Published December 16, 2010 | Version v1
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Study of the oxidation mechanisms between impurities and surfaces applied to the future gas-cooled nuclear reactors

Description

Inconel 617, main candidate for the heat exchangers of the gas-cooled next generation of nuclear reactors has been investigated. Two different problems occurring in the cooling system splits the study into two parts. Oxidizing impurities contained in the coolant can cause severe corrosion at 850 C. Radioactive impurities, coming from the fission reaction of the core can, in another hand contaminate the cooling loop and cause radioprotection problem for the maintenance and dismantling operations. Firstly, oxidizing gas partial pressure influence on oxidation of IN 617 at 850 C was investigated varying oxygen and water vapour partial pressure between 1.10-5 mbar and 200 mbar. Oxide layers were characterized using XPS, SEM, EDX, GD-OES, XRD. Influence of partial pressure on layers structure and composition was determined. Effect of water vapour and partial pressure on growth mechanisms were also investigated. The second part of this study is focused on diffusion of Ag, stable isotope of Ag-110m in IN617 alloy and in the oxide layer forming at its surface at 850 C. Concentration profiles were obtained by GD-OES calibrated analysis. Diffusion coefficient could be obtained from these diffusion profiles: volume diffusion and grain boundary diffusion coefficients for the diffusion in the alloy, and an apparent diffusion coefficient for the diffusion in the oxide, due to the porosity of the structure. (author)

Abstract (French)

Dans le cadre de l'etude des materiaux pour les reacteurs de generation IV, l'alliage de base nickel Inconel 617, principal candidat pour constituer les echangeurs de chaleur dans les reacteurs a caloporteur helium est etudie. Le travail s'articule autour de deux problematiques dans le circuit caloporteur a 850 C: la presence d'impuretes oxydantes, qui vont poser des problemes de corrosion, et le relachement dans le circuit de produits de fission, qui contaminent les surfaces et posent des problemes de radioprotection lors des operations de maintenance et de demantelement. Dans un premier temps, l'influence de la pression partielle en gaz oxydant sur l'oxydation de l'alliage IN617 a 850 C ete etudie en faisant varier la pression en oxygene et en vapeur d'eau entre 1.10-5 mbar et 200 mbar. Les couches d'oxyde ont ete caracterisees grace a diverses techniques: XPS, MEB, EDS, SDL, DRX. La structure et la composition de la couche d'oxyde en fonction de la pression partielle ont ete determinees. L'influence de la pression partielle et de la vapeur d'eau sur les mecanismes de croissance de la couche ont ete investigues.La deuxieme partie de cette etude concerne la diffusion de l'Ag, comme simulant du produit de fission Ag110m dans l'alliage IN617 et dans la couche d'oxyde qui se forme a sa surface a 850 C. Les profils de concentration ont pu etre obtenus grace a l'analyse des echantillons par SDL prealablement etalonnee. Ces profils de diffusion ont permis de calculer des coefficients de diffusion en volume et aux joints de grains pour la diffusion dans le metal, et un coefficient de diffusion apparent, en raison de la porosite de la couche pour la diffusion dans l'oxyde

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Original title (French)
Etude des mecanismes reactionnels entre polluants et surfaces appliquee aux reacteurs nucleaires du futur a caloporteur gaz

Publishing Information

Imprint Pagination
240 p.
Report number
FRCEA-TH--5949

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Notes
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