliages ferritiques FeCu et d'aciers de cuve de réacteurs nucléaires

par Philippe Pareige

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Pierre Auger.

Soutenue en 1994

à Rouen .

mots clés

• Matériau réacteur
• Effet rayonnement
• Irradiation
• Faisceau neutron
• Faisceau électron
• Précipitation
• Fragilisation
• Sonde atomique
• Tomographie
• Microscopie ionique
• Acier ferritique
• Alliage base fer
• Cuivre alliage
• Alliage FeCu
• Reactor materials
• Radiation effects
• Irradiation
• Neutron beams
• Electron beams
• Precipitation
• Embrittlement
• Atom probe
• Tomography
• Ion microscopy
• Ferritic steels
• Iron base alloys
• Copper alloys
• Sondes atomiques
• Sondes atomiques tomographiques
• Réacteurs nucléaires -- Caissons
• Alliages fer-cuivre
• Microscopie ionique à émission de champ

Résumé

Les aciers de cuve des réacteurs nucléaires sont fragilisés sous l'effet du bombardement neutronique. Parmi les causes possibles, le cuivre résiduel est reconnu pour jouer un rôle essentiel. Il est montré que la fragilisation est associée à une fine précipitation de particules riches en cuivre de taille nanométrique. Dans ce travail, nous avons, dans un premier temps, en utilisant les techniques de microscopie ionique, de sonde atomique classique et de sonde atomique tomographique, caractérisé (taille, densité, composition, nature des interfaces) les précipités formés sous une irradiation aux électrons (3 MeV, 300° C) et sous une irradiation aux neutrons (5,5 10#1#9n. Cm-2, e>1 MeV, 300°C), dans des alliages FeCu fortement (1,4 % pds) ou faiblement (0,1 % pds) sursaturé. La précipitation du cuivre est observée dans les différents cas. Toutefois, les caractéristiques de ces particules diffèrent, en termes de compositions et d'interfaces, selon les conditions d'irradiation et les teneurs nominales des alliages. Par ailleurs, avec les mêmes techniques expérimentales, l'étude d'un acier de cuve de centrale nucléaire française, irradie dans des conditions réelles de fonctionnement, a révélé la formation d'enrichissement locaux (3 nm) de la solution solide ferritique en atomes de Cu, Ni, Mn et Si. Sur la gamme des fluences étudiées, la taille et la composition chimique de ces amas restent inchangées. Cependant leur densité augmente avec la fluence. Une corrélation directe lie la présence de ces particules, dans lesquelles le cuivre apparaît jouer un rôle déterminant, et la fragilisation. En parallèle à ces travaux expérimentaux, les processus de germination et croissance sous irradiation aux neutrons dans les solutions solides sursaturées en cuivre sont discutés

Titre traduit

Atom-probe study of the microstructural evolution under irradiation of ferritic FeCu alloys and of nuclear reactor pressure vessel steels

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