Ce stage se situe au cœur d’une thématique concernant l’étude des scénarios d’accidents dans les réacteurs nucléaires à neutrons rapides. Vous devrez mener une étude à l’échelle atomique visant à calculer des propriétés thermophysiques (telles que la densité ou la viscosité) de mélanges représentatifs de coriums prototypiques, typiquement des mélanges constitué d’uranium et de fer. Afin d’évaluer ces propriétés, vous devrez effectuer des calculs ab initio et de dynamique moléculaire classique, ainsi que des outils basés sur des méthodes de machine-learning.

Bibliographie:

Les oxydes mixtes d’uranium-plutonium (U,Pu)O2 mis sous la forme de pastilles sont communément considérées comme combustible nucléaire dans les concepts de réacteurs nucléaires à neutrons rapides refroidis au sodium. Les études de sureté explorent la fonte partielle d’éléments de combustible. Ceci peut conduire à la fonte de la gaine en acier entourant le combustible, et entrainer la formation de mélanges liquides que l’on dénomme coriums. L’analyse de l’évolution en cuve de ces mélanges liquides est cruciale pour améliorer notre compréhension des étapes préliminaires des scénarios d’accident.

Objectifs:

La simulation à grande-échelle de scénarios d’accident reposent largement sur une connaissance précise des propriétés de coriums liquides, telles que la densité, ou la viscosité. Des mesures expérimentales de certaines de ces propriétés sont en cours au CEA, mais sont complexes et couteuses. Durant ce stage, l’objectif sera de coupler différentes méthodes de calculs à l’échelle des atomes afin de calculer les propriétés thermophysiques de mélanges représentatifs de coriums, et de comparer ces résultats aux données expérimentales existantes.

Principales étapes du stage:

• Une analyse bibliographique des études expérimentales et numériques précédemment publiées sur le sujet sera réalisée. Les résultats expérimentaux précédemment publiés pourront être utilisés comme données de référence pour la validation des calculs ab initio.
• Il s’agira ensuite de s’approprier les codes utilisés au laboratoire. En particulier, les codes ABINIT et LAMMPS, respectivement pour la simulation ab initio en théorie de la fonctionnelle de la densité et la dynamique moléculaire classique.
• Des premiers calculs de propriétés pourront être effectués sur l’uranium et le fer liquides, pour lesquels des données expérimentales existent et nous permettrons de valider notre approche ab initio.
• Une étude des propriétés de coriums prototypiques, tels que des mélanges U-Fe ou U-Fe-Ni en fonction de la composition et température des mélanges, pourra ensuite être menée. Les propriétés visées incluent la densité, la chaleur spécifique ou la viscosité.
• Enfin, des lois de comportement seront déduites de ces calculs. Vous serez en charge du transfert de ces lois vers d’autres groupes de recherche du CEA, spécialisés dans la simulation à plus grande échelle ou le calcul de diagrammes de phase.