Materials Modeling - a key for the Design of Advanced High Temperature Reactor Components
Modélisation des matériaux – une clé pour la conception de composants de réacteurs haute température avancés
1
Paul Scherrer Institut
2
CEA/Saclay
3
ORNL - Oak Ridge National Laboratory
The safe and reliable performance of advanced fission plants is dependent on the choice of suitable materials and assessment of long-term materials degradation. These materials are degraded by their exposure to high temperatures, irradiation and a corrosive environment, therefore it is necessary to address the issue of long term damage evolution of materials under service exposure in advanced plants. A higher confidence in life-time assessments of these materials requires an understanding of the related physical phenomena on a range of scales from the microscopic level of single defect damage effects all the way up to macroscopic effects. To understand the many different phenomena present, such a study needs to encompass broad time and length scales starting from atomistic descriptions of primary damage formation and ending with a description of bulk property behaviour at the continuum limit. This paper discusses the multi-scale, multi-code simulations and multi-dimensional validation experiments undertaken to understand the mechanical properties of these materials. Such a multiscale modelling and experimental approach is envisaged and will probe beyond currently possible approaches to become a predictive tool in estimating lifetimes and mechanical properties of materials.
Résumé
La performance sûre et fiable des centrales à fission avancées dépend de la pertinence des matériaux choisis et de l’évaluation de leur dégradation à long terme. Ces matériaux sont dégradés de par leur exposition à des températures élevées, à l’irradiation et à un environnement corrosif. Par conséquent, il est nécessaire de s’attaquer au problème de l’évolution à long terme de l'endommagement des matériaux exposés lors de leur utilisation dans les centrales avancées. Pour avoir une meilleure confiance dans les évaluations de la durée de vie des matériaux, il est nécessaire de comprendre les phénomènes physiques associés, et ce, à différents niveaux, des effets microscopiques d’un seul défaut jusqu’aux effets macroscopiques. Pour comprendre les nombreux différents phénomènes présents, une telle étude doit inclure des échelles de temps et de longueur étendues, commençant par des descriptions atomistiques de la formation des dégâts primaires et se terminant par une description du comportement des propriétés générales à la limite du continuum. Cet article présente des simulations multi-niveaux, multi-code et des essais de validation multi-dimensionnels effectués pour comprendre les propriétés mécaniques de ces matériaux. Une telle modélisation multi-niveaux et une telle approche d’expérimentation sont envisagées et iront au-delà des approches actuellement possibles pour devenir un outil de prévision permettant d’estimer les durées de vie et les propriétés mécaniques des matériaux.
© SFEN 2007