Dispositif de contrôle non destructif des micro-combustibles pour réacteurs à haute température développé à l'Institut de physique et de technologie de Moscou, Russie

Récemment, l'équipe de recherche dirigée par Tatyana Borisovna Aleyeva, professeure associée au département de théorie et de physique expérimentale des réacteurs de l'Université nationale de recherche nucléaire « Institut de physique et de technologie de Moscou » (MEPhI) de Russie, a annoncé l'achèvement imminent du développement d'un dispositif expérimental destiné au contrôle non destructif de la teneur en uranium des pastilles de combustible des réacteurs à haute température refroidis au gaz (HTGR) de conception innovante.

Il est à noter que la température de l'hélium à la sortie du cœur du réacteur HTGR de 200 MW en cours de conception peut atteindre 850°C, afin de fournir de l'énergie thermique à haut potentiel aux stations de production d'hydrogène à grande échelle par voie nucléaire (AETS). Son combustible se présente sous forme de pastilles cylindriques en graphite de 5 cm de hauteur et de 12,5 mm de diamètre, chaque pastille contenant environ 4000 particules de micro-combustible uniformément réparties, d'un diamètre inférieur à 1 mm, dotées d'un noyau de dioxyde d'uranium et d'une gaine céramique multicouche. Face aux écarts du nombre de particules et du taux d'enrichissement en uranium induits par le procédé de fabrication complexe, un contrôle non destructif de haute précision devient essentiel pour garantir la qualité du combustible.

Ce dispositif de contrôle est développé sur la base de la méthode des neutrons actifs. Le système utilise un cube modérateur en graphite d'environ 3 tonnes et une source de neutrons isotopique au plutonium-béryllium (Pu-Be) pour produire un flux de neutrons thermiques, induisant la fission stimulée de l'uranium à l'intérieur des pastilles ; au-dessus est installé un module de détection à compteurs à hélium-3 (He-3) muni d'un écran de cadmium, qui permet, en enregistrant l'intensité de la réponse des neutrons rapides et en la comparant à des échantillons de référence, de réaliser une mesure quantitative relative à haute sensibilité et à faible bruit de fond.

Le dispositif développé par l'Institut de physique et de technologie de Moscou permet de garantir une vérification de haute précision de la teneur en uranium des pastilles de combustible frais avant leur chargement dans les assemblages combustibles (TVS). Cette percée technologique comble le maillon essentiel du contrôle qualité dans la chaîne de production du combustible des réacteurs HTGR en Russie et pose une base technique solide pour la construction ultérieure des projets de démonstration industriels de production d'hydrogène par voie nucléaire.