Gli scienziati del MIPT hanno trovato una possibile spiegazione per il rilascio anomalo e rapido di gas dal combustibile nucleare. Le simulazioni al supercomputer hanno scoperto un meccanismo inaspettato per accelerare la fuga di bolle di gas dalla matrice di cristalli di biossido di uranio verso la superficie. Il risultato indica la strada per eliminare la paradossale discrepanza di diversi ordini di grandezza tra i modelli teorici esistenti ei risultati sperimentali. Il documento è stato pubblicato nel Journal of Nuclear Materials .

La diffusione delle bolle di gas durante il funzionamento del reattore è uno degli argomenti importanti nell'energia nucleare relativi alla sicurezza delle radiazioni. Bolle di prodotti di fissione gassosi (principalmente xeno), accumulandosi nel carburante, influenzare molte delle sue proprietà. Perciò, è importante, nella progettazione e nel funzionamento dei reattori, per sapere quanto velocemente il gas fuoriesce dal carburante.

Nonostante il lavoro attivo di vari gruppi scientifici in questo campo, non esiste ancora una comprensione completa dei meccanismi di diffusione dei gas nei combustibili. La recente serie di lavori dei ricercatori francesi è una prova lampante di questo fatto. I risultati mostrati dal loro modello proposto sono decine di volte inferiori a quelli misurati in esperimenti speciali. "Il fatto stesso che risultati così contraddittori e, infatti, la teoria impraticabile è stata pubblicata dimostra, da una parte, il grande interesse della comunità scientifica per questo problema e, dall'altra, la necessità di trovare meccanismi fisici fondamentalmente nuovi di diffusione ultrarapida, ", afferma il professore del MIPT Vladimir Stegailov.

Gli scienziati del MIPT guidati da Vladimir Stegailov sono stati in grado di simulare la diffusione di nanobolle di xeno nel biossido di uranio su un periodo di tempo su scala atomica fino a tre microsecondi (tre miliardi di fasi di integrazione). Ciò è stato reso possibile dall'uso ottimale della potenza del supercomputer e dei codici moderni. Tali calcoli di dinamica molecolare da record hanno consentito l'osservazione diretta del moto browniano della bolla e la scoperta di un meccanismo di diffusione fondamentalmente nuovo.

In precedenza si pensava che maggiore è la concentrazione di gas, più lenta è la diffusione, poiché il gas interferisce con il movimento del biossido sulla superficie della bolla. Gli autori hanno dimostrato che al raggiungimento di una certa concentrazione il gas spinge gli atomi del reticolo cristallino in posizioni internodali.

"Accumulando, gli atomi internodali formano ammassi che si muovono rapidamente attorno alla bolla. La bolla e il cluster si spingono periodicamente l'un l'altro e quindi si muovono molto più velocemente della bolla da sola. Appare così un nuovo effetto:l'accelerazione della diffusione da parte del gas", spiega Alexander Antropov, uno studente post-laurea presso FEFM (Phystech School of Electronics, Fotonica e Fisica Molecolare al MIPT) e uno degli autori dello studio. L'effetto scoperto aiuterà a spiegare la discrepanza tra teoria ed esperimento.