Heliumverbrossing onder de loep

De materialen die worden gebruikt voor de bouw van gesmolten zoutreactoren (MSR’s) moeten bestand zijn tegen zeer zware omstandigheden, zoals hoge temperaturen, chemisch agressieve omgevingen en neutronenstraling. Veel MSR-ontwerpen maken gebruik van nikkel-gebaseerde legeringen, omdat deze materialen sterke mechanische eigenschappen hebben bij hoge temperaturen en goed bestand zijn tegen corrosie. Toch is bekend dat ze schade oplopen door blootstelling aan neutronen. Een belangrijk schadeproces is heliumverbrossing: door kernreacties (transmutaties) ontstaat helium in het materiaal. Het helium maakt het materiaal brosser, wat de mechanische prestaties negatief beïnvloedt.

Om te bepalen welke materialen het meest geschikt zijn voor MSR’s, is het belangrijk goed te begrijpen hoe neutronenstraling hun eigenschappen verandert. Helaas is er weinig recente testdata beschikbaar van nikkel-gebaseerde legeringen na bestraling. De meeste data dateert uit de jaren ’60 en ’70 en bevatten vaak onvoldoende informatie over de precieze testomstandigheden. 

Daarom is binnen het MSR-onderzoeksprogramma van NRG PALLAS het ENICKMA-experiment opgezet. In dit experiment zijn verschillende nikkel-gebaseerde legeringen en één roestvaststaal-legering bestraald bij temperaturen die representatief zijn voor MSR-omstandigheden (ongeveer 650 °C en 725 °C). Het doel van dit experiment is te onderzoeken hoe de mechanische eigenschappen van deze materialen achteruitgaan bij langdurige blootstelling aan hoge temperaturen en neutronenstraling. De focus ligt vooral op heliumverbrossing en thermische veroudering, omdat dit naar verwachting de belangrijkste degradatiemechanismen zijn onder deze omstandigheden. 

Voor het ENICKMA-project werkt NRG PALLAS samen met verschillende partners zoals CEA (Frankrijk), COMTES FHT (Tsjechië) en SINAP (China) die allen materialen hebben geleverd voor de bestraling. In totaal zijn 100 monsters, verdeeld over 10 vaten, 9 maanden lang bestraald in de Hoge Flux Reactor in Petten. Momenteel richten we ons op het nabestralingsonderzoek van deze monsters. De volledige onderzoekscampagne van ENICKMA omvat trekproeven, lage-cyclusvermoeiingstests (LCF), kleine ponsproeven (SPT) en microstructureel onderzoek op ENICKMA-legeringen in referentie-, warmtebehandelde en bestraalde toestanden.