Exemple de cellule de calcul :un réseau cristallin de dioxyde d'uranium (les atomes gris sont l'uranium, atomes rouges - oxygène) contenant une bulle de xénon (atomes jaunes). Les atomes d'uranium déplacés vers des positions internodales sont représentés en noir. Un tel amas de nœuds interstitiels accélère considérablement la diffusion des bulles. Fourni par les auteurs de l'article. Crédit :MIPT
Les scientifiques du MIPT ont trouvé une explication possible à la libération anormalement rapide de gaz du combustible nucléaire. Des simulations de superordinateurs ont découvert un mécanisme inattendu pour accélérer l'échappement de bulles de gaz de la matrice cristalline de dioxyde d'uranium vers la surface. Le résultat montre la voie à suivre pour éliminer l'écart paradoxal de plusieurs ordres de grandeur entre les modèles théoriques existants et les résultats expérimentaux. Le document a été publié dans le Journal des matières nucléaires .
La diffusion des bulles de gaz pendant le fonctionnement du réacteur est l'un des sujets importants en électronucléaire relatifs à la sûreté radiologique. Bulles de produits de fission gazeux (principalement xénon), s'accumuler dans le carburant, affecter plusieurs de ses propriétés. Par conséquent, C'est important, dans la conception et l'exploitation des réacteurs, pour savoir à quelle vitesse le gaz s'échappe du carburant.
Malgré le travail actif de divers groupes scientifiques dans ce domaine, les mécanismes de diffusion des gaz dans les carburants ne sont pas encore totalement connus. La récente série de travaux de chercheurs français en est une preuve éclatante. Les résultats montrés par leur modèle proposé sont des dizaines de fois inférieurs à ceux mesurés dans des expériences spéciales. "Le fait même que des résultats aussi contradictoires et, En réalité, théorie inapplicable ont été publiés démontre, d'un côté, le grand intérêt de la communauté scientifique pour ce problème et, de l'autre, la nécessité de trouver des mécanismes physiques fondamentalement nouveaux de diffusion ultrarapide, " dit le professeur du MIPT Vladimir Stegailov.
Un réseau cristallin de dioxyde d'uranium (les atomes gris sont de l'uranium, atomes rouges - oxygène) contenant une bulle de xénon (atomes jaunes). Les atomes d'uranium déplacés vers des positions internodales sont représentés en noir. Un tel amas de nœuds interstitiels accélère considérablement la diffusion des bulles. Crédit :MIPT
Les scientifiques du MIPT dirigés par Vladimir Stegailov ont pu simuler la diffusion de nanobulles de xénon dans le dioxyde d'uranium sur une période de temps à l'échelle atomique allant jusqu'à trois microsecondes (trois milliards d'étapes d'intégration). Cela a été rendu possible par l'utilisation optimale de la puissance des supercalculateurs et des codes modernes. Ces calculs de dynamique moléculaire record ont permis l'observation directe du mouvement brownien de la bulle et la découverte d'un mécanisme de diffusion fondamentalement nouveau.
On pensait auparavant que plus la concentration en gaz était élevée, plus la diffusion était lente, car le gaz interfère avec le mouvement du dioxyde à la surface de la bulle. Les auteurs ont montré qu'en atteignant une certaine concentration, le gaz pousse les atomes du réseau cristallin vers des positions internodales.
Seuls les atomes d'anium déplacés vers des positions internodales sont représentés. Cette version illustre mieux la mobilité d'un cluster de nœuds interstitiels. Crédit :MIPT
« En accumulant, les atomes inter-nodaux forment des amas qui se déplacent rapidement autour de la bulle. La bulle et l'amas se poussent périodiquement et se déplacent donc nettement plus vite que la bulle seule. Ainsi apparaît un nouvel effet :l'accélération de la diffusion par le gaz", explique Alexandre Antropov, étudiante en troisième cycle à la FEFM (Phystech School of Electronics, Photonique et physique moléculaire au MIPT) et l'un des auteurs de l'étude. L'effet découvert aidera à expliquer l'écart entre la théorie et l'expérience.
