Исследователи используют машинное обучение для усовершенствованной разработки топлива

Исследователи из Национальной лаборатории Айдахо (INL) и Университета Айдахо успешно применили машинное обучение для характеристики микроструктуры металлического ядерного топлива, мелкие детали которой видны только при сильном увеличении. Данные, собранные с помощью этого метода, будут использоваться инженерами для более точного прогнозирования характеристик топлива при разработке топлива для ядерных энергетических реакторов следующего поколения. 

Ученые разработали подходы к машинному обучению для извлечения и анализа широкого спектра данных, таких как размер и связность пузырьков газа деления, из облученного уран-циркониевого топлива. Пузырьки газа являются естественным побочным продуктом ядерного деления вместе с более мелкими атомами, включая ксенон и криптон. Эти и другие побочные продукты накапливаются в топливных элементах в виде пузырьков, что приводит к микроструктурным изменениям, которые могут ограничивать способность топлива передавать тепло. 

Чтобы разработать процесс машинного обучения, исследователи сначала создали набор данных с изображениями сечений топлива в высоком разрешении и ручными аннотациями пузырьков газа деления. Затем они внедрили алгоритм машинного обучения, известный как дерево решений, для прогнозирования категории каждого пузырька с использованием количественных характеристик изображения, включая размер, форму и внешний вид пузырьков.  

Это исследование предоставляет точную информацию о морфологии топлива, плотности пузырьков газа деления и распределения лантанидов — элементов, которые образуются во время работы реактора и снижают эффективность использования топлива. Разработанные модели могут быть расширены для точного прогнозирования свойств материалов. Характеристика микроструктуры облученного топлива, особенно пузырьков и продуктов деления, которые могут образовываться во время работы, имеет решающее значение для разработки ядерного топлива, которое является одновременно высокоэффективным и стойким к разрушению при условии потенциальной аварии. 

В рамках проекта было получено несколько важных сведений о характеристиках уран-циркониевого топлива, в том числе выявлено ухудшение теплопроводности топлива из-за обширной пористой структуры и увеличения соединенных пор в более горячих областях топлива. 

По информации Национальной лаборатории Айдахо