Более глубокое понимание поведения продуктов деления в инновационном ядерном топливе
Как продукты деления диффундируют внутри ядерного топлива нового поколения? Этот вопрос лежит в основе проекта BENEFICIA (BEhaviour of NEw Fuel In Case of Incidents and Accidents — «Поведение нового вида топлива в случае инцидентов и аварий»).
На сайте Французского управления по ядерной безопасности и радиационной защите (фр. l'Autorité de sûreté nucléaire et de radioprotection - ASNR) размещена информация о проекте BENEFICIA, выполняемом в рамках программы, финансируемой Национальным агентством научных исследований (ANR) и координируемом Институтом физики двух бесконечностей (IP2I). Проект объединил усилия ASNR, Лаборатории физики двух бесконечностей имени Ирен Жолио-Кюри (IJC Lab), компании Framatome и Комиссариата по атомной энергии и альтернативным источникам энергии (CEA) Франции.
Схема кристаллической решетки, иллюстрирующая миграцию атома урана в диоксиде урана в присутствии хрома. Притяжение, оказываемое хромом на окружающие атомы кислорода, облегчает процесс, позволяя атому урана переместиться в соседнюю вакансию. Сравнение энергетических барьеров, связанных с этой миграцией, в топливе, легированном хромом, и в топливе без добавок. Иллюстрация ASNR
Цель проекта — углубить понимание поведения продуктов деления в инновационных видах ядерного топлива, в частности, в топливе на основе диоксида урана, легированного оксидом хрома.
Такое топливо, разработанное для улучшения определенных эксплуатационных характеристик в реакторе, обладает особой микроструктурой. Влияние этой структуры на миграцию продуктов деления до недавнего времени оставалось изученным лишь частично. Между тем, понимание этих процессов имеет важнейшее значение для расширения базы знаний, используемых при анализе ядерной безопасности.
Для решения поставленных задач участники проекта применили комплексный подход, сочетающий экспериментальные исследования, передовые методы характеризации материалов и многомасштабное численное моделирование. Основное внимание было уделено поведению цезия, йода и молибдена — трех продуктов деления, подвижность которых в топливе играет важную роль при оценке аварийных ситуаций. Данный подход позволил изучить диффузию этих элементов в топливе, легированном хромом, и выявить механизмы, определяющие их перенос. Полученные результаты позволили лучше понять распределение хрома в топливной матрице, а также его роль в процессах диффузии на атомном уровне. Исследователи также получили новые экспериментальные данные, необходимые для разработки и верификации моделей, используемых для имитации поведения ядерного топлива.
Помимо этих научных достижений, проект BENEFICIA предоставил уникальные данные, которые в перспективе позволят расширить область применения модуля MFPR-F (Module for Fission Product Release) — инструмента, разработанного ASNR для прогнозирования выхода продуктов деления в аварийных ситуациях, — включив в нее топливо, легированное хромом. Таким образом, знания, накопленные в ходе проекта, помогут усовершенствовать инструменты, используемые для оценки безопасности.
Благодаря сочетанию взаимодополняющих компетенций и значимости полученных результатов, проект BENEFICIA демонстрирует ценность совместных исследований, поддерживаемых ANR. Такие проекты способствуют расширению знаний о ядерных материалах и поддерживают развитие перспективных видов топлива. Результаты проекта помогают укрепить научную базу, необходимую для оценки безопасности инновационного ядерного топлива.