Forskere finder forklaring på unormalt hurtig frigivelse af gas fra atombrændstof

Forskere ved MIPT har fundet en mulig forklaring på den usædvanligt hurtige frigivelse af gas fra atombrændstof. Supercomputersimuleringer har afdækket en uventet mekanisme til at accelerere flugten af ​​gasbobler fra urandioxid -krystalmatrixen til overfladen. Resultatet peger på vejen til at eliminere den paradoksale uoverensstemmelse mellem flere størrelsesordener mellem eksisterende teoretiske modeller og eksperimentelle resultater. Papiret blev offentliggjort i Journal of Nuclear Materials .

Spredning af gasbobler under reaktordrift er et af de vigtige emner inden for atomkraft vedrørende strålingssikkerhed. Bobler af gasformige fissionsprodukter (hovedsageligt xenon), ophobes i brændstoffet, påvirker mange af dets egenskaber. Derfor, det er vigtigt, i design og drift af reaktorer, at vide, hvor hurtigt gassen slipper ud af brændstoffet.

På trods af forskellige videnskabelige gruppers aktive arbejde på dette område, der er stadig ingen fuldstændig forståelse af mekanismerne til diffusion af gasser i brændstoffer. Den seneste række værker af franske forskere er et slående bevis på dette faktum. Resultaterne vist ved deres foreslåede model er snesevis af gange lavere end dem, der blev målt i særlige forsøg. "Selve det faktum, at sådanne modstridende resultater og faktisk, uarbejdbar teori er blevet offentliggjort viser, på den ene side, det videnskabelige samfunds store interesse for dette problem, og på den anden, behovet for at finde fundamentalt nye fysiske mekanismer for ultrahurtig diffusion, "siger MIPT -professor Vladimir Stegailov.

MIPT-forskerne under ledelse af Vladimir Stegailov var i stand til at simulere diffusion af xenon-nanobobler i urandioxid over en atomskala på op til tre mikrosekunder (tre milliarder integrationstrin). Dette blev muliggjort ved optimal brug af supercomputerkraft og moderne koder. Sådanne rekordstore molekylære dynamikberegninger har muliggjort direkte observation af boblens brune bevægelse og opdagelse af en grundlæggende ny diffusionsmekanisme.

Man troede tidligere, at jo højere gaskoncentration jo langsommere diffusion, som gassen forstyrrer bevægelsen af ​​dioxiden på boblens overflade. Forfatterne viste, at ved at nå en bestemt koncentration skubber gassen atomerne i krystalgitteret til inter-nodale positioner.

"Ved at akkumulere, inter-nodale atomer danner klynger, der bevæger sig hurtigt rundt om boblen. Boblen og klyngen presser periodisk hinanden og bevæger sig dermed betydeligt hurtigere end boblen alene. Således fremstår en ny effekt - acceleration af diffusion med gas ", forklarer Alexander Antropov, en ph.d. -studerende på FEFM (Phystech School of Electronics, Photonics and Molecular Physics at MIPT) og en af ​​forfatterne til undersøgelsen. Den opdagede effekt vil hjælpe med at forklare uoverensstemmelsen mellem teori og eksperiment.