Stage - Jumeau numérique pour l'évolution microstructurale du joint de grains d'un combustible [...]

Stage - Jumeau numérique pour l'évolution microstructurale du joint de grains d'un combustible nucléaire

Description du poste

Matériaux, physique du solide

Sujet de stage

Comme d'autres secteurs industriels, le nucléaire développe des « jumeaux numériques », applications permettant de simuler le comportement d'un composant industriel, voiture, usine, réacteur, ou dans notre cas crayon combustible. Le travail proposé se situe dans cette démarche et contribue au développement d'un jumeau numérique de grain / joint de grains permettant d'en simuler l'évolution microstructurale sous irradiation.

Description de l'offre

Le combustible nucléaire (oxyde d’uranium) voit sa microstructure fortement endommagée lors de l’irradiation en réacteur: les atomes issus de la fission des noyaux uranium déplacent en cascade les atomes du matériau, créant des défauts d’irradiation (lacunes et interstitiels) dont l’agrégation provoque l’apparition progressive, à l’intérieur des grains d’UO2, de cavités et de boucles de dislocation.

Les atomes de gaz rares (insolubles) générés par la fission (xénon, krypton) peuvent ségréger dans ces cavités. Ces défauts étendus influencent notamment le volume du matériau, son fluage, sa rétention vis-à-vis des gaz de fission. Ce phénomène peut être modélisé par dynamique d’amas (DA): jeu d’équations cinétiques représentant les réactions chimiques d’agrégation des défauts sous l’effet de leur diffusion dans le matériau.

Or, comme les gaz rares peuvent migrer vers les joints de grains et y donner lieu au même genre de phénomène de nucléation-croissance de bulles. L’objectif du stage est donc d’étendre l’utilisation de la DA à la description de l’évolution microstructurale du joint de grains.

On prévoit pour cela quelques étapes clés:

• Théorie: adapter le modèle au cas d’un milieu plan (alors que le grain est tridimensionnel), notamment rechercher comment s’écrivent les paramètres cinétiques des réactions chimiques d’agrégation des défauts.
• Numérique-informatique: Coupler le modèle DA du grain à celui du joint. IL s’agira d’un développement spécifique dans le code du CEA-EDF Crescendo.
• Simulation-interprétation: Le modèle sera ensuite appliqué à de nouvelles situations, comme l’irradiation en pile du combustible dans le but de prédire la microstructure (densités de bulles ou de boucles et lignes de dislocation, à la fois en volume et aux joints de grains).

Ce stage offre une position centrale et un point de vue synthétique sur la physique du combustible en irradiation. Il vous permettra de contribuer au développement de la physique numérique appliquée à une démarche multiéchelle de modélisation.

Vous découvrirez en quoi des outils de simulation basés sur les données microscopiques les plus fondamentales obtenues par le calcul atomistique permettent de traiter et expliquer des situations pratiques.

Moyens / Méthodes / Logiciels

Code Crescendo de simulation par Dynamique d'Amas, Développements prévus en Fortran 90.

Profil du candidat

Vous préparez un bac+5 (M1 ou M2 ou école d’ingénieur) en physique des matériaux, modélisation, physique numérique.

Adressez-nous votre candidature pour rejoindre l'équipe et contribuer aux projets structurants et innovants du CEA !

Conformément aux engagements pris par le CEA en faveur de l’intégration des personnes en situation d’handicap, cet emploi est ouvert à toutes et à tous. Le CEA propose des aménagements et/ou des possibilités d'organisation.

Localisation du poste

France, Provence-Côte d'Azur, Bouches du Rhône (13)

Formation recommandée

Master 1 ou 2, école d'ingénieur en physique des matériaux, modélisation, physique numérique.

Entité de rattachement

Le CEA est un acteur majeur de la recherche, au service des citoyens, de l'économie et de l'Etat. Il apporte des solutions concrètes à leurs besoins dans quatre domaines principaux : transition énergétique, transition numérique, technologies pour la médecine du futur, défense et sécurité sur un socle de recherche fondamentale.

Référence

2024-33247

Description de l'unité

Le Service d'Etudes et de Simulation du comportement des Combustibles (SESC) assure les missions suivantes :

• la conception et le dimensionnement des éléments combustibles et assemblages constituant le cœur des réacteurs nucléaires,
• la conception, le suivi, la réalisation d'expériences d'irradiation pour tester le comportement des combustibles sous irradiation,
• le développement, la validation et la maintenance des outils de calculs au sein de la plateforme de simulation du comportement des combustibles nucléaires PLEIADES,
• le développement, la maintenance et le chargement de l'ensemble des bases de données concernant le comportement du combustible,
• la modélisation physique décrivant les procédés de fabrication et le comportement du combustible sous irradiation afin d'alimenter les codes de performances du combustible utilisés dans les études de comportement,
• la simulation théorique des effets d'irradiation par des études à effets séparés permettant d'améliorer les connaissances sur le comportement du combustible sous irradiation.