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AbstractAbstract
[en] Reactor pressure vessel (RPV) steel embrittlement under neutron irradiation is the main lifetime limiting factor of nuclear reactors. This is due to the impeding of dislocation glide by nano-metric clusters composed of Cu, P, Si, Mn and Ni. More specifically, radiation induced Mn and Ni enriched clusters cause a significant hardening at high dose. To predict this change in mechanical properties, particle accelerator based experiments are conducted. However, the achieved flux ranges between 10-4 and 10-6 dpa/s-1, whereas it is limited to 10-10 dpa/s-1 in modern nuclear power technologies. This point is of high importance since radiation damage highly depends on irradiation flux. The reproducibility ion-neutron is thus the key point. It has been studied in austenitic steels but little is known regarding any dose rate dependence in ferritic alloys. Therefore, this thesis focuses on the effect of ion fluxes on radiation damage in two different alloys: Fe-Ni and Fe-Mn in order to investigate, additionally, the effects of each solute on the microstructure after irradiation.The alloys were experimentally investigated using conventional Transmission Electron Microscopy, Scanning Transmission Electron Microscopy coupled to Energy Dispersive X-ray Spectroscopy and Electron Energy Loss Spectroscopy and by Atom Probe Tomography. Irradiations were performed with 2 MeV Fe3+ ions and 27 MeV Fe9+ ions at 400 C at a nominal damage rate of 10-4 and 10-6 dpa/s respectively, up to a nominal displacement damage of 1.2 dpa. The detailed analysis shows that Ni and Mn behave in a very different way in terms of nano-defects formed under irradiation. Besides, light particle irradiations were also performed in order to ascertain the cascade effects. Finally, a two-series irradiation was carried out using Fe ions at room temperature and protons at 400 C, to isolate the contribution of point defect clusters to hardening from that of solute enriched zones. (author)
[fr]
La fragilisation des aciers de cuve des reacteurs nucleaires sous irradiation aux neutrons est le facteur limitant la duree de vie des centrales nucleaires francaises. Ceci est du au mouvement des dislocations qui se trouve etre entrave par des amas de Cu, P, Si, Mn et Ni. Plus particulierement, les amas induits de Mn et de Ni sont a l'origine d'un durcissement significatif a forte dose. Afin de predire la degradation des proprietes mecaniques, les experiences sont generalement realisees a l'aide d'accelerateurs de particules. Cependant, les flux d'irradiation atteints sont compris entre 10-4 10-6 dpa/s-1, tandis qu'il est limite a 10-10 dpa/s-1 dans les reacteurs de puissance actuels. Ce point est essentiel etant donne que le dommage d'irradiation depend du flux de particules incidentes. La transferabilite ion/neutron constitue donc la problematique centrale. Celle-ci a ete etudiee dans les alliages austenitiques seulement. Ce travail de these se propose donc d'etudier, dans des alliages ferritiques, l'effet du flux d'irradiation sur l'endommagement dans deux alliages differents: le Fe-Ni et le Fe-Mn, dans le but d'evaluer egalement l'effet de chaque solute sur la microstructure obtenue apres irradiation. Les alliages ont ete analyses experimentalement par Microscopie Electronique en Transmission (TEM), Microscopie Electronique a Balayage par Transmission (STEM) couplee a l'Analyse Dispersive en Energie des Rayons-X (EDS) et a la Spectroscopie de Perte d'energie des Electrons (EELS), ainsi que par Sonde Atomique Tomographique (APT). Les irradiations ont ete realisees avec des ions Fe3+ de 2 MeV et des ions Fe9+ de 27 MeV, a 400 C, a des taux de dommage de 10-4 et 10-6 dpa/s-1 respectivement, jusqu'a un meme dommage de 1.2 dpa. Les resultats obtenus montrent que le Ni et le Mn ont des comportements sous irradiation tres differents en termes de nature de nano-defauts crees. Des irradiations aux particules legeres ont egalement ete realisees de maniere a apprecier l'effet des cascades de deplacement. Enfin, une irradiation sequentielle, en deux etapes, a ete effectuee a l'aide d'ions Fe9+ a temperature ambiante, puis de protons a 400 C, dans le but d'isoler la contribution au durcissement des amas de defauts ponctuels de celle des zones enrichies en solute. (auteur)Original Title
Effet du flux d'irradiation sur la formation de nano-defauts dans des alliages ferritiques Fe-Ni et Fe-Mn
Primary Subject
Source
14 Nov 2018; 234 p; 300 refs.; Available from the INIS Liaison Officer for France, see the INIS website for current contact and E-mail addresses; Energie Nucleaire
Record Type
Report
Literature Type
Thesis/Dissertation
Report Number
Country of publication
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