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La Recherchev2

 Proposition de post-doctorat

 Développement d’outils numériques pour la modélisation multi-échelle des évolutions microstructurales d’une matrice de combustible de type oxyde mixte UO2-PuO2 et du relâchement des produits de fission


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Durée : 12 mois, à compter de juillet 2017
Lieu de travail : Fontenay-aux-Roses (92), France
Spécialités : Chimie - Chimie théorique, physique, analytique - Physique

Date limite de candidature : début avril /2017



Descriptif et objectifs du projet

L'IRSN pour se positionner sur l'évaluation de la contamination du fluide primaire en fonctionnement normal ou l'évaluation du terme source en conditions incidentelles ou accidentelles développe un outil de simulation à l'échelle mésoscopique qui intègre une modélisation détaillée du comportement et du relâchement de produits de fissions (PF) en fonction des conditions appliquées (cycle thermique, taux de combustion, atmosphère) en liaison avec la simulation des évolutions structurales du grain de combustible ; en intégrant à la fois les effets cinétiques (diffusion des atomes, mobilité des dislocations…), mais également des aspects purement thermodynamiques pour suivre l'évolution des phases constitutives du matériau (oxydation, précipitation). En appui des modèles physiques chargés de décrire l'ensemble des phénomènes, se greffent des outils avancés de simulation à l'échelle atomique permettant de réaliser les simulations aux échelles pertinentes, aptes à fournir les éléments nécessaires à l'établissement des modèles ou au calcul de paramètres physiques.

Dans sa version actuelle, le code ne permet pas de traiter les spécificités d'une matrice combustible d'oxyde mixte UO2-PuO2. En effet, à ce jour les éléments de base, nécessaires au développement de tels modèles sont pour la plupart indisponibles. En particulier, les informations relatives au comportement des défauts ponctuels et étendus dans PuO2, ainsi que celles relatives au comportement des principaux PF dans l'oxyde de plutonium (incorporation, migration, interaction avec les défauts étendus…) qui sont quasi inexistantes.


Pour pallier ce manque, la détermination des potentiels interatomiques à charge variable nécessaires à la mise en œuvre des approches de dynamique moléculaire est au cœur de ce travail. Une fois ce verrou dépassé, un volet d'application à la modélisation de l'impact des amas de PuO2 sur le comportement des PF sera conduit pour mettre en avant les potentialités de l'approche.


L'objectif du travail proposé dans le cadre de ce projet de recherche est de permettre la constitution d'une base de données incluant les produits de fissions d'intérêt afin de pouvoir modéliser les mécanismes responsables du relâchement des PF hors du combustible pour une matrice d' oxyde mixte UO2-PUO2.


Il est proposé dans le cadre de ce projet de traiter en priorité l'ajustement des potentiels interatomiques suivant la méthodologie des liaisons fortes à charges variables déjà développée pour l'oxyde simple et utilisé dans le cadre de simulations de dynamique moléculaire reproduisant le comportement d'une cellule comportant jusqu'à un million d'atomes. Ce sont sur ces potentiels que reposent l'ensemble des effets dynamiques du matériau. Par ailleurs, cette liberté donnée à la charge de pouvoir varier selon l'intensité du transfert électronique entre deux atomes permet de reproduire les états de valence du plutonium en fonction de sa stœchiométrie, c'est-à-dire en fonction de l'atmosphère oxydante ou réductrice auquel le combustible est soumis au cours de sa vie en réacteur ou lors d'un hypothétique scénario accidentel ou incidentel.


Dans un premier temps la détermination des potentiels interatomiques oxygène-plutonium et plutonium-plutonium selon le formalisme des potentiels à charge variable sera réalisée. Dans un second temps, selon le même principe, nous proposons d'ajuster ces potentiels au cas des produits de fissions afin d'étudier les cinétiques de diffusion des PF dans la matrice PuO2. La nouveauté résidera dans le développement de la méthodologie, actuellement appliquée au cas de l'oxyde d'uranium pour une matrice d'oxyde de Plutonium. Elle ouvrira la voie à toute une série d'étude sur le comportement des PF dans du combustible MOX dont la méthodologie reste à définir sur la base des études existantes sur l'UO2.


Ce projet s'appuiera sur deux collaborations académiques toutes deux garantes de la bonne conduite de ce travail.



Profil souhaité de candidat-e


  • Le candidat est impérativement titulaire d'une thèse de doctorat depuis moins de 4 ans.
  • Le recrutement d'une personne déjà formée à minima à l'utilisation d'outils de dynamique moléculaire et à l'aise avec des aspects de programmations (idéalement en C++…) est nécessaire.
  • Le candidat devra justifier en outre d'une solide compétence en Physique Théorique.


Laboratoire IRSN impliqué

Contact

Pour plus d'informations et pour envoyer CV et lettre de motivation :

Roland Ducher