Суперкомпьютер описал старение ядерного топлива

Ученые из лаборатории суперкомпьютерных методов в физике конденсированного состояния МФТИ предложили метод ускоренного расчета диффузии нанополостей в твердых материалах.

Метод позволит создать существенно более точные модели топлива для ядерных энергетических установок. Работа опубликована в Journal of Nuclear Materials.

Почему ядерное топливо «стареет»?

В процессе работы реактора осколки деления, пролетая на больших скоростях через кристаллическую решетку материала ядерного топлива, образуют дефекты — вакансии, межузельные атомы и их комплексы. Собираясь вместе, вакансии образуют пустоты, которые в процессе выгорания топлива заполняются газовыми продуктами деления. Диффузия подобных нанопузырьков существенно влияет на свойства топлива и выход из него газообразных продуктов деления.

Моделирование в помощь

Процессы старения топлива сложно изучать экспериментально. С одной стороны, они протекают очень медленно, а с другой — сбор экспериментальных данных в процессе работы реактора практически невозможен. Поэтому в настоящее время разрабатываются комплексные модели, позволяющие рассчитывать эволюцию свойств топливного материала в процессе выгорания. Коэффициент диффузии нанопузырей — один из ключевых параметров этих моделей.

Исследователи из лаборатории суперкомпьютерных методов в физике конденсированного состояния МФТИ рассмотрели атомистические модели материала, включающие в себя сотни тысяч атомов. С помощью суперкомпьютеров ученые рассчитали для них траектории движения на протяжении сотен миллионов и даже миллиардов шагов интегрирования. Используемая в работе модель межатомного взаимодействия гамма-фазы урана была получена научной группой в предыдущей работе на основе решения квантово-механической задачи для многоэлектронной системы.

Александр Антропов, один из авторов работы, аспирант МФТИ, рассказал: «Для того, чтобы нанопузырек перемещался, необходимо, чтобы атомы кристаллической решетки переходили с одной его стороны на другую. Можно провести аналогию с движением пузырька воздуха в воде, однако в твердом теле этот процесс протекает гораздо медленнее. В ходе работы над проектом мы наглядно продемонстрировали, что есть еще одно отличие: поры в кристаллической решетке принимают форму многогранников, и устойчивые грани тормозят процесс диффузии. В 70-х годах прошлого века возможность такого эффекта была предсказана теоретически из общих соображений. Наш метод позволяет получить количественные результаты для конкретного материала».

«В силу того, что диффузия нанопор происходит очень медленно, единственный реальный способ моделировать их движение — как-то их подтолкнуть. Однако неочевидно, как толкать пустоту. Работая над проектом, мы предложили и обосновали метод, в котором на материал, окружающий нанопору, действует внешняя сила. В таком случае полость начинает всплывать, аналогично пузырьку в воде под действием силы Архимеда. Предложенный способ основан на соотношении Эйнштейна — Смолуховского и ускоряет вычисление коэффициента диффузии в несколько десятков раз. В дальнейшем мы планируем применить его для других материалов, испытывающих интенсивные радиационные повреждения в ядерных реакторах», — прокомментировал Владимир Стегайлов, профессор МФТИ, заведующий лабораторией суперкомпьютерных методов в физике конденсированного состояния МФТИ.

Добавить комментарий

Комментарии не должны оскорблять автора текста и других комментаторов. Содержание комментария должно быть конкретным, написанным в вежливой форме и относящимся исключительно к комментируемому тексту.


Защитный код
Обновить

Срочные новости

COVID-19 будут лечить препаратами произв…

В список препаратов для лечения COVID-19 у взрослого населения России включены 15 лекарств. Два из н...

Глава Дубны приглашает бизнесменов на вс…

Приглашаем предпринимателей принять участие во встрече главы Дубны и представителя Роспотребнадзора ...

Апокалипсис насекомых отменяется

Количество наземных насекомых в мире сокращается на 0,92% в год, что соответствует примерно 24% за 3...

В Дубне рождаются четыре ребенка в день

В Дубненском отделе ЗАГС в мае было зарегистрировано около 120 рождений, из них две двойни.

Лучшие практики Подмосковья в журнале

Появился в свободном доступе специальный выпуск информационного издания «#конкуренTEAM. Люди. Бизнес...

Реклама

Новости бизнеса

Начинаются работы по рекультивации полигона "…

Глава Дубны Максим Данилов совместно с депутатом Московско...

Книгу для детей об истории электрозаграждений вокр…

«Неизвестная история обороны Москвы. Как энергетики строили ...

Онлайн-сервис «Кадастровому инженеру» заработал в …

Мособлархитектурой совместно с ГБУ МО «Мособлгеотрест» реали...

На такси в Крым и на Кавказ

Удобнее всего добираться на побережье Кавказа и Крыма из Ана...

Дубна в числе номинантов экопрограммы

Представители 15 городских округов Подмосковья вошли в номин...

Мы в соц сетях

VK
ОК
FB

Подпишитесь на новые события нашего сайта:Подписаться