![Сила Архимеда](https://zanauku.mipt.ru/wp-content/uploads/2020/04/starenie-topliva-1024x511.jpg)
«Старение топлива». Дизайнер: Дарья Сокол, пресс-служба МФТИ
Ученые из лаборатории суперкомпьютерных методов в физике конденсированного состояния МФТИ и Объединенного института высоких температур РАН предложили метод ускоренного расчета диффузии нанополостей в твердых материалах. Данный метод позволит создать существенно более точные модели топлив для ядерных энергетических установок. Работа опубликована в Journal of Nuclear Materials.
Почему ядерное топливо «стареет»?
В процессе работы реактора осколки деления, пролетая на больших скоростях через кристаллическую решетку материала ядерного топлива, образуют дефекты — вакансии, межузельные атомы и их комплексы. Собираясь вместе, вакансии образуют пустоты, которые в процессе выгорания топлива заполняются газовыми продуктами деления. Диффузия подобных нанопузырьков существенно влияет на свойства топлива и выход из него газообразных продуктов деления.
Моделирование в помощь
Процессы старения топлива сложно изучать экспериментально. С одной стороны, они протекают очень медленно, а с другой — сбор экспериментальных данных в процессе работы реактора практически невозможен. Поэтому в настоящее время разрабатываются комплексные модели, позволяющие рассчитывать эволюцию свойств топливного материала в процессе выгорания. Коэффициент диффузии нанопузырей — один из ключевых параметров этих моделей.
![Сила Архимеда](https://zanauku.mipt.ru/wp-content/uploads/2020/04/nanopory-ris-1-e1585826627465.jpg)
Структура внутренней поверхности нанополости в гамма-уране. Источник: Antropov, Stegailov, Journal of Nuclear Materials
От уравнения Шредингера к динамике сотен тысяч атомов
Исследователи из лаборатории суперкомпьютерных методов в физике конденсированного состояния МФТИ рассмотрели атомистические модели материала, включающие в себя сотни тысяч атомов. С помощью суперкомпьютеров ученые рассчитали для них траектории движения на протяжении сотен миллионов и даже миллиардов шагов интегрирования. Используемая в работе модель межатомного взаимодействия гамма-фазы урана была получена научной группой в предыдущей работе на основе решения квантово-механической задачи для многоэлектронной системы.
![Сила Архимеда](https://zanauku.mipt.ru/wp-content/uploads/2020/04/nanopory-ris-2-e1585826652733.jpg)
Типы кристаллических дефектов на поверхности. Источник: Antropov, Stegailov, Journal of Nuclear Materials
![Сила Архимеда](https://zanauku.mipt.ru/wp-content/uploads/2020/04/nanopory-ris-3-e1585826667708.jpg)
Последовательные перестройки на грани нанопузырька с радиусом 12 Ангстрем. Источник: Antropov, Stegailov, Journal of Nuclear Materials
![Сила Архимеда](https://zanauku.mipt.ru/wp-content/uploads/2020/04/nanopory-ris-4-e1585826688316.jpg)
Элементы молекулярно-динамической модели в расчетной ячейке. Источник: Antropov, Stegailov, Journal of Nuclear Materials