MAteriaux
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Centre d’excellence pour les matériaux du nucléaire

A propos de Minos :

Leader de la recherche sur les matériaux pour les applications nucléaires, le CEA a lancé en 2011, le projet MINOS (Materials Innovation for Nuclear Optimized Systems).

 

Ce centre d'excellence pour les matériaux du nucléaire a été créé par la Direction de l'énergie nucléaire (DEN) afin de promouvoir, renforcer et optimiser les programmes de recherche sur les matériaux mis en oeuvre dans les réacteurs ainsi que sur ceux utilisés dans l'aval du cycle du combustible. Il rassemble l'ensemble des compétences et des moyens de R&D de la DEN dans le domaine des matériaux pour le nucléaire.

 

L'objectif est d'apporter des réponses aux enjeux actuels et futurs du nucléaire : accroître la sûreté, la durée de vie et la disponibilité des réacteurs actuels et optimiser le cycle du combustible, développer de nouveaux matériaux pour les réacteurs de 4e génération et consolider la politique de gestion des déchets radioactifs.

 

MINOS regroupe environ 720 personnes impliquées dans la recherche fondamentale et appliquée dédiée aux matériaux pour le nucléaire dans les domaines de la chimie, de la physique, de la mécanique et du comportement sous irradiation. Les programmes de recherche mis en oeuvre sont étroitement liés aux besoins industriels. MINOS soutient des partenariats stratégiques et développe des programmes de recherche innovants relatifs à l'élaboration, la caractérisation, la conception, la compréhension phénoménologique, la modélisation et la simulation de matériaux (métaux, alliages, céramiques, composites, verre, béton, bitume, géo-polymères) et de structures en conditions extrêmes pour le nucléaire.

 

 

>Actualités/évènements
 
Dans le cadre du programme national d'investissement GENESIS, le laboratoire haute activité du LECI du Département des matériaux pour le nucléaire du CEA, spécialisé dans la caractérisation microstructurale et mécanique des matériaux irradiés non fissiles, a acquis un MEB-FIB pour être nucléarisé. Cet équipement  devrait entrer en service à l'horizon fin 2018. Il permettra la fabrication de nano échantillons pour des analyses par SAT (Sonde atomique tomographique) destinées aux études physico-chimiques de matériaux irradiés à une échelle extrêmement fine (10-9 - 10-10 m). Il permettra également de réaliser des observations jusqu'à un grossissement de x 800000 ainsi que des cartographies EBSD sur matériaux irradiés.
 
Dans le cadre de l’extension de la durée de fonctionnement des réacteurs nucléaires actuels, du développement de réacteurs de nouvelle génération à neutrons rapides et du renforcement constant de la sûreté de ces systèmes, il est essentiel de comprendre les mécanismes de vieillissement des matériaux de cœur et de structure. Cette compréhension nécessite une approche multi-physique et multi-échelle. On s’intéresse en particulier à la modélisation des défauts générés par l’irradiation et à leur influence sur le comportement mécanique plastique des matériaux (aciers inox, alliages de zirconium). Des travaux récents menés par le Département des matériaux pour le nucléaire du CEA, ont permis de chaîner les codes de dynamique d’amas CRESCENDO (développé en collaboration avec EDF) et de dynamique des dislocations NUMODIS (collaboration INRIA et CNRS) au sein de la plateforme de simulation numérique MATIX_P. A partir du calcul de l’évolution de défauts nanométriques en cours d’irradiation avec CRESCENDO, il est possible de simuler avec NUMODIS, le comportement des dislocations et leurs interactions avec les défauts, et ainsi de décrire le comportement micromécanique d’un grain métallique de fer en fonction de la dose d’irradiation. Cette étape majeure de chaînage, permet d’entrevoir la possibilité de décrire avec une approche multi-échelle, le comportement de matériaux modèles et industriels irradiés.

 

> Faits marquants
 
Implantée au Département des matériaux pour le nucléaire au CEA Paris-Saclay, la plateforme d’irradiation JANNuS-Saclay produit des faisceaux d’ions à partir de trois accélérateurs couplés : Epiméthée, Japet et Pandore. La plateforme JANNuS est dédiée à l’étude de l’irradiation dans les matériaux avec pour objectif de simuler expérimentalement les conséquences des neutrons à l’origine de défauts microstructuraux. Le nouvel accélérateur Pandore (PelletronÒ 2,5 MV, source RF avec faisceaux d’He, H, D, Ar) a récemment été mis en service. La configuration en double faisceau avec des ions fer à flux élevés issus d’Epiméthée et un faisceau d’hélium issu de Pandore est particulièrement favorable pour étudier l’effet conjoint du dommage balistique et des particules a en environnement REP (internes de cuve), réacteurs rapides (gaines, structures, absorbants) et machines de fusion (première paroi, diverteur).
 
Le Département d’études des combustibles du CEA Cadarache à récemment mis en service un nouveau dispositif nucléaire de caractérisation microscopique pour le combustible irradié. Constitué d’un MEB et d’un faisceau d’ions (FIB), ce dispositif bénéficie de techniques in situ et permet d’envisager des caractérisations 3D et la fabrication de micro-échantillons. Installé au sein de l’INB LECA-STAR, le dispositif dispose d’un système de confinement spécifique et d’un ensemble de détecteurs pour l’imagerie par transmission sur lame mince, les analyses cristallographiques et chimiques ainsi que d’un ensemble d’accessoires in situ (micro-manipulateur, nano-indenteur amovible, module STEM). Ce nouvel outil permet d’explorer la microstructure local du combustible à l’échelle du grain (quelques µm) et d’élaborer des nano-objets issus de matériaux irradiés pour des observations au MET. Il permet de réaliser des usinages en séquentiel avec observation de tranches de matériaux et de reconstruire en 3D des microstructures. Cette technique est notamment utilisée pour étudier les bulles de gaz de fission (volume, pression, structure dans le combustible irradié). En ajoutant la possibilité de réaliser des caractérisations micro-mécaniques, cet équipement de pojnte permet au CEA d’élargir son offre relative à la caractérisation du combustible irradié.
 
>Agenda
 
Perspective d'un nouveau workshop MINOS courant 2019
 
 
 
 

 

 

  

 

MEB-FIB (Zeiss Auriga 40) nucléarisé et implantation future en enceinte blindée dans le laboratoire haute activité du LECI.

 

 

 

Visualisation de la microstructure d'un grain de fer de 0,4 µm de côté irradié aux neutrons en réacteur (27 jours, 0,3 dpa) généré par le code de dynamique des dislocations NUMODIS à partir des données du code de dynamique d'amas CRESCENDO.

 

 

 

Plateforme d'irradiation JANNuS-Saclay : nouvel accélérateur PANDORE (Pelletron 2,5 MV) dédié à l'implantation ionique (He, H, D) dans les matériaux. 

 

 

 

 

Schéma du nouveau dispositif MEB-FIB du Département des études des combustiblkes (installation LECA-STAR) au CEA Cadarache. Exemple d'une reconstruction 3D de bulles de gaz de fission avec le système d'imagerie.

>Information sur les workshops MINOS précédents

 

 

 

 

Actes du workshop MINOS 2015

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Actes du workshop MINOS 2012

 

 

 

 

 

 

 

 
 
 

Maj : 19/03/2018 (211)

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