Stage - Jumeau numérique pour l'évolution microstructurale du joint de grains d'un combustible [...]

CEA; Jouques; Sur place; EUR 40 000 - 60 000; Plein temps

Résumé du poste

Un stage passionnant est proposé au sein du CEA à Jouques, axé sur la modélisation de l'évolution microstructurale du joint de grains d'un combustible nucléaire. Vous contribuerez à des projets d'avant-garde, en adaptant des modèles de simulation et en analysant des phénomènes complexes liés à l'irradiation. Ce stage est idéal pour un étudiant en bac+5 dynamique et motivé, souhaitant approfondir ses connaissances en physique des matériaux et modélisation.

Qualifications

• Préparer un bac+5 (M1 ou M2 ou école d’ingénieur).
• Compétences en physique numérique et modélisation.
• Intérêt pour les simulations basées sur des données microscopiques.

Responsabilités

• Adapter le modèle DA pour une analyse microstructurale.
• Développer le code pour simuler des phénomènes d'irradiation.
• Appliquer le modèle à des scénarios réels d'irradiation.

Connaissances

Modélisation

Simulation

Analyse des matériaux

Formation

Bac+5 en physique des matériaux ou modélisation

Outils

Code Crescendo

Fortran 90

Description du poste

Stage - Jumeau numérique pour l'évolution microstructurale du joint de grains d'un combustible nucléaire, Jouques

Description de l'offre

Le combustible nucléaire (oxyde d’uranium) voit sa microstructure fortement endommagée lors de l’irradiation en réacteur: les atomes issus de la fission des noyaux uranium déplacent en cascade les atomes du matériau, créant des défauts d’irradiation (lacunes et interstitiels) dont l’agrégation provoque l’apparition progressive, à l’intérieur des grains d’UO2, de cavités et de boucles de dislocation.

Les atomes de gaz rares (insolubles) générés par la fission (xénon, krypton) peuvent ségréger dans ces cavités. Ces défauts étendus influencent notamment le volume du matériau, son fluage, sa rétention vis-à-vis des gaz de fission. Ce phénomène peut être modélisé par dynamique d’amas (DA): jeu d’équations cinétiques représentant les réactions chimiques d’agrégation des défauts sous l’effet de leur diffusion dans le matériau.

Or, comme les gaz rares peuvent migrer vers les joints de grains et y donner lieu au même genre de phénomène de nucléation-croissance de bulles. L’objectif du stage est donc d’étendre l’utilisation de la DA à la description de l’évolution microstructurale du joint de grains.

On prévoit pour cela quelques étapes clés:

• Théorie : adapter le modèle au cas d’un milieu plan (alors que le grain est tridimensionnel), notamment rechercher comment s’écrivent les paramètres cinétiques des réactions chimiques d’agrégation des défauts.
• Numérique-informatique : Coupler le modèle DA du grain à celui du joint. IL s’agira d’un développement spécifique dans le code du CEA-EDF Crescendo.
• Simulation-interprétation : Le modèle sera ensuite appliqué à de nouvelles situations, comme l’irradiation en pile du combustible dans le but de prédire la microstructure (densités de bulles ou de boucles et lignes de dislocation, à la fois en volume et aux joints de grains).

Ce stage 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.

Pour en savoir plus:

R. Skorek, Étude Par Dynamique d’Amas de l’influence Des Défauts d’irradiation Sur La Migration Des Gaz de Fission Dans Le Dioxyde d’uranium, PhD Thesis, Univ. Aix-Marseille, 2013.
E. Gilabert, D. Horlait, M.-F. Barthe, P. Desgardin, M.-L. Amany, G. Carlot, M. Gérardin, S. Maillard, and T. Wiss, D2.2 "Behaviour of Fission Gases and Helium in Uranium Dioxide", EC report, 2020.

Moyens / Méthodes / Logiciels

Code Crescendo de simulation par Dynamique d'Amas, Développements prévus en fortran 90

Profil du candidat

Vous préparez un bac+5 (M1 ou M2 ou école d’ingénieur)en physique des matériaux, modélisation, physique numérique.

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

Conformément aux engagements pris par le CEA en faveur de l’intégration despersonnes en situation d’handicap, cet emploi est ouvert à toutes et à tous. Le CEApropose des aménagements et/ou des possibilités d'organisation.