Etude parametrique du gonflement sous irradiation d'aciers austenitiques 15Cr/15Ni pardynamique d'amas

Dans le cadre du programme de recherche sur les reacteurs de generation IV, le CEA developpe de nouvelles nuances d’aciers austenitiques pour les gaines de combustible des Reacteurs a Neutrons Rapides Sodium (RNR-Na). Ces aciers ont ete choisis pour leurs excellentes proprietes dans ces conditions extremes de fonctionnement : milieu corrosif, haute temperature de fonctionnement (400-700°C) et flux neutronique tres energetique. Cependant, l’utilisation de ces aciers est limitee par la dose d’irradiation, principalement a cause de l’apparition du phenomene de gonflement sous irradiation. La nuance francaise la plus aboutie est l’AIM1, un acier austenitique 15Cr-15Ni stabilise au titane hypertrempe ecroui, dont l’utilisation en reacteur est possible jusqu’a des doses de 100 deplacements par atomes (dpa). L’objectif de cette etude est de mieux evaluer l’impact des parametres metallurgiques et le role des elements chimiques sur le gonflement sous irradiation. Les conclusions serviront a developper l’AIM2, nuance heritiere de l’AIM1 optimisee vis-a-vis du gonflement qui devrait etre utilisable jusqu’a 130dpa. Le gonflement est un phenomene a seuil qui est la consequence de la formation et de la croissance de cavites dans le materiau. La formation de ces cavites est provoquee par une surconcentration de lacunes, elles-memes induites par l’irradiation. Ce mecanisme est fortement dependant de la microstructure du materiau, la taille de grains, la densite de dislocations, la repartition et la nature des precipites ainsi que de la composition chimique de la solution solide. La dynamique d’amas est une modelisation en champ moyen qui permet de decrire l’evolution des defauts ponctuels et amas de defauts tels que les cavites. Cette approche nous permet d’etudier l’impact de differentes populations de puits de defauts sur le gonflement sous irradiation. Une etude de sensibilite du gonflement vis-a-vis de la nature et des caracteristiques des nano-precipites a ete conduite grâce au code CRESCENDO [1]. Les simulations sont comparees a l’evolution des microstructures modeles irradiees aux ions lourds (Fe3+ 2MeV) sur la plateforme JANNuS du CEA Saclay. Les implications de ces resultats sur la conception de nouvelles nuances d’aciers austenitiques resistantes au gonflement sont presentees et discutees.