科学家找到核燃料中气体异常快速释放的解释

导读MIPT的科学家发现了核燃料中气体异常快速释放的可能解释。超级计算机模拟发现了一种意想不到的机制,可以加速气泡从二氧化铀晶体基质到表面

MIPT的科学家发现了核燃料中气体异常快速释放的可能解释。超级计算机模拟发现了一种意想不到的机制,可以加速气泡从二氧化铀晶体基质到表面的逸出。结果指出了消除现有理论模型和实验结果之间几个数量级矛盾的方法。该论文发表在《核材料杂志》上。

反应堆运行过程中气泡的扩散是核动力中与辐射安全有关的重要主题之一。聚集在燃料中的气态裂变产物(主要是氙气)气泡会影响其许多特性。因此,在反应堆的设计和运行中,重要的是要知道气体从燃料中逸出的速度。

尽管该领域的各个科学团体都在积极工作,但对燃料中气体扩散的机理仍然没有完全的了解。法国研究人员最近的一系列著作就是这一事实的惊人证据。他们提出的模型显示的结果比在特殊实验中测得的结果低几十倍。“已经发表了这种矛盾的结果,实际上是行不通的理论,这一事实一方面表明了科学界对该问题的浓厚兴趣,另一方面表明有必要找到根本的超快扩散物理新机理。 ”,MIPT教授弗拉基米尔·斯蒂格洛夫(Vladimir Stegailov)说。

由弗拉基米尔·史泰格洛夫(Vladimir Stegailov)领导的MIPT科学家能够模拟氙纳米气泡在高达三微秒(三十亿个积分步骤)的原子级时间内在二氧化铀中的扩散。超级计算机功能和现代代码的最佳使用使这成为可能。这种破纪录的分子动力学计算方法使人们能够直接观察气泡的布朗运动,并发现了一种根本上新的扩散机制。

以前认为,气体浓度越高,扩散越慢,因为气体会干扰气泡表面上的二氧化碳运动。作者表明,达到一定浓度后,气体会将晶格原子推向节点间位置。

仅显示了位移到节点间位置的铝原子。此版本更好地说明了插页式节点集群的移动性。信用:MIPT

“通过积累,节点间原子形成簇,这些簇在气泡周围快速移动。气泡和簇周期性地相互推动,因此其移动速度明显快于气泡本身。因此,出现了一种新的效果,即气体扩散的加速作用”,FEFM(MIPT物理技术学院电子,光子学和分子物理学院)的研究生,也是该研究的作者之一,亚历山大·安特罗托夫(Alexander Antropov)解释说。所发现的效果将有助于解释理论与实验之间的差异。

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