Stage - Etude par dynamique moléculaire de la thermodiffusion dans les combustibles nucléaires H/F

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

Résumé du poste

Le CEA propose un stage en dynamique moléculaire pour étudier la thermodiffusion dans les combustibles nucléaires. Les stagiaires contribueront à des simulations numériques visant à mieux comprendre le comportement des matériaux nucléaires en réacteur. Ce stage offre l'opportunité de développer des compétences précieuses en physique des matériaux et en calculs atomistiques, travaillant dans un environnement innovant et axé sur la recherche.

Qualifications

• Étudiant(e) en Bac+5 en physique ou équivalent.
• Bonnes connaissances en dynamique moléculaire et physique du solide requises.
• Capacité à travailler sur les simulations numériques.

Responsabilités

• Tester des méthodes de dynamique moléculaire classique pour le calcul de la chaleur de transport.
• Développer des compétences en simulation multiéchelle du combustible nucléaire.

Connaissances

Physique du solide

Calculs atomistiques

Dynamique moléculaire

Physique quantique

Formation

Bac+5 en physique numérique ou matériaux

Outils

LAMMPS

ABINIT

Description du poste

Stage - Etude par dynamique moléculaire de la thermodiffusion dans les combustibles nucléaires H/F

Description du poste

Matériaux, physique du solide

Intitulé de l'offre

Stage - Etude par dynamique moléculaire de la thermodiffusion dans les combustibles nucléaires 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 milieu continu...), qu'à celui du grain (champ de phases...) ou même de l'atome (calculs atomistiques).

La thermodiffusion de l'oxygène dans le combustible nucléaire (UO2) est un phénomène important dont la complexité justifie une telle approche [1].

Durée du contrat (en mois)

Description de l'offre

En tant que stagiaire, vous intégrez l'équipe de l'IRESNE : L'Institut de recherche sur les systèmes nucléaires pour la production d'énergie bas carbone du CEA de Cadarache.

Au Lors de son irradiation en réacteur, le combustible peut subir d'importants gradients thermiques provoquant la migration des atomes d'oxygène (thermodiffusion). Ce phénomène, à l'origine d'une modification des propriétés chimiques de matériau, est en général mal compris au niveau microscopique dans les solides, et particulièrement dans les composés iono-covalents.

De plus, son paramètre clé, la chaleur de transport de l’oxygène Q*, donnée d’entrée du modèle de la plateforme PLEIADES de simulation du combustible [2], est très difficile à mesurer, d’autant plus qu’il peut évoluer au cours de l’irradiation du matériau en réacteur. Pour cette raison le laboratoire développe les simulations atomistiques en vue de prédire cette grandeur.

Plusieurs méthodes de calculs de Q* pour l’ion oxygène par dynamique moléculaire classique se sont révélées pertinentes [1]. En revanche cette technique n’est a priori pas adaptée au calcul de Q* pour les défauts électroniques (polarons) : des calculs quantiques sont nécessaires en principe, mais ils demandent trop de ressources informatiques.

Le but du stage est donc de tester des méthodes de dynamique moléculaire classique adaptées au calcul approché de la chaleur de transport des électrons. L’ensemble des paramètres nécessaires sera déterminé tant par des calculs quantiques que classiques.

Ce sujet vous permettra de développer des compétences génériques en physique du solide, physique quantique physique statistique à l’équilibre ou hors équilibre et également en calculs atomistiques sur des codes polyvalents de DFT (ex. ABINIT) et de dynamique moléculaire (ex. LAMMPS) dans lequel le laboratoire dispose d’une expertise importante. Ces compétences peuvent s’appliquer à d’autres situations physiques et domaines industriels (liquides pétroliers, matériaux thermoélectriques, céramiques de piles à combustible…).

Cette action s’insère dans le programme de développement de la plateforme (PLEIADES) de simulation multiéchelle du combustible nucléaire regroupant dans un unique environnement tous les modèles décrivant le comportement du combustible dans sa totalité (mécanique, physico-chimie, thermodynamique, neutronique). Pour alimenter cette plateforme en paramètres matériaux, le laboratoire mène une recherche amont pour déterminer ces paramètres, à partir de calculs atomistiques et de simulations à plus grande échelle.

Cet environnement de travail riche, tant du point de vue de la physique que du génie logiciel, vous offre l’opportunité de découvrir un large panel de métiers de l’informatique et de la simulation en physique. Ce stage est également l’occasion de découvrir en quoi des outils de simulation à l’échelle microscopique peuvent contribuer à traiter des situations pratiques complexes.

Moyens / Méthodes / Logiciels

Code de Dynamique Moléculaire LAMMPS, outil de simulation ab initio ABINIT

Profil du candidat

Vous préparez unbac+5(M1 ou M2 ou école d’ingénieurs) en physique numérique, physique de la matière condensée / matériaux, calculs atomistiques, dynamique moléculaire.

Adressez-nous votre candidature pour rejoindre l'équipe et contribuer auxprojets structurants et innovants du CEA !

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

Diplôme préparé

Formation recommandée

M1 ou M2 ou école d'ingénieur en physique numérique, physique de la matière condensée/matériaux

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

2024-33352

Description de l'unité

Le stage est proposé au sein du Département d'Etudes des Combustibles (DEC), rattaché à l'institut IRESNE (Institut de recherche sur les systèmes nucléaires pour la production d'énergie bas carbone) de la Direction des Energies (DES) du CEA.

Ce département mène une activité centrée autour du combustible nucléaire dans l'objectif d'accroître les performances et la sûreté des réacteurs actuels et de développer les combustibles nucléaires des réacteurs du futur. Il a pour mission d'acquérir, d'intégrer et capitaliser les connaissances relatives à la conception, à la fabrication, à la caractérisation et à l'étude du comportement des éléments combustibles nucléaires en réacteur. Ses activités associent simulation numérique/modélisation et expérimentation.

Le DEC est composé de trois services, le Service d'Etudes et de Simulation du comportement des Combustibles, le Service d'Analyses, d'Élaboration, d'Expérimentations et d'Examens des combustibles et le Service d'Exploitation et de Traitements des Combustibles.

Il rassemble environ 250 ingénieurs, chercheurs et techniciens et accueille une cinquantaine de stagiaires de masters, écoles d'ingénieurs ou DUT. Il accueille également des doctorants, post-doctorants et des apprentis.

Il entretient de nombreuses collaborations avec des partenaires industriels, des laboratoires académiques (universités, CNRS) que ce soit au niveau national ou international.