Density Functional Theory Calculations of Mass Transport in UO2
Notice bibliographique
Résumé
In this talk we present results of density functional theory (DFT) calculations of U, O and fission gas diffusion in UO{sub 2}. These processes all impact nuclear fuel performance. For example, the formation and retention of fission gas bubbles induce fuel swelling, which leads to mechanical interaction with the clad thereby increasing the probability for clad breach. Alternatively, fission gas can be released from the fuel to the plenum, which increases the pressure on the clad walls and decreases the gap thermal conductivity. The evolution of fuel microstructure features is strongly coupled to diffusion of U vacancies. Since both U and fission gas transport rates vary strongly with the O stoichiometry, it is also important to understand O diffusion. In order to better understand bulk Xe behavior in UO{sub 2{+-}x} we first calculate the relevant activation energies using DFT techniques. By analyzing a combination of Xe solution thermodynamics, migration barriers and the interaction of dissolved Xe atoms with U, we demonstrate that Xe diffusion predominantly occurs via a vacancy-mediated mechanism. Since Xe transport is closely related to diffusion of U vacancies, we have also studied the activation energy for this process. In order to explain the low value of 2.4 eV found for U migration from independent damage experiments (not thermal equilibrium) the presence of vacancy clusters must be included in the analysis. Next we investigate species transport on the (111) UO{sub 2} surface, which is motivated by the formation of small voids partially filled with fission gas atoms (bubbles) in UO{sub 2} under irradiation. Surface diffusion could be the rate-limiting step for diffusion of such bubbles, which is an alternative mechanism for mass transport in these materials. As expected, the activation energy for surface diffusion is significantly lower than for bulk transport. These results are further discussed in terms of engineering-scale fission gas release models. Finally, oxidation of UO{sub 2} and the importance of cluster formation for understanding thermodynamic and kinetic properties of UO{sub 2+x} are investigated.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,002 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,002 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,006 | 0,001 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».