Supercomputer und Archimedes’ Prinzip ermöglichen die Berechnung der Diffusion von Nanoblasen in Kernbrennstoffen

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Supercomputers und Archimedes' Prinzip ermöglichen die Berechnung der Nanoblasendiffusion in KernbrennstoffenForscher des Moskauer Instituts für Physik und Technologie haben eine Methode vorgeschlagen, die die Berechnung der Diffusion von Nanoblasen in festen Materialien beschleunigt.

Mit dieser Methode ist es möglich, wesentlich genauere Brennstoffmodelle für Kernkraftwerke zu erstellen.

Das Papier wurde im Journal of Nuclear Materials veröffentlicht.

Warum ‘altert’ Kernbrennstoff?Während des Reaktorbetriebs erzeugen Spaltfragmente, die mit hoher Geschwindigkeit durch das Kristallgitter des Kernbrennstoffs fliegen, verschiedene Defekt-Lücken, Zwischengitteratome und ihre Cluster.

In Kombination bilden solche freien Stellen Blasen, die sich beim Brennstoffausbrand mit Spaltgasprodukten füllen.

Die Diffusion solcher Nanoblasen beeinflusst die Eigenschaften des Brennstoffs und die Freisetzung von gasförmigen Spaltprodukten aus ihm erheblich.

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Modellierung zur RettungDie Alterungsprozesse von Kraftstoffen sind experimentell schwer zu erforschen.

Zum einen sind solche Prozesse sehr langsam, zum anderen ist es fast unmöglich, während des Reaktorbetriebs experimentelle Daten zu sammeln.

Daher werden derzeit integrierte Modelle entwickelt, um die Entwicklung der Brennstoffmaterialeigenschaften während des Ausbrennprozesses berechnen zu können.

Der Nanoblasen-Diffusionskoeffizient ist einer der Schlüsselparameter in solchen Modellen.

Diese Studie ist ein gemeinsames Projekt des MIPT und des Joint Institute for High Temperatures der Russischen Akademie der Wissenschaften.Von der Schrödingerschen Gleichung zur Dynamik von Hunderttausenden von AtomenDie Forscher des Laboratory of Supercomputer Methods in Condensed Matter Physics am MIPT untersuchten atomistische Modelle des Materials, das Hunderttausende von Atomen umfasst.

Mit Hilfe von Supercomputern berechnete das Team ihre Flugbahnen über Hunderte von Millionen oder sogar Milliarden von Integrationsschritten.

Das verwendete Modell der interatomaren Gamma-Uran-Wechselwirkung wurde von den Physikern im Laufe ihrer früheren Arbeiten auf der Grundlage der Lösung des quantenmechanischen Problems für ein Mehr-Elektronensystem erstellt.MIPT….

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