Contexte

Les combustibles nucléaires, tels que l’oxyde d’uranium (UO2) et les oxydes mixtes d’actinides, sont essentiels au bon fonctionnement des réacteurs nucléaires. Une compréhension approfondie de leur comportement est primordiale pour optimiser la sécurité et l’efficacité des installations nucléaires actuelles et futures.

Un point important à considérer est la génération de gaz de fission au sein de la structure solide du combustible. Ces gaz, à faible solubilité, engendrent la formation de bulles nanométriques. Ce réseau de bulles à l’échelle des grains influence de manière significative les propriétés physiques du combustible.

La simulation numérique multiéchelle joue un rôle complémentaire à la caractérisation expérimentale, en permettant de comprendre les phénomènes sous-jacents l’évolution des propriétés physiques et structurelles, et de prendre en compte l'impact des hétérogénéités de la microstructure, telles que les joints de grain ou les dislocations.

Objectifs du stage

Vous contribuez à la modélisation de la diffusion des gaz de fission à l’échelle de la microstructure des combustibles. Vous obtiendrez des coefficients de diffusion qui alimenteront les modèles de comportement du combustible basés entre autre sur la méthode du champ de phase, contribuant ainsi à une meilleure compréhension de la dynamique des gaz de fission.

Les missions

- Prendre en main les outils de simulation de dynamique moléculaire (DM) et les potentiels interatomiques machine learning (ML) développés au laboratoire.

- Réaliser des simulations DM de diffusion des gaz de fission intra-grain et le long des joints de grain, en utilisant un potentiel ML et un potentiel empirique.

- Analyser les résultats des simulations et comparer les coefficients de diffusion obtenus entre les deux potentiels et avec la littérature.

- Collaborer avec l’équipe pour implémenter les coefficients de diffusion obtenus dans les codes de champ de phase.

Compétences à acquérir

-Expertise en dynamique moléculaire et utilisation de potentiels ML.

-Compréhension approfondie des mécanismes de diffusion des gaz de fission dans les combustibles.

-Capacité à analyser critiquement les résultats de simulations et à les intégrer dans des modèles mésoscopiques.

-Développement d’une approche scientifique rigoureuse appliquée à des enjeux énergétiques et environnementaux majeurs.

Ce stage offre l’opportunité de contribuer à l’avancement des connaissances sur le comportement des combustibles nucléaires, tout en développant une expertise dans la réalisation et la gestion de simulations numériques complexes en physique des matériaux sur des supercalculateurs.