Stage - De l'Angström au micron : un modèle de combustible nucléaire à base de données atomistiques

Descrizione del lavoro:

Description du poste

Domaine

Matériaux, physique du solide

Contrat

Stage

Intitulé de l'offre

Stage - De l'Angström au micron : un modèle de combustible nucléaire à base de données atomistiques

Sujet de stage

Comme d'autres secteurs industriels, le nucléaire développe des « jumeaux numériques », applications permettant de simuler le comportement d'un composant industriel, voiture, usine, réacteur, ou dans notre cas crayon combustible. Le travail proposé se situe dans cette démarche et contribue au développement d'un jumeau numérique de grain permettant d'en simuler l'évolution microstructurale sous irradiation.

Durée du contrat (en mois)

6

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 de cavités et de boucles de dislocation. Ces défauts étendus influencent notamment le volume du matériau, son fluage, sa rétention vis-à-vis des gaz de fission. Le modèle physique du phénomène est la dynamique d’amas: jeu d’équations cinétiques représentant les réactions chimiques d’agrégation des défauts sous l’effet de leur diffusion dans le matériau.

La plupart des paramètres du modèle sont issus de calculs atomistiques (énergies de formation et de migration des défauts, dommage d’irradiation). Cependant une partie d’entre eux n’a pas été calculée et sont pratiquement impossibles à mesurer directement.

La démarche proposée pour ce stage est double:

1/ Ajuster les paramètres manquant en utilisant le modèle pour simuler des résultats d’expériences (déjà disponibles au laboratoire) dans lesquelles la microstructure est impactée, comme la caractérisation au microscope électronique à transmission des dislocations et des cavités (taille, concentration). On utilisera pour cela des techniques innovantes:

* analyse de sensibilité pour déterminer quels paramètres ont un impact sur les grandeurs mesurées
* optimisation algorithmes génétiques) pour ajuster au mieux ces paramètres. On utilisera la plateforme URANIE™ développée au CEA pour l’analyse statistique des données.
* monte carlo cinétique pour simuler le dommage d’irradiation

2/ Valider ce modèle ainsi paramétré en comparant ses résultats à des mesures issues d’autres expériences.

Le modèle sera ensuite appliqué à de nouvelles situations, comme l’irradiation en pile du combustible dans le but de prédire le relâchement des gaz de fission par exemple ou la densité de boucles et lignes de dislocation.

Ce sujet de modélisation comporte des tâches variées :

* l’interprétation d’expériences
* des développements informatiques simples de scripts d’optimisation pour URANIE
* la simulation de situations expérimentales ou industrielles

Ce stage offre ainsi l’opportunité au candidat, en adoptant une position centrale et un point de vue synthétique, de contribuer au développement de la physique numérique appliquée à la modélisation multiéchelle. Il lui permettra d’expérimenter par lui-même en quoi des outils de simulation basés sur les données microscopiques les plus fondamentales permettent de traiter et expliquer des situations pratiques.

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. www.theses.fr/2013AIXM4376

Moyens / Méthodes / Logiciels

Utilisation/amélioration de codes de simulation, codage simple de mécanismes physiques

Profil du candidat

Parcours de formation de type master 1 / master 2 ou dernière année Ecole d'ingénieur.

Spécialité : physique numérique, physique de la matière condensée / matériaux,

Points particuliers : cinétique chimique, irradiation des matériaux

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

Site

Cadarache

Localisation du poste

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

Ville

Saint Paul lez Durance

Critères candidat

Diplôme préparé

Bac+5 - Master 2

Formation recommandée

M1 ou M2 ou école d'ingénieur en physique des matériaux, modélisation, physique numérique

Possibilité de poursuite en thèse

Non

Demandeur

Disponibilité du poste

01/12/2026