Analyse et modélisation du comportement thermomécanique des cibles de l’uranium faiblement enrichi LEU pour la production du molybdène

Abstract

Le radio-isotope médical le plus utilisé aujourd'hui est le technétium-99m. Chaque année, environ 30 millions de personnes dépendent de ce radio-isotope pour les procédures de diagnostic et thérapie médicale. Le technétium-99 (99mTc) est une substance artificielle de courte période physique (T1/2= 6h) obtenue par la décroissance du molybdène-99 (T1/2 = 66 h). Le Mo-99 peut être produit soit le bombardant des cibles de molybdène naturel ou de molybdène enrichi en Mo-98 soit par une autre méthode consiste à irradier des cibles d'uranium U-235. La grande quantité du Mo-99 produit dans le monde provient de l'irradiation des cibles de combustible d'uranium fortement enrichi HEU (High Enriched Uranium), mais malheureusement l'utilisation des cibles HEU pose le problème de la prolifération des armes nucléaires. Le programme RERTR a été crée en 1978 appuyer la politique américaine de non-prolifération des armes nucléaire. Le programme RERTER vise la conversion des cibles d'uranium fortement enrichi (HEU, 235U > 90%) à des cibles d'uranium faiblement enrichi (LEU, 235U < 20%). Il existe environ 250 réacteurs de recherche dans le monde, mais seuls cinq réacteurs fonctionnent à l'échelle industrielle pour les radio-isotopes produits à des fins médicales. Cependant, tous les cinq réacteurs approchent de 50 ans de fonctionnement et des pannes temporaires ont causé des problèmes d'approvisionnement dans le passé. Cette recherche vise à réduire le Pénurie de Tc-99m dû aux vieillissements des réacteurs de recherche pour combler les besoins mondiaux de Tc-99m, et il vise également à remplacer les cibles HEU par LEU. Dans le présent travail, une analyse thermohydrauliques par le code de calcul ANSYS Fluent et thermomécanique par le code de calcul Static-structural des cibles d'uranium faiblement enrichi (LEU) irradiées dans un réacteur de recherche destinées à la production du molybdène de fission est effectuée dans le but de déterminer, les marges de sûreté thermohydrauliques, la distribution des contraintes Von Mises et les déformations de la cible LEU. Les principaux critères dont il faut s’assurer sont : - Le début d'ébullition nucléée ONB (Onset of Nucleate Boiling) ; - L’échauffement critique DNB (Departure from Nucleate Boiling). L’analyse thermomécanique par le code commercial Static structural menée dans ce travail s’intéresse à l’étude de la distribution des déformations et des contraintes thermiques pour évaluer la tenue aux différentes conditions de test de la cible plaque d’Uranium à faible enrichissement LEU irradiée pour la production du Molybdène 99.