Au cours des dernières décennies, la communauté internationale a coopéré pour réduire les risques de prolifération nucléaire. L'une des initiatives mondiales menées par les États-Unis consiste à réduire ou à éliminer l'utilisation d'uranium hautement enrichi (UHE) à des fins civiles. Historiquement, l'uranium hautement enrichi était un combustible couramment utilisé pour les réacteurs de recherche, qui continuent d'être utilisés pour tester les environnements afin de qualifier les matériaux pour l'industrie de l'énergie nucléaire, pour produire des isotopes médicaux ou industriels et pour produire des faisceaux de neutrons pour la recherche. Afin de préserver la valeur de ces installations de recherche, des efforts considérables ont été déployés pour les convertir à l'utilisation d'uranium faiblement enrichi (UFE), qui présente beaucoup moins de risques d'être détourné pour être utilisé dans des armes.

Entre 2004 et 2014, les 20 réacteurs de recherche américains susceptibles d'être convertis pour utiliser le combustible UFE existant l'ont été, laissant cinq réacteurs de recherche à haute performance qui utilisent encore de l'UHE. En dehors des États-Unis, au moins 100 installations ont été converties de l'UHE à l'UFE ou ont été fermées. Il reste en Europe occidentale environ cinq réacteurs de recherche à haute performance qui utilisent de l'uranium fortement enrichi.
Des recherches sur de nouveaux combustibles à base d'UFE pour ces réacteurs à haute performance sont actuellement menées. Non seulement ces nouveaux combustibles doivent avoir une densité d'uranium plus élevée pour compenser l'enrichissement plus faible, mais ils doivent également être testés et qualifiés pour le service.
Les Laboratoires nucléaires canadiens ont testé des combustibles candidats à l'UFE dans leur réacteur NRU. Un nouveau combustible prometteur consiste en des particules d'uranium-molybdène ("U-Moly") à l'intérieur de plaques d'aluminium. Toutefois, le développement de ce carburant à base d'U-Moly a été retardé lorsque le carburant s'est avéré défectueux au cours des essais.
« Le fait de savoir pourquoi le combustible a échoué guide maintenant le CNL dans le développement d'une nouvelle conception de combustible pour éliminer ou réduire les réactions entre l'U Moly et l'aluminium. »
Pour déterminer les raisons de cette défaillance, CNL a fait appel au Centre canadien de faisceaux de neutrons afin d'examiner le combustible défaillant, qui était désormais hautement radioactif. Le CNL et le CNBC ont mis au point une cellule chaude spéciale pour contenir le rayonnement en toute sécurité pendant les mesures du faisceau de neutrons. Des faisceaux de neutrons ont été utilisés pour déterminer les phases cristallographiques à l'intérieur du combustible, car les neutrons ont une grande profondeur de pénétration (par rapport aux rayons X , par exemple, qui seraient absorbés à la surface du combustible).

Les mesures ont aidé le CNL à identifier le comportement de l'U-Moly dans le cœur d'un réacteur hautement radioactif, y compris les réactions chimiques qui se produisent entre les particules d'U-Moly et l'aluminium. Les résultats montrent clairement que ces réactions chimiques, qui se sont produites à un rythme plus rapide que prévu, ont conduit à la rupture du combustible. Le fait de savoir pourquoi le combustible a échoué guide maintenant le CNL dans le développement d'une nouvelle conception de combustible pour éliminer ou réduire les réactions entre l'U-Moly et l'aluminium.
CNL a également accédé au CNBC pour examiner les combustibles à base de siliciure d'uranium, qui ont été utilisés avec succès dans le réacteur NRU pendant des décennies et sont donc d'un grand intérêt en tant que modèle pour la conversion d'autres réacteurs. Lorsqu'une défaillance rare du combustible s'est produite dans le réacteur NRU, le CNBC a contribué à l'analyse des causes profondes en examinant la composition chimique de l'échantillon de combustible hautement radioactif. Les résultats ont clairement indiqué que la composition chimique de l'échantillon était conforme aux spécifications et n'était donc pas à l'origine de la défaillance, ce qui a incité CNL à rechercher la cause première ailleurs.
Cet article de recherche a été republié avec l’autorisation de l’Institut canadien de diffusion des neutrons.
