Une surveillance de la température du combustible sans alimentation électrique

Randall Ali, de l’université d’Etat de Pennsylvanie, dans la ville de State College, et ses collègues, ont développé et fabriqué le nouveau module thermoacoustique. L’intérêt de celui-ci réside dans son capteur qui met en évidence les des effets thermodynamiques et acoustiques qui apparaissent entre différents niveaux de température. La conception du module thermoacoustique est simple: celui-ci se compose d’un tube fermé contenant un bloc en céramique poreux. On trouve ce type de céramique notamment dans les pots catalytiques des voitures. Le bloc céramique sépare le tube en deux chambres qu’il relie par le biais de canaux fins et parallèles. Chaque centimètre carré comprend environ 170 canaux. Si les températures des extrémités du bloc sont différentes, un cycle d’absorption et de restitution d’énergie thermique se met en place. Le gaz contenu dans les canaux commence à osciller et le module génère des ondes de pression acoustiques pouvant être détectées à travers un réservoir d’eau. La fréquence de ces ondes dépend de la température.

Application possible dans les réacteurs nucléaires

Pour pouvoir simuler et étudier le comportement du module dans un réacteur nucléaire, Ali et son équipe ont décidé de construire un prototype. Ils ont ainsi demandé à l’Idaho National Laboratory de fabriquer un tube en acier inoxydable dont la section transversale correspond à celle d’un crayon combustible, et ont ensuite équipé le tube et le bloc céramique de capteurs de température et de pression destinés à l’enregistrement de données. L’apport de chaleur a été simulé tout d’abord indirectement par le biais d’un rayonnement thermique puis directement par le biais d’un filament chauffant électrique sur le bloc céramique. Les chercheurs ont réussi à attester le fonctionnement du prototype à l’aide des deux méthodes de chauffe.

Selon l’avis des experts, l’utilisation de ce type de modules thermoacoustiques présente deux avantages: ceux-ci permettent d’un part une surveillance passive de la température du combustible, et d’autre part un meilleur transport de la chaleur entre le combustible et le caloporteur. Lors de leurs expérimentations, les scientifiques ont en effet constaté que l’effet thermoacoustique présent à l’intérieur du module favorisait le transport de la chaleur des gaz chauds vers le caloporteur.