post-doctorat: Etude en ab initio de la thermodiffusion des petits polarons dans UO2 H/F

CEA; Saint-Paul-lès-Durance; Sur place; EUR 35 000 - 50 000; Plein temps

Résumé du poste

Un institut de recherche en physique cherche un post-doctorant pour étudier la thermodiffusion des polarons dans UO2 à Saint-Paul-lès-Durance. Le poste implique des calculs ab initio et des simulations multi-échelles, contribuant à des projets sur les matériaux nucléaires. Une expertise en physique du solide et en simulation est requise, offrant des perspectives de carrière intéressantes.

Prestations

RTT

Restauration collective

Transport gratuit sur certains centres

Qualifications

• Expérience dans les calculs ab initio DFT.
• Compétences solides en simulation atomistique.
• Motivé par les applications de recherche amont.

Responsabilités

• Calculer la barrière de migration et le pré-facteur de diffusion.
• Recenser les techniques atomistiques pour caractériser D et Q*.
• Comparer les résultats aux mesures disponibles.

Connaissances

Calculs ab initio

Simulation multi-échelles

Physique statistique

Physique du solide

Formation

Doctorat en Physique du solide

Outils

ABINIT

VASP

LAMMPS

Description du poste

post-doctorat: Etude en ab initio de la thermodiffusion des petits polarons dans UO2 H/F

Description du poste

Matériaux, physique du solide

Intitulé de l'offre

post-doctorat: Etude en ab initio de la thermodiffusion des petits polarons dans UO2 H/F

Sujet de stage

Pour mieux comprendre le comportement des matériaux nucléaires durant leur passage en réacteur, la recherche en sciences des matériaux recourt de plus en plus à la simulation numérique multiéchelle, tant au niveau de la pièce d'ingénierie (mécanique du solide...), qu'à celui du grain (champ de phases...) ou même de l'atome (atomistique). La thermodiffusion de l'oxygène dans le combustible nucléaire (UO2) est un phénomène important dont la complexité justifie une telle approche[1].

Irradié en réacteur, ce combustible peut subir d'importants gradients thermiques provoquant la thermodiffusion de l'oxygène. Ce phénomène modifie le potentiel chimique d'oxygène et affecte la corrosion de la gaine. Il est mal compris au niveau microscopique et la chaleur de transport Q*, son paramètre dans la plateforme de simulation PLEIADES[2], est difficile à mesurer et évolue en irradiation. Notre laboratoire développe donc un programme pour calculer cette grandeur par simulations atomistiques.

Durée du contrat (en mois)

Description de l'offre

Le poste est basé à Cadarache, au sein du Département d'Etude des Combustibles qui offre l'opportunité d'échanges avec la plupart de spécialistes impliqués dans ce type d'étude (expérience, théorie, simulation ab initio ou DM, développeurs d'application de simulation matériaux).

Une première étape [1] a permis de calculer par Dynamique Moléculaire Classique la contribution des ions oxygène à Q*. Ces calculs classiques ignorent cependant la contribution des défauts électroniques localisés (ou petits polarons) U3+ et U5+ qui accompagnent les défauts oxygène pour assurer l’électroneutralité. Ce projet vise donc à calculer cette contribution polaronique.

Pour cela il s’agit de mobiliser d’autres techniques atomistiques car les potentiels empiriques disponibles ne permettent pas de traiter le mouvement des électrons. On s’oriente donc vers les calculs ab initio, éventuellement complétés par de la DMC. On calculera à la fois les deux paramètres nécessaires : le coefficient de diffusion D et la chaleur de transport Q* des polarons.

Le travail comportera les étapes suivantes :

- Etat de l'art :
Faire le point sur les théories quantiques de l'effet Seebeck des petits polarons et leurs implications pour les calculs atomistiques.
Recenser les techniques atomistiques disponibles pour caractériser D et Q*. On s'intéressera en particulier au domaine des matériaux thermoélectrique en plein essor.

- Calculer en ab initio la barrière de migration et le pré-facteur de diffusion pour les deux polarons dans UO2.

- Comparer aux mesures disponibles dans UO2.

- Tester les méthodes disponibles pour le calcul de la chaleur de transport, et sélectionner les méthodes les plus pertinentes. Cette partie comportera des travaux exploratoires pouvant aller jusqu'à la mise au point d'une méthode adaptée au cas des petits polarons si l'état de l'art n'est pas assez avancé.

- Détermination, à partir de grandeurs atomistiques calculées, des paramètres macroscopiques pertinents pour les simulations matériaux relevant du domaine du combustible.

- Selon les disponibilités, comparer les résultats aux mesures.

Selon les besoins, l'apprentissage des techniques de calculs ab initio des petits polarons se fera auprès des experts du site de Bruyères le Chatel.

Ces travauxvous offriront l'opportunité de présenter vos résultats en conférence et des les publier.

Vous pourrez participer à une démarche multiéchelle appliquée aux matériaux du nucléaire et de toucher du doigt la manière dont les calculs les plus fondamentaux contribuent à une simulation réaliste de l'évolution d'un matériaux en conditions extrêmes.

Références (doi.org) :
[1] Bareigts et al. 10.1016/j.ces.2023.119141
[2] Konarski et al. 10.1016/j.jnucmat.2019.03.021

Moyens / Méthodes / Logiciels

Calculs atomistiques: ab initio (ABINIT, VASP) et/ou classiques (LAMMPS)

Profil du candidat

Vous avez un doctorat en sciences des matériaux ou chimie du solide, un goût et des compétences pour la théorie (physique statistique, quantique et physique du solide) et la simulation.

• Vous avez une solide compétence en calculs ab initio (DFT).
• Vous souhaitez les élargir à d'autres techniques et produire des grandeurs macroscopiques utiles aux simulations "multi-échelle".
• Vous êtes motivé par les applications de la recherche amont et souhaitez vous insérer dans un milieu riche et pluridisciplinaire(théorie, simulation, logiciel, expérimentation).

Pourquoi Intégrer le CEA ?

- Donner du sens à votre carrière en travaillant au service des grands enjeux sociétaux de demain.
- Avoir des perspectives de carrière avec plus de 60 familles de métier, des formations...
- Nos avantages : RTT, réseau de ligne de bus sur certains centres (gratuit), restauration collective, CSE…

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

Localisation du poste

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

Ville

Critères candidat

Formation recommandée

Doctorat en Physique du solide, physique statistique, simulation atomistique

Possibilité de poursuite en thèse

Demandeur

Disponibilité du poste

Informations générales

Entité de rattachement

Le CEA est un acteur majeur de la recherche, au service des citoyens, de l'économie et de l'Etat.

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. Le CEA s'engage depuis plus de 75 ans au service de la souveraineté scientifique, technologique et industrielle de la France et de l'Europe pour un présent et un avenir mieux maîtrisés et plus sûrs.

Implanté au cœur des territoires équipés de très grandes infrastructures de recherche, le CEA dispose d'un large éventail de partenaires académiques et industriels en France, en Europe et à l'international.

Les 20 000 collaboratrices et collaborateurs du CEA partagent trois valeurs fondamentales :

• La conscience des responsabilités
• La coopération
• La curiosité

Référence

2025-36670

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 (architecture, codes de calcul, applications et composants, méthodes numériques),
- 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 (données et modèles de base) sur le comportement du combustible sous irradiation et utilisant les données issues des grands instruments (synchrotron, accélérateurs) ou encore les calculs haute performance (GENCI, CCRT).