Vous serez en charge de conduire une étude à l’échelle atomique du combustible métallique uranium-molybdène monolithique (UMo). UMo est considéré comme un combustible candidat pour les réacteurs de recherche. L’influence de l’irradiation ainsi que de la température sur des propriétés thermophysiques du combustible, comme sa conductivité thermique, seront analysés à l’aide de calculs à l’échelle atomique et comparés aux données expérimentales existantes.

Bibliographie:

Les combustibles céramiques, tel que le dioxyde d’uranium UO2, sont actuellement les combustibles de choix au sein des réacteurs à eau pressurisée (REP). Ils présentent une bonne stabilité sous irradiation ainsi qu’une température de fusion élevée, ce qui les rends sûrs. Cependant, leur conductivité thermique est faible, ce qui entraine de forts gradients de température au sein des pastilles de combustible.

D’autres types de combustibles sont considérés afin d’améliorer ces propriétés. C’est par exemple le cas des combustibles métalliques tel que les alliages d’uranium-molybdène UMo. L’UMo présente un point de fusion plus faible, mais une conductivité thermique bien plus élevée. Il est considéré comme l’un des potentiels combustibles candidats pour les réacteurs de recherche. Il est donc crucial de développer de nouveaux modèles de calcul permettant d’analyser l’évolution des propriétés thermomécaniques et de la densité d’uranium de l’UMo sous irradiation. Il s’agit de deux objectifs de ce stage.

Objectifs:

L’objectif principal de ce stage est d’explorer et de comparer différents outils de calculs à l’échelle des atomes disponibles pour l’étude des alliages d’UMo. En particulier, vous vous concentrerez sur le calcul de propriétés de l’UMo cruciales dans le contexte des combustibles nucléaires, telles que la conductivité thermique, les propriétés mécaniques, ou la stabilité et la diffusion de défauts dans le matériau. Les résultats produits seront mis sous la forme de lois de comportement qui pourront être utilisées au sein de code de simulation à grande échelle.

Etapes du stage:

•Analyse bibliographique des expériences et calculs précédemment menés sur l’UMo, notamment afin de rassembler des données de référence pour la validation des calculs atomistiques. 
•Vous devrez vous familiariser aux codes de simulation à l’échelle atomique utilisés au laboratoire, en particulier les codes ABINIT et LAMMPS, respectivement utilisés pour les calculs ab initio et les calculs en dynamique moléculaire classique. 
•Vous testerez les potentiels interatomiques disponibles dans la littérature pour l’UMo. Ces tests nécessiteront d’effectuer des calculs ab initio afin d’en utiliser les résultats comme données référence. 
•Enfin, vous vous attèlerez au calcul des propriétés thermophysiques souhaitées à l’aide de la dynamique moléculaire classique et des calculs ab initio.

Vous préparez un Bac+5 (Diplôme École d'Ingénieurs ou équivalents) en  sciences des matériaux, physique du solide /numérique, ingénierie nucléaire...

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