De l'Angström au micron : un modèle d'évolution microstructurale du combustible nucléaire dont [...]

CEA; Saint-Paul-lès-Durance; Sur place; EUR 40 000 - 60 000; Plein temps

Résumé du poste

Un institut de recherche en physique recherche un candidat pour une thèse sur la modélisation du comportement des gaz de fission dans le combustible nucléaire. Le poste implique d'améliorer des modèles théoriques, d'interagir avec des expériences de laboratoire et de collaborer dans un environnement académique stimulant. Les candidats doivent avoir une formation en physique des matériaux ou en physique numérique et être disponibles à partir de septembre 2025.

Qualifications

• Maîtrise en Physique des matériaux ou domaine connexe.
• Connaissances en dynamique moléculaire.
• Préparation à la gestion de collaborations académiques.

Responsabilités

• Améliorer les modèles de comportement des gaz de fission.
• Interpréter et simuler des expériences de laboratoire.
• Animer des collaborations dans l'analyse des données expérimentales.

Connaissances

Physique des matériaux

Physique numérique

Analyse des données expérimentales

Formation

Physique des matériaux ou Physique du solide

Description du poste

Description du sujet de thèse

Domaine

Physique de l'état condensé, chimie et nanosciences

Sujets de thèse

De l'Angström au micron : un modèle d'évolution microstructurale du combustible nucléaire dont les paramètres sont calculés à l'échelle atomique

Contrat

Thèse

Description de l'offre

La maîtrise du comportement des gaz de fission dans le combustible nucléaire (oxyde d'uranium) est un enjeu industriel important puisque leur relâchement ou leur précipitation limite l'utilisation du combustible à forts taux de combustion. Or ces phénomènes sont fortement influencés par l'évolution microstructurale du matériau due aux défauts générés par l'irradiation (création de défauts ponctuels, agrégations de ceux-ci en cavités et bulles de gaz ou en boucles ou lignes de dislocation...). La dynamique d'amas (DA) est un modèle de type cinétique chimique permettant de décrire la nucléation/croissance des amas de défauts, leur contenu en gaz et le relâchement de celui-ci. Ce modèle est paramétré à partir de données de base calculées à diverses échelles (ab initio, potentiels empiriques, Monte Carlo). Ce modèle rend déjà compte d'expériences de recuit d'UO2 implanté en atomes de gaz de fission et a confirmé le fort impact des défauts d'irradiation sur le relâchement gazeux. L'objectif de la thèse est d'une part d'améliorer le modèle et ses paramètres d'entrée, notamment le taux de création de défauts d'irradiation, et d'autre part d'étendre son domaine de validation en le confrontant à de nombreuses expériences issues de thèses récemment soutenues au département (mesure de relâchement gazeux par recuit d'échantillons implantés via un accélérateur d'ions, observation de cavités, bulles de gaz et boucles de dislocation par microscopie électronique à transmission sur des échantillons implantés ou irradiés en pile). Vous serez donc amené à faire évoluer certains des sous-modèles constitutifs de la DA pour interpréter et simuler l'ensemble des expériences disponibles. En parallèle cela permettra d'affiner la paramétrisation du modèle.
Ce sujet de modélisation présente l'intérêt pour d'articuler à une dimension "théorique" (amélioration du modèle), ainsi que de physique numérique (évaluation par en Dynamique Moléculaire des certaines grandeurs thermo-cinétiques des défauts) une dimension "expérimentale" (interprétation d'expériences déjà réalisées, voire conception et suivi de nouvelles expériences). Ainsi, l'approche d'un ensemble varié de techniques d'observation et de mesure vous ouvriront le monde de la physique expérimentale et complèteront votre profil. Vous aurez également à animer des collaborations dans le but d'analyser les données expérimentales, de développer l'outil de calcul ou de spécifier ou réaliser des calculs atomistiques complémentaires. Vous serez accueilli au sein du Laboratoire de Modélisation du Comportement des Combustibles (Institut de recherche sur les systèmes nucléaires pour la production d'énergie bas carbone IRESNE , CEA Cadarache) où vous pourrez bénéficier d'un environnement ouvert et riche en collaborations académiques.
Ce travail 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.

Université / école doctorale

Sciences de la Matière, du Rayonnement et de l'Environnement (SMRE)
Ecole Centrale Lille

Site

Cadarache

Formation recommandée

Physique des matériaux ou Physique du solide ou Physique numérique

Disponibilité du poste

01/09/2025

Personne à contacter par le candidat

MAILLARD Serge
[e-mail]
CEA
DES/DEC/SESC/LM2C
CEA-Cadarache
04 42 25 20 36

Tuteur / Responsable de thèse

Becquart Charlotte
[e-mail]
ENSCL
Unité Matériaux et Transformations
Bâtiment C6 - 231
Unité Matériaux et Transformations
Bât. C6
Université Lille 1
59655 Villeneuve d'Ascq
03 20 43 49 44

Pour aller plus loin

• Skorek (2013). Étude par Dynamique d'Amas de l'influence des défauts d'irradiation sur la migration des gaz de fission dans le dioxyde d'uranium. Univ. Aix-Marseille. http://www.theses.fr/2013AIXM4376
• Bertolus et al. (2015). Linking atomic and mesoscopic scales for the modelling of the transport properties of uranium dioxide under irradiation. Journal of Nuclear Materials, 462, 475-495.