Nell’ambito degli studi di sviluppo dei futuri impianti nucleari denominati Generation IV, molta attenzione è rivolta alle tecnologie basate sull’impiego di reattori veloci. Nel presente rapporto sono illustrate le attività svolte nel periodo di riferimento nell’ambito della task Sicurezza, per la parte riguardante i reattori veloci di IV Generazione e le relative esperienze sul comportamento dei materiali. Sebbene esistano notevoli differenze tra le varie soluzioni di impianto prospettate in Generation IV, è comunque comune a molte l’esigenza di operare con temperature più elevate degli impianti tradizionali e con una prolungata esposizione dei componenti all’irraggiamento con neutroni ad alto contenuto energetico; alcune delle tipologie di impianto proposte presentano inoltre la problematica di contatto dei materiali con fluidi refrigeranti di natura aggressiva. Negli impianti di questo tipo che prevedono l’impiego come refrigeranti dei metalli liquidi (ad es metalli pesanti come il piombo, l’eutettico Pb-Bi o il sodio) sono richiesti in particolare materiali strutturali con alte prestazioni di resistenza meccanica e alla corrosione. Lo sviluppo e la qualifica dei materiali esistenti e di nuovi materiali per l’impiego in queste condizioni è divenuto pertanto uno dei punti cruciali per la progettazione e l’effettiva possibilità di realizzare questi nuovi impianti nucleari. Nel 2008 è stato avviato il progetto GETMAT “GEn IV and Transmutation MATerials” del 7° Programma Quadro EURATOM, a cui partecipa anche RSE, per la caratterizzazione meccanica di alcuni materiali strutturali innovativi in relazione all’esposizione degli stessi a contatto con piombo liquido. Il progetto GETMAT ha lo scopo di individuare e caratterizzare i materiali strutturali adatti alla costruzione del nocciolo del reattore e del circuito primario di scambio termico in base alla resistenza al creep (scorrimento viscoso a caldo) ed alla fatica, garantendo una sufficiente resistenza meccanica, duttilità e tenacità durante l’irraggiamento in conformità agli standard di sicurezza; in aggiunta a ciò ai materiali che possono venire a contatto con i metalli liquidi è richiesta la compatibilità chimica e resistenza alla corrosione, inclusi i fenomeni influenzati dall’irraggiamento. In base a questa esigenza l’attenzione è stata rivolta prevalentemente alla caratterizzazione degli acciai ferritico-martensitici (ad es. prodotti commercialmente diffusi come il P91) ed a nuovi materiali ottenuti da analoghe matrici di acciaio e rafforzati con la dispersione di ossidi (acciai ODS contenenti ittria). Le leghe ODS sono materiali sviluppati già a partire dal secolo scorso ma che hanno trovato applicazione commerciale, seppur limitata, prevalentemente come leghe di nichel. Gli acciai ferritico-martensitici ODS risultano invece ancora oggi prodotti innovativi e poco diffusi ed il reperimento degli stessi ha rappresentato un aspetto di notevole difficoltà nell’ambito del progetto GETMAT, in cui è stata programmata la caratterizzazione di tre acciai con diversa concentrazione di Cr in relazione al possibile impiego negli impianti di IV Generazione con piombo liquido. Allo stato attuale sono stati resi disponibili l’acciaio ODS al 14% di Cr e l’acciaio ODS al 12 % Cr mentre l’acciaio ODS al 9 % Cr dovrebbe essere disponibile nel corso del 2011. Il programma di RSE nel progetto GETMAT è focalizzato sulla valutazione delle proprietà meccaniche di questi acciai in relazione all’esposizione su tempi lunghi dei materiali al contatto con piombo fuso. Il lavoro prevede quindi l’esecuzione di prove meccaniche convenzionali (trazione, resilienza e creep) e prove small punch (tensile e creep) su campioni precedentemente esposti al contatto con piombo liquido (500°C per almeno 5000 h) in un circuito sperimentale del centro ENEA di Brasimone. Le difficoltà di approvvigionamento dei materiali (limitate quantità disponibili) hanno reso di particolare interesse la possibilità di caratterizzazione meccanica mediante prove miniaturizzate come la tecnica small punch inclusa nel programma di prove RSE. Nel periodo di riferimento del presente rapporto sono stati lavorati tutti i provini del primo acciaio ODS (14% Cr) reso disponibile e sono stati progettati e realizzati gli accessori necessari all’inserimento dei provini nell’impianto di esposizione di ENEA nonché quelli necessari all’esecuzione di prove convenzionali (creep uniassiale e trazione) su provini di dimensione ridotta rispetto agli standard dimensionali applicati nel laboratorio di prove meccaniche RSE. Sono state avviate nell’ultimo periodo anche le attività di campionamento per analoga caratterizzazione post-esposizione del secondo acciaio ODS (12 % Cr) reso disponibile nel febbraio 2011.

Nello stesso periodo sono inoltre state condotte prove miniaturizzate small punch per la determinazione delle proprietà tensili e di resistenza a creep sul materiale di riferimento (P91) per la classe di acciai ferritico- martensitici da cui derivano gli stessi ODS caratterizzati nel progetto GETMAT. Il vantaggio del ridotto quantitativo di materiale necessario per eseguire le prove small punch ha permesso, nonostante la limitata disponibilità di materiale, di avere disponibili anche ulteriori campioni per la caratterizzazione mediante questa tecnica innovativa anche del materiale nello stato di fornitura pre- esposizione al piombo liquido. In contemporanea all’esposizione dei materiali al piombo liquido nel circuito ENEA, nei prossimi mesi verranno quindi svolte da RSE le prove small punch sui due materiali ODS attualmente disponibili allo stato di fornitura.