CH667881A5 - NUCLEAR RADIATION ABSORBERS. - Google Patents
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Description
DESCRIPTION DESCRIPTION
La présente invention concerne des absorbeurs métalliques de radiations nucléaires. Elle a plus particulièrement pour objet des absorbeurs métalliques de radiations nucléaires contenant du samarium métallique sous forme d'alliage métallique choisi parmi l'une au moins des familles d'alliages cuivre-samarium, aluminium-samarium et magnésium-samarium, respectivement, chacune desdites familles d'alliages contenant de 0,05 à 95% en poids de samarium par rapport au poids total de d'alliage. The present invention relates to metal absorbers of nuclear radiation. It relates more particularly to metallic nuclear radiation absorbers containing metallic samarium in the form of metallic alloy chosen from at least one of the families of copper-samarium, aluminum-samarium and magnesium-samarium alloys, respectively, each of said families of alloys containing from 0.05 to 95% by weight of samarium relative to the total weight of alloy.
L'importance des programmes énergétiques électronucléaires dans le monde et le développement des techniques nucléaires nécessitent des solutions de protection contre les radiations nucléaires (périphérie des réacteurs, transport et stockage des déchets radioactifs, machines nucléaires...) Il est donc de première importance et de première nécessité de concevoir et fabriquer des absorbeurs de radiations efficaces et compétitifs. The importance of nuclear power programs in the world and the development of nuclear techniques require solutions to protect against nuclear radiation (reactor periphery, transport and storage of radioactive waste, nuclear machines, etc.) It is therefore of primary importance and essential to design and manufacture efficient and competitive radiation absorbers.
Les matériaux d'absorption doivent répondre aux critères suivants : The absorption materials must meet the following criteria:
- en premier lieu, posséder des propriétés nucléaires spécifiques: grande section efficace de capture neutronique, faible émission de rayonnement secondaire, bonne stabilité dans le temps par rapport aux rayonnements. - firstly, having specific nuclear properties: large cross section of neutron capture, low emission of secondary radiation, good stability over time with respect to radiation.
- avoir un point de fusion élevé pour supporter réchauffement engendré par l'absorption des rayonnements, et notamment des flux neutroniques. - have a high melting point to withstand heating generated by the absorption of radiation, and in particular neutron fluxes.
- être bon conducteur de la chaleur pour faciliter le refroidissement vers l'extérieur. - be a good conductor of heat to facilitate cooling to the outside.
- chaleur résiduelle pas trop importante (se dégageant sous forme de rayonnement après l'arrêt). - not too high residual heat (released as radiation after stopping).
- résistance mécanique suffisamment grande. - sufficiently high mechanical resistance.
- résistance à la corrosion par rapport au réfrigérant, ou dans l'atmosphère de travail. - resistance to corrosion with respect to the refrigerant, or in the working atmosphere.
- présenter une bonne stabilité par rapport à la chaleur et au rayonnement. - have good stability with respect to heat and radiation.
- coût compétitif tant sur le plan de la matière première que dans la mise en œuvre. - competitive cost both in terms of raw material and implementation.
Tous les éléments absorbent plus ou moins les radiations nucléaires, mais ceux qui ont les propriétés neutrophages les plus marquantes sont: le cadmium, le bore, l'europium, le hafnium, le gadolinium et le samarium et le dysprosium. All the elements absorb more or less nuclear radiation, but those which have the most striking neutron-absorbing properties are: cadmium, boron, europium, hafnium, gadolinium and samarium and dysprosium.
Le cadmium a l'inconvénient d'être un produit très toxique pour l'organisme humain et son utilisation est strictement interdite dans de nombreux pays. De plus, son point de fusion (321 °C) et sa température d'ébulition (761 °C) sont très bas, et sa résistance à la corrosion en milieu aqueux est très mauvaise. Cadmium has the disadvantage of being a very toxic product for the human organism and its use is strictly prohibited in many countries. In addition, its melting point (321 ° C) and its boiling point (761 ° C) are very low, and its resistance to corrosion in an aqueous medium is very poor.
L'europium et le dysprosium bien qu'ayant une grande section efficace de capture, donnent lieu à des applications très limitées, étant donné leur prix très élevé. Europium and dysprosium, although having a large effective capture section, give rise to very limited applications, given their very high price.
Le gadolinium présente dans le spectre de neutrons thermiques la section efficace de capture la plus élevée de tous les absorbeurs connus. On peut observer que par exemple pour des neutrons d'énergie initiale de 10"1 à 10~3 Electronvolts, sa section efficace de capture est environ 100 fois plus élevée que celle du bore. Malheureusement, dans la zone des neutrons épithermiques et des neutrons lents (énérgie de 0,3 à 102 Electronvolts), les propriétés d'absorption sont très diminuées comparativement au bore. Gadolinium has the highest cross-sectional area of all known absorbers in the thermal neutron spectrum. We can observe that for example for neutrons of initial energy from 10 "1 to 10 ~ 3 Electronvolts, its effective capture section is approximately 100 times higher than that of boron. Unfortunately, in the zone of epithermal neutrons and neutrons slow (energy from 0.3 to 102 Electronvolts), the absorption properties are very reduced compared to boron.
Le matériau absorbeur le plus répandu et le plus connu sur le plan de la criticité est sans conteste possible le bore, qui est utilisé sous différentes formes: bore élémentaire, borures, carbure de bore, acide borique, oxyde, nitrue etc... et de nombreux brevets ont été déposés. The most widespread and most well-known absorptive material in terms of criticality is undoubtedly possible boron, which is used in different forms: elemental boron, borides, boron carbide, boric acid, oxide, nitrue etc ... and many patents have been filed.
La mise en œuvre des matériaux à base de bore est délicate : le bore élémentaire a de mauvaises propriétés mécaniques, il est hautement oxydable à haute température et sa résistance à la corrosion est mauvaise; il faut alors l'insérer sous forme de composés chimiques définis dans diverses matrices, et ces matériaux composites posent des problèmes d'homogénéité et sont délicats de mise en œuvre. The use of boron-based materials is delicate: elemental boron has poor mechanical properties, it is highly oxidizable at high temperature and its corrosion resistance is poor; it must then be inserted in the form of chemical compounds defined in various matrices, and these composite materials pose problems of homogeneity and are difficult to implement.
Le Hafnium a des propriétés d'absorption très inférieures au bore pour les neutrons thermiques et épithermiques, son cout est élevé et sa mise en œuvre délicate à cause de son oxy-dabilité. Hafnium has much lower absorption properties than boron for thermal and epithermal neutrons, its cost is high and its implementation is delicate because of its oxidation-resistance.
Le Samarium par rapport à tous les éléments cités précédemment, présente des propriétés neutrophages extrêmement intéressantes intermédiaires entre le Bore et le Gadolinium pour les neutrons thermiques supérieures au Bore et au gadolinium pour les neutrons intermédiaires et rapides; deux zones de résonnance donnent deux faiblesses seulement pour le samarium par rapport au bore, la première entre 1 et 5 eV d'énergie de neutron et la deuxième entre 30 et 40 eV, mais ces faiblesses peuvent etre compensées par la quantité d'éléments neutrophages introduite dans l'alliage final. Par rapport au gadolinium, il est parfaitement claire que le samarium est plus intéressant globalement sur tout le spectre d'énergie de neutrons. Compared to all the elements mentioned above, the Samarium has extremely interesting neutron-absorbing properties between Boron and Gadolinium for thermal neutrons superior to Boron and gadolinium for intermediate and fast neutrons; two resonance zones give only two weaknesses for the samarium compared to boron, the first between 1 and 5 eV of neutron energy and the second between 30 and 40 eV, but these weaknesses can be compensated by the quantity of neutron-absorbing elements introduced into the final alloy. Compared to gadolinium, it is perfectly clear that the samarium is more interesting overall on the whole spectrum of energy of neutrons.
C'est pourquoi, le demandeur conscient de l'intérêt du Therefore, the applicant aware of the interest of the
5 5
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samarium, a cherché et trouvé des moyens de l'allier à d'autres matières métalliques pour en faire des absorbeurs de radiations nucléaires présentant toutes les qualités citées précédemment. samarium, sought and found ways to combine it with other metallic materials to make them nuclear radiation absorbers having all the qualities mentioned above.
Ces nouveaux absorbeurs sont caractérises par le fait qu'ils constituent essentiellement trois familles d'alliages, une famille ayant pour métal de base l'aluminium, une autre famille ayant pour métal de base le cuivre, et une troisième ayant pour métal de base le magnésium. Ces trois familles de nouveaux alliages présentent globalement des intérêts complémentaires. En effet, l'aluminium est très léger mais présente au-dessus de 300 °C des propriétés mécaniques assez faibles. En comparaison, le cuivre est plus lourd, mais a une conductibilité thermique supérieure à celle de l'aluminium (qui est déjà excellente) et donne des propriétés mécaniques élevées jusqu'à 500 °C. Le magnésium va donner lieu aux alliages les plus légers, mais sa tenue à la corrosion est faible, et sa conductivité thermique plus basse que celle de l'aluminium. Dans ces trois familles, les propriétés d'aborption des .radiations nucléaires sont données par la masse relative de samarium présente dans les matrices métalliques concernées. La capacité d'absorption d'un élément est définie par sa section efficace de capture neutronique, exprimée en BARN. A partier de cette section efficace a, on peut obtenir un coefficient-d'absorption |i grâce à la relation: These new absorbers are characterized by the fact that they essentially constitute three families of alloys, one family having as base metal aluminum, another family having as base metal copper, and a third having as base metal the magnesium. These three families of new alloys generally present complementary interests. Indeed, aluminum is very light but has fairly low mechanical properties above 300 ° C. In comparison, copper is heavier, but has a higher thermal conductivity than aluminum (which is already excellent) and gives high mechanical properties up to 500 ° C. Magnesium will give rise to the lightest alloys, but its resistance to corrosion is low, and its thermal conductivity lower than that of aluminum. In these three families, the absorption properties of nuclear radiation are given by the relative mass of samarium present in the metallic matrices concerned. The absorption capacity of an element is defined by its cross section of neutron capture, expressed in BARN. From this effective section a, we can obtain an absorption coefficient | i thanks to the relation:
xi a H = pN-£ xi a H = pN- £
p. est eprimé en cm -1 : p. is expressed in cm -1:
p est la masse volumique du matériau en g/cm3 A est la masse atomique en g a est la section efficace de capture en cm2 N est le nombre d'Avogadro p is the density of the material in g / cm3 A is the atomic mass in g a is the cross section of capture in cm2 N is the Avogadro number
Pour calculer le coefficient d'absorption d'un alliage, il faut tenir compte de tous les éléments d'addition présents, et utiliser alors la formule: To calculate the absorption coefficient of an alloy, you must take into account all the addition elements present, and then use the formula:
MV Cj CT MV Cj CT
M-alIiage — pN 2-i ^ j p = masse volumique de l'alliage M-alIiage - pN 2-i ^ j p = density of the alloy
C; = concentration pondérale de l'élément i dans l'alliage CT; = section efficace de l'élément i A; = masse atomique de l'élément i VS; = concentration by weight of element i in the CT alloy; = cross section of element i A; = atomic mass of element i
En considérant un élément d'addition donné i, le coefficient d'absorption de l'alliage est directement fonction du pourcentage pondérale de cet élément dans d'alliage. When considering a given addition element i, the absorption coefficient of the alloy is directly a function of the weight percentage of this element in the alloy.
Ainsi, pour tous les alliages Al-Sm, Cu-Sm et Mg-Sm faisant l'objet du présent brevet, leur coefficient d'absorption sera directement fonction du pourcentage en poids de samarium. Thus, for all the Al-Sm, Cu-Sm and Mg-Sm alloys which are the subject of this patent, their absorption coefficient will be directly a function of the percentage by weight of samarium.
Mais venons en aux familles d'alliages Al-Sm, Cu-Sm et Mg-Sm donc d'alliages comportant comme éléments principaux l'aluminium, le cuivre et le magnésium, associés au samarium avec un pourcentage de samarium pouvant aller de 0,05 à 95% en poids de samarium par rapport au poids total de î'alliage considéré. En dessous de 0,05%, l'effet absorbant s'avère trop réduit, et au dessus de 95% on est dans le cas du samarium métal dont I'oxydabilité est élevée, les propriétés technologiques peu intéressantes, un prix élevé, et une mise en œuvre difficile. But let's come to the families of alloys Al-Sm, Cu-Sm and Mg-Sm, therefore of alloys comprising as main elements aluminum, copper and magnesium, associated with samarium with a percentage of samarium which can range from 0, 05 to 95% by weight of samarium relative to the total weight of the alloy considered. Below 0.05%, the absorbent effect proves to be too reduced, and above 95% we are in the case of the metal samarium whose oxidizability is high, the technological properties not very interesting, a high price, and difficult implementation.
De préférence, on se situera avec les alliages de la famille Cu-Sm, dans une fourchette de 0,05 à 50% de Sm, ou dans une fourchette de 70 à 90% de Sm. Avec les alliages de la famille Al-Sm, on se situera préférentiellement dans une four-1 chette de 0,05 à 25% en poids de Sm, et pour la famille Mg-Sm, dans une fourchette de 0,05 à 55%. Preferably, the alloys of the Cu-Sm family will be situated in a range of 0.05 to 50% of Sm, or in a range of 70 to 90% of Sm. With alloys of the Al-Sm family, we will preferentially be in a furnace-1 chette of 0.05 to 25% by weight of Sm, and for the Mg-Sm family, in a range of 0.05 to 55% .
Ces fourchettes, sans etre exclusives présentent les meilleurs compromis de propriétés technologiques et la teneur en samarium sera calculée en fonction du flux de radiation à absorber. These forks, without being exclusive, present the best compromises of technological properties and the samarium content will be calculated according to the radiation flux to be absorbed.
L'aluminium, le cuivre et le magnésium utilisés peuvent être purs ou alliés avec n'importe quels autres éléments d'addition qui vont permettre de renforcer les propriétés mécaniques des absorbeurs ou de modifier leurs propriétés technologiques (facilité de mise en œuvre, résistance à la corrosion, usinabilité, soudabilité...) De même, parmi tous les éléments d'addition autre que l'aluminium, le cuivre, le magnesium et le samarium, pourront être ajoutés d'autres éléments neutrophages tels que le gadolinium, l'europium, le hafnium, le bore (en phase dispersée ou non), le cadmium, le lithium, le dysprosium, etc..., ou pourront être inserrées des fibres (en alumine, en carbure de silicium, en bore, en carbone...) The aluminum, copper and magnesium used can be pure or alloyed with any other addition element which will make it possible to reinforce the mechanical properties of the absorbers or to modify their technological properties (ease of implementation, resistance to corrosion, machinability, weldability ...) Similarly, among all the addition elements other than aluminum, copper, magnesium and samarium, other neutrophagous elements such as gadolinium, europium, hafnium, boron (in dispersed phase or not), cadmium, lithium, dysprosium, etc ..., or may be inserted fibers (alumina, silicon carbide, boron, carbon. ..)
Les alliages aluminium-samarium, ou cuivre-samarium, ou magnésium-samarium présentent une très bonne facilité de mise en œuvre par l'un au moins des procédés de fabrication choisi parmi le moulage, que ce soit en sable, en coquille, sous haute ou basse pression, le laminage à chaud ou à froid, l'extrusion, le forgeage, le formage sous vide- The aluminum-samarium, or copper-samarium, or magnesium-samarium alloys exhibit very good ease of implementation by at least one of the manufacturing processes chosen from molding, whether in sand, in shell, under high or low pressure, hot or cold rolling, extrusion, forging, vacuum forming-
Ces alliages faisant l'objet du présent brevet donnent des structures parfaitement homogènes avec des sections efficaces de capture neutronique très régulières. La densité des mélanges va être variable en fonction des proportions de samarium introduites dans l'aluminium, le cuivre, ou le magnésium. A titre indicatif, le tableau I donne des valeurs de densité pour différentes compositions. These alloys which are the subject of this patent give perfectly homogeneous structures with very regular neutron capture cross sections. The density of the mixtures will be variable depending on the proportions of samarium introduced into aluminum, copper, or magnesium. As an indication, Table I gives density values for different compositions.
Tableau I Table I
Densités de différents alliages Al-Sm et Cu-Sm Densities of different Al-Sm and Cu-Sm alloys
Alliages Alloys
% Pondéral de Sm % Weight of Sm
Densité Density
Al-Sm Al-Sm
4 4
2,8 2.8
Al-Sm Al-Sm
10 10
2,9 2.9
Al-Sm Al-Sm
25 25
3,1 3.1
Sm-Al Sm-Al
90 90
7 7
Cu-Sm Cu-Sm
10 10
8,7 8.7
Cu-Sm Cu-Sm
20 20
8,5 8.5
Sm-Cu Sm-Cu
85 85
7,9 7.9
Mg-Sm Mg-Sm
10 10
-2,2 -2.2
On peut voir que pour l'aluminium avec des alliages allant jusqu'à environ 25% en poids de samarium, la densité reste faible et va donc permettre la fabrication d'absorbeurs de radiations très légers. Par contre, avec les alliages Cu-Sm, la densité des deux métaux étant plus voisines (8,92 pour le cuivre et 7,52 pour le samarium) les valeurs de densités sont assez peu affectées par la teneur en samarium. Les alliages Mg-Sm présentent bien évidemment les densités les plus faibles. We can see that for aluminum with alloys up to about 25% by weight of samarium, the density remains low and will therefore allow the manufacture of very light radiation absorbers. On the other hand, with Cu-Sm alloys, the density of the two metals being more similar (8.92 for copper and 7.52 for samarium) the density values are relatively little affected by the samarium content. The Mg-Sm alloys obviously have the lowest densities.
En ce qui concerne la conductibilité thermique, elle va être très variable en fonction des alliages finalement retenus pour la fabrication des absorbeurs : les valeurs pour le cuivre pur, l'aluminium pur, le magnésium pur et le samarium pour sont respectivement, en W/m°K (entre 0 et 100 °C): 394,238, 155,10 (environ). On voit immédiatement que le samarium par rapport au trois autres éléments a une conductibilité très faible. La conductibilité thermique du matériau métallique absorbeur final va dépendre fortement du mélange retenu (Al-Sm, Cu-Sm, ou Mg-Sm) et éventuellement des autres éléments d'addition introduits dans les alliages pour en amélio5 Regarding the thermal conductivity, it will be very variable depending on the alloys ultimately chosen for the manufacture of the absorbers: the values for pure copper, pure aluminum, pure magnesium and samarium for are respectively, in W / m ° K (between 0 and 100 ° C): 394.238, 155.10 (approximately). We can immediately see that the samarium compared to the other three elements has a very low conductivity. The thermal conductivity of the final absorbent metallic material will strongly depend on the selected mixture (Al-Sm, Cu-Sm, or Mg-Sm) and possibly on the other addition elements introduced into the alloys for improvement
10 10
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65 65
667 881 667,881
4 4
rer leurs propriétés mécaniques, technologiques ou d'absorption. A titre d'exemple, un alliage Al-Sm à 10% de Sm va avoir une conductibilité thermique de 150 W/m°K, un alliage Al-Si-Sm à 7% de silicium et 2% de samarium, la même chose, enfin un alliage Cu-Sm à 4% de Sm montrera une conductibilité thermique de 250 W/m°K environ. Cette notion de conductibilité thermique est importante et va fortement influencer le choix de la composition optimale recherchée pour le matériau absorbeur, car toute absorption de radiation (et spécialement la capture neutronique) s'accompagne d'un dégagement de chaleur qu'il faudra évacuer des parties chaudes vers les parties froides aussi rapidement que possible. On remarquera que les matrices aluminium et cuivre sont de ce point de vue très bien placées. r their mechanical, technological or absorption properties. For example, an Al-Sm alloy with 10% Sm will have a thermal conductivity of 150 W / m ° K, an Al-Si-Sm alloy with 7% silicon and 2% samarium, the same thing , finally a Cu-Sm alloy with 4% of Sm will show a thermal conductivity of 250 W / m ° K approximately. This notion of thermal conductivity is important and will strongly influence the choice of the optimal composition sought for the absorbent material, because any absorption of radiation (and especially neutron capture) is accompanied by a release of heat which will have to be evacuated. hot parts to cold parts as quickly as possible. It will be noted that the aluminum and copper matrices are very well placed from this point of view.
En général, les points de début de fusion des alliages Al-Sm, Cu-Sm, Mg-Sm sont élevés ce qui leur confère une très bonne stabilité à haute température, et qui leur permet de supporter sans problème réchauffement provoqué par l'absorption des neutrons ou d'autres rayonnements. L'intervalle de solidification varie en fonction de la composition chimique et le tableau II indique quelques valeurs d'alliages étudiés. In general, the starting points of melting of the alloys Al-Sm, Cu-Sm, Mg-Sm are high, which gives them very good stability at high temperature, and which allows them to withstand without problem the heating caused by absorption. neutrons or other radiation. The solidification interval varies according to the chemical composition and Table II indicates some values of alloys studied.
Tableau II Table II
Intervalle de solidification de quelques alliages Al-Sm, Cu-Sm, Mg-Sm (Pourcentages pondéraux) Solidification interval of some Al-Sm, Cu-Sm, Mg-Sm alloys (Weight percentages)
Alliage Alloy
Début de solidification Beginning of solidification
°C ° C
Fin de solidification °C End of solidification ° C
Al-Sm 4 Al-Sm 4
651 651
633 633
Al-Sm 10 Al-Sm 10
640 640
633 633
Al-Si 7 Sm 3 Al-Si 7 Sm 3
615 615
575 575
Al-Sm 25 Al-Sm 25
800 800
633 633
Cu-Sm 10 Cu-Sm 10
1000 1000
882 882
Cu-Sm 20 Cu-Sm 20
Compos. eutectique Compos. eutectic
882 882
Cu-Sm 48 Cu-Sm 48
Compos. eutectique Compos. eutectic
818 818
Cu-Sm 85 Cu-Sm 85
Compos. eutectique Compos. eutectic
597 597
Cu-Sm 95 Cu-Sm 95
1200 1200
597 597
Mg-Sm 15 Mg-Sm 15
-620 -620
-570 -570
Les masses atomiques du samarium (150,33 g) et du cuivre (63,5 g) étant élevées, les radiations y et X seront fortement absorbées par ces deux éléments, tandis que l'effet de l'aluminium et du magnésium est beaucoup plus faible. The atomic masses of samarium (150.33 g) and copper (63.5 g) being high, the radiations y and X will be strongly absorbed by these two elements, while the effect of aluminum and magnesium is much weaker.
La résistance à la corrosion, d'une manière générale n'est pas ou peu affectée par la présence de samarium, pour des teneurs inférieures à 25% en poids, et les propriétés de coro-sion vont essentiellement dépendre de la nature des matrices aluminium, cuivre et magnésium utilisées. Pour l'aluminium par exemple, des matrices aluminium silicium (7 à 10% de Si) et aluminium magnésium) vont présenter une bonne tenue à la corrosion contre les agents atmosphériques, contre l'eau déminéralisée à 50 °C ou en atmosphère marine. Cette tenue pourrait encore être améliorée par des traitements de surface appropriés (anodisation, alodine, peintures, rêvetements plastiques...). Pour les alliage cuivre samarium ayant une teneur en samarium inférieure à 20% en poids, la tenue à la corrosion n'est pratiquement pas affectée par la présence du samarium. Cette tenue à la corrosion peut encore être améliorée par des addition de chrome, de nickel, d'aluminium, d'étain... En ce qui concerne les alliages magnésium samarium la tenue à la corrosion sera en général faible et l'utilisation de ceux-ci sera réservée à des applications en milieu non corrosif. Corrosion resistance, in general is not or little affected by the presence of samarium, for contents less than 25% by weight, and the corrosion properties will essentially depend on the nature of the aluminum matrices , copper and magnesium used. For aluminum, for example, aluminum silicon (7 to 10% Si) and aluminum magnesium matrices will exhibit good corrosion resistance against atmospheric agents, against demineralized water at 50 ° C. or in a marine atmosphere. This behavior could be further improved by appropriate surface treatments (anodization, alodine, paints, plastic coatings ...). For samarium copper alloys with a samarium content of less than 20% by weight, the corrosion resistance is practically unaffected by the presence of the samarium. This corrosion resistance can be further improved by the addition of chromium, nickel, aluminum, tin, etc. With regard to samarium magnesium alloys, the corrosion resistance will generally be low and the use of these will be reserved for applications in a non-corrosive environment.
A haute température, la tenue à l'oxydation des alliages Al-Sm est remarquable, du même ordre de grandeur que celle des alliages conventionnels d'aluminium. L'utilisation de tels matériaux à haute température ne posera donc pas de problème de tenue dans le temps. Par contre, les alliages cuivre samarium binaires peuvent poser problème, car le cuivre s'oxyde à partir de 250 °C et l'oxyde de cuivre est soluble dans le cuivre. Pour les hautes températures il est donc nécessaire d'utiliser un élément d'addition supplémentaire qui va donner à la matrice ses propriétés de résistance à l'oxydation. Ce sera par exemple le nickel, le chrome, l'aluminium, ... At high temperature, the resistance to oxidation of Al-Sm alloys is remarkable, of the same order of magnitude as that of conventional aluminum alloys. The use of such materials at high temperature will therefore not pose a problem of resistance over time. On the other hand, binary samarium copper alloys can be problematic, because copper oxidizes from 250 ° C and copper oxide is soluble in copper. For high temperatures it is therefore necessary to use an additional addition element which will give the matrix its oxidation resistance properties. It will be for example nickel, chromium, aluminum, ...
Aux basses températures, il faut noter que toutes les familles Al-Sm, Cu-Sm, et Mg-Sm ne présentent aucun signe de fragilisation. At low temperatures, it should be noted that all the Al-Sm, Cu-Sm, and Mg-Sm families show no sign of embrittlement.
Les aborbeurs de radiations doivent présenter des propriétés mécaniques élevées et aussi stables que possible à hautes températures. Pour ce faire, et en fonction du cahier des charges imposé, un choix judicieux des alliages Al-Sm, Cu-Sm, et Mg-Sm et de leurs éléments d'addition supplémentaire sera effectué. Le bon compromis devra être trouvé non seulement en fonction des caractéristiques mécaniques mais aussi en fonction de la conductibilité thermique, du poids, des caractéristiques nucléaires, des possibilités de mise en œuvre. A titre d'exemple nous allons voir dans les tableaux qui suivent des résultats d'essaix mécaniques sur différents alliages Al-Sm et Cu-Sm. Radiation absorbers must have high mechanical properties and be as stable as possible at high temperatures. To do this, and depending on the specifications imposed, a judicious choice of the Al-Sm, Cu-Sm, and Mg-Sm alloys and their additional addition elements will be made. The right compromise will have to be found not only according to the mechanical characteristics but also according to the thermal conductivity, the weight, the nuclear characteristics, the possibilities of implementation. As an example, we will see in the following tables the results of mechanical tests on different Al-Sm and Cu-Sm alloys.
Tableau 3 Table 3
Propriétés mécaniques de traction d'un alliage coule Al-Sm 10 a l'état brut de moulage Mechanical tensile properties of a cast Al-Sm 10 alloy in the raw molding state
Température d'essai (maintien de 1 h à T°) Test temperature (1 hour hold at T °)
Rm MPA Rm MPa
Rp 0,2 MPA Rp 0.2 MPA
A% AT%
HB HB
20 °C 20 ° C
140 140
60 60
13 13
40 40
250 °C 250 ° C
60 60
40 40
25 25
350 °C 350 ° C
50 50
35 35
35 35
Tableau 4 Table 4
Propriétés mécaniques de traction d'un alliage Al-Sm 10 lamine, etat brut de laminage a chaud Mechanical tensile properties of a rolled Al-Sm 10 alloy, raw hot-rolled state
T° d'essai Sens long Sens travers long Test temperature Long direction Long cross direction
(maintien de Rm Rp 0,2 A % Rm Rp 0,2 A % HB (maintenance of Rm Rp 0.2 A% Rm Rp 0.2 A% HB
IhàT) MPA MPA MPA MPA IhàT) MPA MPA MPA MPA
20 °C 20 ° C
120 120
100 100
10 120 100 6 10 120 100 6
42 42
250 °C 250 ° C
60 60
40 40
25 25
350 °C 350 ° C
50 50
35 35
35 35
Tableau 5 Table 5
Propriétés mécaniques de traction d'un alliage Al-Si 7 Mg 0,3 Sm 2 moule Mechanical tensile properties of an Al-Si alloy 7 Mg 0.3 Sm 2 mold
Etat de livraison T° Temps de Rm RpO,2A% HB Delivery condition T ° Rm time RpO, 2A% HB
d'essai maintien MPA MPA àT° maintenance test MPA MPA at T °
avant l'essai (h) before the test (h)
Brut de Gross of
20 °C 20 ° C
- -
150 150
80 80
2 2
55 55
moulage molding
Etat recuit Annealed condition
6' à 14 h à 6 'to 2 p.m.
20 JC 20 JC
- -
100 100
50 50
4 4
45 45
520 °C 520 ° C
Etat trempé et Quenched state and
revenu returned
20 °C 20 ° C
- -
230 230
180 180
2 2
80 80
Etat trempé et Quenched state and
1 1
190 190
160 160
4 4
revenu returned
200 °C 200 ° C
1000 1000
90 90
50 50
7 7
Etat trempé et Quenched state and
1 1
110 110
100 100
6 6
revenu returned
250 °C 250 ° C
1000 1000
55 55
40 40
10 10
Etat trempe et Quenched state and
1 1
52 52
45 45
15 15
revenu returned
315 °C 315 ° C
1000 1000
35 35
25 25
18 18
5 5
10 10
15 15
20 20
25 25
30 30
35 35
40 40
45 45
50 50
55 55
60 60
65 65
5 5
667 881 667,881
Tableau 6 Table 6
Propriétés mécaniques d'un alliage Cu-Sm 5 Cr 0,5, moule ou corroyé Mechanical properties of a Cu-Sm 5 Cr 0.5 alloy, molded or wrought
Etat de l'alliage Alloy state
Rm MPA Rp 0,2 MPA A % Rm MPa Rp 0.2 MPA A%
Moulé état T4 Molded state T4
230 230
100 100
25 25
Moulé état T6 Molded state T6
370 370
280 280
15 15
Corroyé état T4 Corrected state T4
230 230
100 100
25 25
Corroyé état T6 Corrected state T6
(non écroui) (not hardened)
430 430
300 300
10 10
Les cas des alliages Magnésium-samarium est un peu particulier, en effet, le cuivre et l'aluminium ne dissolvent pas de samarium à l'état solide. Par contre, le magnésium peut dissoudre jusqu'à 12% de samarium aux environs de 550 °C et cette solidibilité n'est plus que de 2 ou 3% à température ambiante; cette particularité montre une possibilité de durcissement structural par trempe et revenu sur ces alliages binaires. The case of magnesium-samarium alloys is a bit special, in fact, copper and aluminum do not dissolve samarium in the solid state. On the other hand, magnesium can dissolve up to 12% of samarium at around 550 ° C and this solidity is only 2 or 3% at room temperature; this feature shows a possibility of structural hardening by quenching and tempering on these binary alloys.
5 L'usinage et le soudage des alliages Al-Sm, Cu-Sm et Mg-Sm, alliés ou non à d'autres éléments conventionnels, ne posent pas de problèmes particuliers et toutes techniques couramment utilisées dans la pratique pour ce type de matrice métallique conviennent. 5 The machining and welding of Al-Sm, Cu-Sm and Mg-Sm alloys, whether or not alloyed with other conventional elements, do not pose any particular problems and all the techniques commonly used in practice for this type of matrix metallic are suitable.
io A titre d'exemples d'application, on peut citer: les paniers de transport et de stockage de déchets nuléaires, les racks de piscine pour le stockage des éléments combustibles de réacteurs nucléaires, le blindage d'installations de décontamination, les abris anti-atomique et les protections nucléaires en io As examples of application, we can cite: transport and storage baskets for nuclear waste, pool racks for the storage of fuel elements from nuclear reactors, shielding of decontamination installations, anti-shelters -atomic and nuclear protections in
15 général, les éléments de réacteurs nucléaires, le blindage d'appareils de contrôle utilisant des rayonnements ou des sources radioactives, le blindage de boitiers électroniques, etc. 15 in general, nuclear reactor components, the shielding of control devices using radiation or radioactive sources, the shielding of electronic boxes, etc.
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Family Applications (1)
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1986
- 1986-07-30 CH CH305286A patent/CH667881A5/en not_active IP Right Cessation
-
1987
- 1987-07-27 EP EP87810422A patent/EP0258178A1/en not_active Withdrawn
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PL | Patent ceased |