Contrôle de la corrosion des matériaux de structure d'un réacteur nucléaire à sels fondus en cours de fonctionnement

Control of the corrosion of strctural materials of a molten salt nuclear reactor during operation

• Auteur / Autrice : Marc Cabrieres
• Direction : Sylvie Delpech
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Sciences de l'Aval du Cycle Nucléaire, de la Radioprotection et de la Radiochimie
• Date : Inscription en doctorat le 30/09/2024
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Particules, Hadrons, Énergie et Noyau : Instrumentation, Imagerie, Cosmos et Simulat
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Physique des deux Infinis Irène Joliot-Curie
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Faculté des sciences d'Orsay

Mots clés

Mots clés libres

Chimie analytique

Corrosion

Réacteur nucléaire

Sels fondus

Molten salts

Analytical chemistry

Corrosion

Nuclear reactor

Résumé

Les réacteurs nucléaires à sels fondus utilisent un combustible liquide constitué d'un sel fondu à base de NaCl, PuCl3 et UCl3. Dans ce type de réacteur, le sel circule du cœur vers les échangeurs et les interactions sel-matériaux de structure sont variables selon les caractéristiques du sel fondu, notamment la composition et la température. Il a été montré à partir de calculs thermodynamiques que la corrosion chimique dans le réacteur à sels fondus est liée au potentiel redox du sel fondu. Ce potentiel peut être contrôlé par la présence de UCl3, composé amphotère (à la fois oxydant et réducteur) qui fixe le potentiel du sel fondu dans un domaine de potentiel permettant l'immunité des composants usuels des matériaux de structure, Fe, Ni, Cr et Mo. Cependant, au cours de son fonctionnement, la réaction de fission provoque une augmentation du potentiel redox du sel combustible fondu et une corrosion accélérée des matériaux de structure. Les objectifs de la thèse sont de : - Montrer expérimentalement que le caractère amphotère de UCl3 contribue à fixer le potentiel redox du sel dans le domaine d'immunité des matériaux de structure. - Simuler l'augmentation du potentiel redox du réacteur en cours de fonctionnement et observer son influence sur la corrosion des matériaux. - Développer une méthode de contrôle du potentiel redox du sel combustible pendant le fonctionnement du réacteur.

Molten salt nuclear reactors use a liquid fuel consisting of a molten salt based on NaCl, PuCl3 and UCl3. In this type of reactor, the salt circulates from the core to the exchangers and the salt-structural materials interactions vary according to the characteristics of the molten salt, in particular the composition and the temperature. It has been shown from thermodynamic calculations that chemical corrosion in the molten salt reactor is linked to the redox potential of the molten salt. This potential can be controlled by the presence of UCl3, an amphoteric compound (both oxidizing and reducing) which fixes the potential of the molten salt in a potential range allowing the immunity of the usual components of the structural materials, Fe, Ni, Cr and Mo. However, during its operation, the fission reaction causes an increase in the redox potential of the molten fuel salt and accelerated corrosion of the structural materials. The objectives of the thesis are to: - Experimentally show that the amphoteric character of UCl3 contributes to fixing the redox potential of the salt in the immunity domain of structural materials. - Simulate the increase in the redox potential of the reactor during operation and observe its influence on the corrosion of materials. - Develop a method for controlling the redox potential of the fuel salt during reactor operation.