Дослідники використовують машинне навчання для вдосконаленої розробки ядерного палива

Дослідники з Національної лабораторії Айдахо (INL) та Університету Айдахо успішно застосували машинне навчання для характеристики мікроструктури металевого ядерного палива, дрібні деталі якої видно лише за сильного збільшення. Для дослідження науковці обрали уран-цирконієве паливо. 

Вчені розробили підходи до машинного навчання для вилучення та аналізу широкого спектра даних, таких як розмір та зв’язність бульбашок газу поділу, з опроміненого уран-цирконієвого палива. Бульбашки газу є природним побічним продуктом ядерного поділу разом з дрібнішими атомами, включаючи ксенон та криптон. Ці та інші побічні продукти накопичуються у паливних елементах у вигляді бульбашок, що призводить до мікроструктурних змін, які можуть обмежувати здатність теплопровідності палива. 

Під час дослідження науковці створили набір даних із зображеннями перерізів палива з високою роздільною здатністю та ручними анотаціями бульбашок газу поділу. Потім вони впровадили алгоритм машинного навчання, відомий як дерево прийняття рішень, для прогнозування категорії бульбашок з використанням кількісних характеристик зображення, включаючи розмір, форму та зовнішній вигляд бульбашок.  

Це дослідження надає точну інформацію про морфологію палива, щільність бульбашок газу поділу та розподілу лантанідів — елементів, що утворюються під час роботи реактора та знижують ефективність використання палива. Розроблені моделі можуть бути розширені для точного прогнозування властивостей матеріалів. Характеристика мікроструктури опроміненого палива, особливо бульбашок і продуктів поділу, які можуть утворюватися під час роботи, має вирішальне значення для розробки ядерного палива, яке є одночасно високоефективним та стійке до руйнування за умови можливої аварії. 

У рамках проєкту було отримано важливу інформацію про характеристики уран-цирконієвого палива, зокрема виявлено погіршення теплопровідності палива через велику пористу структуру та збільшення сполучених пор у більш гарячих ділянках палива. 

За інформацією Національної лабораторії Айдахо