Développement d’un nouveau combustible d’uranium-molybdène

Le contrat conclu par la TUM et Framatome prévoit l’installation d’un projet pilote portant sur la fabrication d’un combustible d’U-Mo monolithique enrichi à 19,75%. Il porte sur l’installation d’une ligne pilote, ainsi que sur la fabrication de plaques de combustible destinées à des essais d’irradiation. Ces essais sont la composante centrale de la qualification du nouveau combustible pour les réacteurs de recherche européens, précise la TUM.

«Nous avons déjà effectué de nombreuses années de recherche», a déclaré le président de la TUM, Thomas F. Hofmann. «Ce projet est un pas dans le futur. Nous souhaitons créer la base qui permettra aux secteurs scientifique mais aussi médical et industriel de disposer de sources de neutrons sûres et faiblement enrichies pour mener leurs travaux de recherche.

Fabrication de combustibles U-Mo monolithiques
Pour fabriquer un combustible U-Mo monolithique, on fabrique dans un premier temps un alliage d’U-Mo à partir d’uranium et de molybdène dans la proportion de mélange souhaitée, puis on donne à celui-ci la forme de feuilles à l’aide de rouleaux. Afin d’éviter une diffusion indésirable entre l’U-Mo et l’aluminium, cette feuille est recouverte d'une couche anti-diffusion avant l’application du revêtement.

La fabrication de combustible d’U-Mo monolithique s’inscrit dans le cadre d’une coopération internationale. Tandis que les feuilles d’U-Mo sont fabriquées aux États-Unis et que le revêtement est appliqué par la division CERCA de Framatome à l'aide du procédé C2TWP, la TUM concentre ses efforts sur le développement d'un procédé performant et flexible de revêtement des feuilles d’U-Mo avec des couches empêchant la diffusion. Pour ce faire, la TUM exploite son propre laboratoire de combustible nucléaire sur le site du FRM II.

Le procédé de séparation physique en phase gazeuse (physical vapor deposition, PVD) utilisé ici est un procédé de plasma au cours duquel le métal qui doit être appliqué (par exemple le zirkonium) est atomisé dans un plasma basse pression, puis évaporé sur le substrat (U-Mo).

Premiers résultats attendus pour 2022
La fabrication pilote sera mise en place au nouveau laboratoire de recherche et de développement de Framatome, le CERCA Research and Innovation Laboratory, à Romans-sur-Isère (France). Les premiers prototypes devraient voir le jour début 2021. Si les tests sont concluants, la production pourrait commencer dès 2022.

Collaboration avec la Belgique et la France
La TUM et Framatome procèderont aux tests d’irradiation dans le cadre de projets européens auxquels prendront part également le Commissariat français à l’énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), l’Institut français de recherche Laue-Langevin à Grenoble, et le Centre belge d’étude de l’énergie nucléaire (SCK-CEN).