L’IA prédit les propriétés des sels fondus pour modéliser des réacteurs nucléaires plus sûrs et plus durables

Des chercheurs de Skoltech et de l’Institut d’électrochimie à haute température de l’UB RAS ont développé et testé un modèle basé sur l’apprentissage automatique qui prédit les propriétés des sels fondus. Ces composés sont déjà utilisés en métallurgie et sont prometteurs pour résoudre le problème de l’accumulation des déchets nucléaires.

Leurs propriétés industriellement importantes sont difficiles à mesurer expérimentalement. Cela fait des modèles tels que celui présenté par l’équipe dans le Journal des liquides moléculaires crucial pour rendre la fabrication de métaux purs moins chère et l’énergie nucléaire plus sûre et plus durable.

Les sels fondus constituent une classe très diversifiée de composés possédant un grand nombre de propriétés physiques pertinentes pour l’industrie. Les scientifiques des matériaux travaillent à affiner la composition et les propriétés des mélanges de sels fondus pour rendre plus efficace la production de titane pur, de calcium, d’aluminium et de certains autres métaux et pour éliminer un obstacle technologique important qui entrave le développement de réacteurs nucléaires de nouvelle génération. .

Avec une grande attention portée à la production solaire et éolienne, l’énergie nucléaire a également un rôle essentiel à jouer dans la transition vers un avenir sans carbone. Même si les réacteurs à fusion promettent beaucoup mais restent insaisissables, il existe une technologie nucléaire bien plus proche de sa mise en œuvre qui pourrait également apporter beaucoup à l’industrie énergétique. Et cette technologie repose sur des sels fondus aux propriétés physiques et chimiques optimisées.

Les réacteurs à sels fondus seraient plus sûrs, plus durables et produiraient plus d’électricité que ceux utilisés aujourd’hui. Ils ne sont pas sujets aux explosions d’hydrogène, comme celle impliquée dans la catastrophe nucléaire de Fukushima, et fonctionnent généralement à une pression proche de la pression atmosphérique, alors que la plupart des réacteurs actuels nécessitent entre 75 et 150 atmosphères, avec des implications à la fois sur la sécurité et sur les coûts d’exploitation.

Contrairement à la plupart des systèmes conventionnels, les MSR peuvent être ravitaillés en cours de fonctionnement, sans nécessiter un arrêt temporaire. Les MSR fonctionnent à environ deux fois la température des réacteurs conventionnels, augmentant ainsi l’efficacité de la production d’électricité et les possibilités de captage de la chaleur résiduelle.

Parmi leurs autres avantages, les réacteurs à sels fondus pourraient atténuer le problème de l’accumulation de déchets nucléaires provenant des réacteurs conventionnels. Ils produisent des actinides mineurs hautement radioactifs : neptunium-237, américium-241, etc. Bien que ces déchets dangereux soient difficiles à éliminer, ils constitueraient un combustible approprié pour un réacteur à sels fondus.

Pour exploiter le potentiel des sels fondus tant pour l’ingénierie nucléaire que pour la métallurgie, les ingénieurs doivent connaître leurs propriétés. Les scientifiques des matériaux ont du mal à fournir cette information, en raison de la grande quantité de combinaisons possibles d’éléments chimiques et du nombre de propriétés technologiquement pertinentes. Passer en revue chaque combinaison et faire une expérience coûterait incroyablement cher. Surtout compte tenu de la nature hautement corrosive des sels fondus et des températures élevées impliquées.

« La recherche guidée par ordinateur de fusions possédant des propriétés physico-chimiques particulières pourrait considérablement simplifier et accélérer le développement de réacteurs nucléaires de nouvelle génération, puisque le nombre d’expériences réelles serait minimisé », a déclaré l’auteur principal de l’étude, Nikita Rybin, chercheur scientifique à Skoltech. Laboratoire d’intelligence artificielle pour la conception des matériaux d’AI.

« Dans cette étude, nous avons présenté et testé une méthodologie qui permet de calculer les propriétés thermophysiques des sels fondus à des températures finies. Nos découvertes pour le sel connu sous le nom de FLiNaK (contient LiF, NaF, KF) coïncident avec les données expérimentales disponibles, nous incitant poursuivre ce travail avec d’autres compositions de sels et élargir la gamme de propriétés. Cela rendra éventuellement réalisables les développements guidés par calcul dans les réacteurs nucléaires de nouvelle génération.

La solution utilisée par l’équipe pour calculer les propriétés des sels fondus est connue sous le nom de potentiels interatomiques appris par machine. Ceux-ci sont formés sur la base de modèles à plus petite échelle formulés avec une précision mécanique quantique. Sans l’apprentissage automatique, les calculs fondamentaux seraient devenus beaucoup trop exigeants au moment où les chercheurs ont atteint une échelle suffisamment grande pour que les propriétés physiques émergent dans le modèle.