Etude de l'oxydation et de la tenue d'élastomères irradiés : conséquences sur l'intégrité des câbles électriques lors d'une situation accidentelle d'un réacteur à eau pressurisée
Résumé
This thesis contributes to a better understanding and predictions of the consequences of electronic irradiation on the electrical cables when an accident of a pressurized water reactor occurs. We studied the radiooxidation and the mechanical behaviour of two irradiated elastomers, EPDM (ethylene-propylene-hexadiene 1,4 terpolymer) and hypalon (chlorosulfonated polyethylene), used respectively as insulating and sheath material of the cable. In the first part, the conditions of exposure to radiation during an accident are presented. They induce a very heterogeneous dose profile in the cable because of the low range of the involved electrons. This situation contrasts with normal operating conditions of the power plant and corresponding qualification tests. In the latter case, the profile is uniform since it is deposited by g- rays with large ranges. The second part focuses on degradation under presence of oxygen, with typical dose and dose rate conditions for an accident. Thin films of the two elastomers (basic and formulated polymers) are irradiated by electrons and the oxidation products, and their concentrations are determined chemically. The influence, on the kinetics of radiooxidation, of three parameters typical for the irradiation, the oxygen pressure, the dose rate and the dose is presented there. The effect of antioxidants is studied in the case of EPDM. The third part describes the results concerning the experimental simulation of the dose profile during the accident on thick plates of two formulated elastomers. The evolution of the breaking mechanical properties, as a function of dose and the thickness of the plates, is presented and analysed in correlation with the oxidation profiles.
Cette thèse est un apport à la compréhension et à la prévision des conséquences sur l'intégrité des câbles électriques de l'irradiation électronique survenant lors d'une situation accidentelle d'un réacteur à eau pressurisée. Nous avons étudié la radiooxydation et la tenue mécanique de deux élastomères irradiés, l'EPDM (terpolymère éthylène-propylène-hexadiène 1,4) et l'hypalon (polyéthylène chlorosulfoné), constituant respectivement l'isolant et la gaine de ces câbles. Dans un premier volet, les conditions d'exposition caractéristiques de la situation accidentelle sont présentées. Elles induisent un profil de dose très hétérogène dans le câble à cause de la faible pénétration des électrons. Cette situation contraste avec celle du fonctionnement normal de la centrale et les conditions des tests de qualification. La dose est alors uniforme et déposée par des photons g pénétrants. Le deuxième volet traite de la dégradation oxydante, dans des conditions de dose et de débit de dose caractéristiques de la situation accidentelle. Des films fins des deux élastomères (résines de base et polymères formulés) sont irradiés par des électrons et les produits oxydés formés, sont dosés chimiquement. L'influence, sur la cinétique de radiooxydation, de trois paramètres propres à l'irradiation, la pression d'oxygène, le débit de dose et la dose y est présentée. L'effet de l'antioxydant est étudié dans le cas de l'isolant électrique. Le troisième volet s'attache à décrire les résultats concernant la simulation expérimentale du profil de dose de la situation accidentelle sur des plaques des deux élastomères formulés. L'évolution des propriétés mécaniques à la rupture, en fonction de la dose et de l'épaisseur des plaques, y est présentée et analysée en corrélation avec les profils d'oxydation.