Simulation Monte Carlo de propriétés thermodynamiques et cinétiques d'alliages ferritiques

par Savneet Kaur

Projet de thèse en Chimie

Sous la direction de Jerome Creuze et de Manuel Athenes.

Thèses en préparation à université Paris-Saclay , dans le cadre de École doctorale Sciences chimiques : molécules, matériaux, instrumentation et biosystèmes , en partenariat avec Institut de Chimie Moléculaire et des Matériaux d'Orsay (laboratoire) et de Faculté des sciences d'Orsay (référent) depuis le 01-10-2018 .


  • Résumé

    La cuve des réacteurs à eau sous pression est soumise à l'irradiation neutronique qui introduit de nombreux défauts ponctuels tels que lacunes et interstitiels. Au cours du temps, ces défauts migrent, se recombinent ou s'agglomèrent pour former amas lacunaires et boucles d'interstitiels. Ceci a pour effet de modifier les propriétés mécaniques et de fragiliser l'acier ferritique de la cuve. Un but important des études de recherches dans ce domaine est de simuler l'évolution micro-structurale se produisant dans les aciers irradiés. Dans ce cadre, des techniques Monte Carlo sont utilisées pour calculer les propriétés thermodynamiques et cinétiques à l'échelle atomique. L'objectif de cette thèse est double. Il s'agit premièrement de mettre en oeuvre des techniques de simulation MC adaptative et de calculer la solubilité d'éléments d'alliage mineurs (Cr, Cu, Ni, Mn et C), en volume et en présence d'un amas lacunaire et d'une dislocation. Une technique Monte Carlo adaptative sera également développée dans le but d'accélérer les simulations Monte Carlo pour les cinétiques. La difficulté provient du très grand nombre d'échanges des lacunes avec certains éléments d'alliage (Cu, Mn et Ni), ce qui augmentent drastiquement la durée des simulations sur ordinateur. Ce problème de piégeage limite les temps physiques et doses d'irradiation qu'il est envisageable de simuler. Le but sera de comprendre dans quelles conditions la pénalisation des fréquences rapides permet d'accélérer les simulations tout en préservant l'exactitude des chemins cinétiques.

  • Titre traduit

    Monte Carlo simulations of thermodynamics and kinetics properties of ferritic alloys


  • Résumé

    Pressurized water reactor vessels undergo neutron irradiation which introduces many point defects such as vacancies and interstitials. Over time, these defects migrate, recombine or agglomerate to form vacancy clusters and interstitial loops. This affects the mechanical properties and embrittle the ferritic steel of nuclear vessels. An important goal of research studies in this field is to simulate the micro-structural evolution occurring in irradiated steels. In this framework, Monte Carlo techniques are used to calculate the thermodynamic and kinetic properties at the atomic scale. The objective of this thesis is twofold. The first step is to implement adaptive MC simulation techniques and to calculate the solubility of minor alloying elements (Cr, Cu, Ni, Mn and C), in bulk and in the presence of a vacancy cluster and of a dislocation. An adaptive Monte Carlo technique will also be developed in order to accelerate Monte Carlo simulations for kinetics. The difficulty arises from the very large number of exchanges between vacancies and some alloying elements (Cu, Mn and Ni) which drastically increase the duration of computer simulations. This trapping problem limits the physical times and irradiation doses which can possibly be simulated. The aim will be to understand under what conditions penalizing the fast frequencies allows accelerating the simulations while preserving the accuracy of the kinetic paths.