Résumés des thèses 2002
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Application de composites polymériques avancés à la fabrication de containers pour la disposition de combustible nucléaire épuisé
par : Sergeant Ian Miedema, MEng (Génie Nucleaire)
Directeurs: Dr. Hugues W. Bonin, Dr. Van Tam Bui
Résumé
La disposition du combustible usé est l'un des sujets les plus chauds du nucléaire, obtenant une couverture médiatique immense partout dans le monde. Le Canada, comme bien d'autres pays dotés de centrales électro-nucléaires, a été poussé à développer une politique à ce sujet. Une des stratégies proposées et qui reçoit un vaste appui consiste en la disposition ultime des déchets nucléaires dans des voûtes souterraines à grandes profondeurs. On envisage d'isoler ces matières radioactives de l'environnement naturel et, en particulier, de la biosphère, en utilisant des barrières multiples incluant le scellage des voûtes, la composition de celles-ci, les matériaux de remplissage et des containers sophistiqués. Selon la conception développée par Énergie Atomique du Canada Limitée, l'isolement doit perdurer au moins 500 ans, ce qui représente la durée de temps nécessaire aux radioisotopes pour se désintégrer jusqu'aux niveaux de radioactivité naturelle.
L'objectif de la présente recherche est de déterminer s'il est concevable d'utiliser le PEEK, un polymère avancé, et de la fibre de graphite continue en un matériau composite comme matière principale dans la fabrication d'un container pour la disposition de déchets radioactifs de haute activité. À cette fin, on a simulé l'environnement radioactif ultime auquel les containers seront exposés, et les changements des propriétés mécaniques et chimiques des matériaux composites ont été déterminés à la suite de l'exposition aux rayonnements ionisants. L'irradiation d'échantillons a été effectuée en exposant ceux-ci à un champ de radiation mixte produit par le réacteur nucléaire SLOWPOKE-2 à des températures diverses (entre 20ºC et 75ºC) pour une variété de doses.
Les résultats montrent que ce matériau composite résiste bel et bien au champ de radiation mixte jusqu'à des doses de 1 MGy inclusivement à des températures variant de 20ºC à 75ºC. Sur le plan des propriétés mécaniques, le matériau composite et le polymère vierge ne sont que très peu affectés, variant rarement de plus d'une déviation standard des propriétés des échantillons non irradiés. Au niveau moléculaire, c'est la réticulation entre les chaînes polymériques adjacentes dans la région amorphe qui est le phénomène dominant observé à la suite des traitements par radiation. On a aussi noté de légers changements dans la cristallinité à la suite du réarrangement moléculaire, commençant par de modestes accroissements aux doses les plus faibles, puis par de petites diminutions lorsque les doses dépassaient les 100 kGy. La présentation et la discussion de ces résultats mènent à un examen des implications de ces trouvailles dans la conception d'un container fabriqué à base d'un matériau composite PEEK-fibres de graphite.
