Ce stage participe à l’amélioration de la modélisation des phénomènes d’irradiation dans les combustibles nucléaires présents dans les réacteurs français actuels et futurs. En France, ces combustibles se présentent sous la forme de pastilles solides de dioxyde d’uranium UO2 ou d’oxydes mixtes (combustibles MOx), assemblées en crayons. Au cours de leurs vies en réacteur, les crayons sont irradiés par des neutrons. Ces phénomènes d’irradiation entrainent la présence de défauts au sein des poly-cristaux d’UO2, tels que la présence de produits de fission (PFs), notamment des PFs gazeux comme le xénon ou le krypton. La répartition de ces défauts au sein des pastilles de combustible a un impact sur leurs propriétés thermophysiques (conductivité thermique, propriétés mécaniques), et peut avoir des conséquences sur les thématiques de sureté. Il est donc nécessaire d’améliorer notre compréhension et description de la stabilité et des processus d’agglomération associés à ces défauts pour la modélisation de l’évolution en réacteur des combustibles. Des mesures expérimentales réalisées par microscopie électronique à transmission permettent d’obtenir des cartographies fines de la répartition de défauts nanométriques au sein de combustibles irradiés. Cependant, une étape de calibration de ces résultats expérimentaux permettrait d’améliorer leur précision, et nous proposons de l’effectuer à l’aide de simulations à l’échelle atomique.

Objectifs : L’objectif de ce stage est de contribuer à l’amélioration des potentiels d’interaction développés et utilisés pour les calculs de dynamique moléculaire classique au laboratoire. Dans le cadre d’une thèse en cours, un tel potentiel a été mis au point par des méthodes de machine-learning, sur la base de données ab initio. Il s’agira d’ajouter à ce modèle les interactions entre les atomes de xénon et l’uranium et l’oxygène. Le modèle développé sera utilisé afin de simuler des agglomérats (bulles) de xénon dans du combustible UO2. Les résultats obtenus seront comparées aux mesures par microscopie électronique à transmission sur des combustibles irradiés au CEA de Cadarache, afin d’améliorer la calibration de ces expériences.

Étapes du stage : Bibliographie, prise en main des outils de calculs (environnement Linux, codes LAMMPS et ABINIT pour les calculs atomistiques, supercalculateurs du TGCC), calculs ab initio, compréhension de potentiels d’interaction machine-learning et de leur utilisation en dynamique moléculaire classique, puis application de ces modèles et comparaisons avec des résultats expérimentaux obtenus par microscopie électronique à transmission.

Master 2 ou 3eme année d'école d'ingénieur.

Une formation en physique de l’état solide, méthodes numériques et physique statistique est souhaitée.