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 énergie à Cadarache propose une thèse axée sur la modélisation des gaz de fission dans le combustible nucléaire. Le candidat devra améliorer des modèles et simuler des expériences en physique numérique. Une formation en Physique du solide ou des matériaux est requise, ainsi qu'une disponibilité à partir du 01/09/2025.

Qualifications

• Formation recommandée en Physique des matériaux ou Physique du solide.
• Expérience avec des techniques de simulation numérique souhaitée.

Responsabilités

• Améliorer un modèle de comportement des gaz de fission.
• Interpréter et simuler des expériences disponibles.
• Animer des collaborations pour analyser des données expérimentales.

Connaissances

Physique des matériaux

Physique numérique

Formation

Formation en Physique du solide

Description du poste

Overview

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 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. Le modèle utilisé 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 mis en évidence 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, caractérisation du dommage par spectrométrie d'annihilation de positons). Le candidat sera donc amené à faire évoluer certains des sous-modèles constitutifs de la DA, interpréter et simuler l'ensemble des expériences disponibles. En parallèle cela permettra d'affiner la paramétrisation du modèle.

Enjeux et approche

Ce sujet de modélisation présente l'intérêt pour le candidat d'articuler à une dimension "théorique" (amélioration du modèle), ainsi que de physique numérique (simulation en Dynamique Moléculaire de cascades de déplacements) 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 ouvriront au candidat le monde de la physique expérimentale et complèteront son profil. Le candidat aura également à animer des collaborations dans le but d'analyser les données expérimentales, de développer l'outil de calcul ou de spécifier des calculs atomistiques complémentaires. Il pourra aussi bénéficier d'un environnement de collaboration académique. 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.

En savoir plus

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.

Université / école doctorale

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

Localisation du sujet de thèse

Site
Cadarache

Critères candidat

Formation recommandée
Physique des matériaux ou Physique du solide ou Physique numérique

Disponibilité du poste

01/09/2025

Demandeur

Personne à contacter par le candidat

MAILLARD Serge [e-mail]
CEA
DES/DEC/SESC/LM2C
CEA-Cadarache
04 425 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

En savoir plus

En savoir plus