Физики из МФТИ и ОИВТ РАН, используя компьютерное моделирование, описали поведение дислокаций диоксида урана — вещества, являющегося составной частью ядерного топлива. Результаты их работы позволяют с большей точностью прогнозировать поведение вещества, тем самым повышая эксплуатационную безопасность. Международные эксперты уже отметили, что российские исследователи сделали компьютерный шаг в ядерное будущее человечества.
Плюсы и минусы диоксида урана
Огромный энергетический потенциал радиоактивных элементов известен уже давно. К примеру, одна порция из диоксида урана в несколько граммов способна выделить такое же количество энергии, как сотни килограммов нефти или угля при сжигании. Но у такого топлива есть один большой минус — риск взрыва и экологической катастрофы в результате аварии на энергоблоке.
Во время эксплуатации топливный материал подвержен воздействию радиационных факторов и высоких температур, что сопровождается сложными изменениями на атомном и ядерном уровнях вещества.
Механизмы таких изменений досконально ещё не изучены, что увеличивает риск нештатных ситуаций, способных привести к авариям во время процесса.
Модель изолированной дислокации
На характер протекания ядерной реакции очень сильно влияют механические свойства вещества, используемого в виде топлива. Особенную роль здесь играют дислокации — линейные дефекты структуры кристалла. Их характеристики и поведение в кристалле диоксида урана при очень высоких нагрузках и температурах не была достаточно изучена. Этот пробел российские физики и восполнили в своём исследовании при помощи компьютерной модели.
В своей работе, применяя вычислительные методики, они спроектировали модель изолированной дислокации в идеальном кристалле диоксида урана.
Такой подход позволяет рассчитывать скорость её перемещений с учётом параметров:
- температуры в рабочей зоне;
- величины внешних сил, оказывающих воздействие на кристаллическую решётку вещества во время реакции.
Анализ результатов в рамках статистической физики позволяет с большой точностью прогнозировать поведение линейных дефектов в кристаллической решётке ядерного топлива. Компьютерная же модель в физических исследованиях применяется в тех случаях, когда проведение реального эксперимента невозможно или затруднительно. А получение информации о поведении ядерного топлива во время процесса реакции относится именно к такой области.
В скором будущем, взяв за основу разработанную модель для кристалла диоксида урана, можно смоделировать более сложные и масштабные системы, максимально приближённые к реальности.
