Los científicos del MIPT han encontrado una posible explicación para la liberación anormalmente rápida de gas del combustible nuclear. Las simulaciones de supercomputadoras han descubierto un mecanismo inesperado para acelerar el escape de burbujas de gas de la matriz de cristal de dióxido de uranio a la superficie. El resultado señala el camino para eliminar la paradójica discrepancia de varios órdenes de magnitud entre los modelos teóricos existentes y los resultados experimentales. El artículo fue publicado en el Revista de materiales nucleares .

La difusión de burbujas de gas durante el funcionamiento del reactor es uno de los temas importantes de la energía nuclear en relación con la seguridad radiológica. Burbujas de productos de fisión gaseosos (principalmente xenón), acumulándose en el combustible, afectan muchas de sus propiedades. Por lo tanto, es importante, en el diseño y operación de reactores, para saber qué tan rápido se escapa el gas del combustible.

A pesar del trabajo activo de varios grupos científicos en este campo, todavía no existe un conocimiento completo de los mecanismos de difusión de los gases en los combustibles. La reciente serie de trabajos de investigadores franceses es una prueba contundente de este hecho. Los resultados mostrados por su modelo propuesto son decenas de veces más bajos que los medidos en experimentos especiales. "El mero hecho de que resultados tan contradictorios y, De hecho, la teoría inviable ha sido publicada demuestra, Por un lado, el gran interés de la comunidad científica por este problema y, en el otro, la necesidad de encontrar mecanismos físicos fundamentalmente nuevos de difusión ultrarrápida, "dice el profesor del MIPT Vladimir Stegailov.

Los científicos del MIPT dirigidos por Vladimir Stegailov pudieron simular la difusión de nanoburbujas de xenón en dióxido de uranio durante un período de tiempo a escala atómica de hasta tres microsegundos (tres mil millones de pasos de integración). Esto fue posible gracias al uso óptimo de la potencia de las supercomputadoras y los códigos modernos. Estos cálculos de dinámica molecular que han batido récords han permitido la observación directa del movimiento browniano de la burbuja y el descubrimiento de un mecanismo de difusión fundamentalmente nuevo.

Anteriormente se pensaba que cuanto mayor era la concentración de gas, más lenta era la difusión, ya que el gas interfiere con el movimiento del dióxido en la superficie de la burbuja. Los autores demostraron que al alcanzar una cierta concentración, el gas empuja los átomos de la red cristalina a posiciones inter-nodales.

"Al acumular, los átomos inter-nodales forman grupos que se mueven rápidamente alrededor de la burbuja. La burbuja y el grupo se empujan periódicamente entre sí y, por lo tanto, se mueven significativamente más rápido que la burbuja por sí sola. Aparece así un nuevo efecto:la aceleración de la difusión por gas ", explica Alexander Antropov, estudiante de posgrado en FEFM (Phystech School of Electronics, Fotónica y Física Molecular en MIPT) y uno de los autores del estudio. El efecto descubierto ayudará a explicar la discrepancia entre la teoría y el experimento.