Väitös teknillisen fysiikan alalta, DI Henri Loukusa

Väitöskirjan nimi on "Thermochemical and thermomechanical modeling of nuclear fuel".

Ydinpolttoaineen kokeellinen tutkiminen on kallista ja aikaavievää, sillä säteilytetty ydinpolttoaine on erittäin radioaktiivista. Laskennalliset työkalut ovatkin korvaamattomia selvitettäessä ydinpolttoaineen käytöstä erilaisissa tilanteissa. Kelpoistetuilla laskentatyökaluilla voidaan osoittaa ydinpolttoaineelle asetettujen turvallisuusvaatimusten täyttyvän. Ydinpolttoaineen mallintaminen erityisesti pitkien säteilytysten aikana on vaativaa, koska säteilyn vaikutuksesta polttoaineessa tapahtuu erilaisia muutoksia sen materiaaliominaisuuksissa, mittasuhteissa ja koostumuksessa.

Tässä väitöskirjassa on kehitetty laskentatyökaluja ydinpolttoaineessa syntyvien kemiallisten yhdisteiden mallintamiseen sekä ydinpolttoaineen lämpötilojen ja mekaanisten muodonmuutosten laskentaan. Lisäksi väitöskirjassa tarkasteltiin ydinpolttoaineesta vapautuvien jalokaasujen määrän epävarmuutta.

Tietyt ydinpolttoaineessa syntyvät syövyttävät kemialliset yhdisteet voivat vaikuttaa polttoainetabletteja suojaavan metallisen suojakuoren eheyteen. Tässä tutkimuksessa kehitetyillä menetelmillä voidaan tutkia näiden kemiallisten yhdisteiden määriä, ja tätä kautta arvioida onko suojakuoren mahdollista rikkoutua eri tilanteissa ja erilaisilla polttoainepelletin koostumuksilla. Toisaalta erilaiset säteilytyksen aikana esiintyvät ilmiöt on mallinnettava tarkasti, jotta esimerkiksi polttoaineen lämpötila voidaan luotettavasti laskea. Väitöskirjassa kehitettiin edelleen yksinkertaista polttoainemallia multifysiikkasimulaatioita varten, ja parannettiin erityisesti sen laskemia lämpötilaennusteita. Lisäksi väitöskirjassa kehitettiin menetelmä laskentatulosten epävarmuuksien arviointiin ydinpolttoaineen loppusijoituslaitoksen turvallisuusperustelua varten.

Vastaväittäjänä toimii Dr. Jerome Sercombe, CEA Cadarache, Ranska.

Kustos on professori Filip Tuomisto, Aalto-yliopiston perustieteidein korkeakoulu, teknillisen fysiikan laitos.

Väittelijän yhteystiedot: Henri Loukusa, Teknologian tutkimuskeskus VTT Oy, p. 040 480 5568, [email protected]

Elektroninen väitöskirja

Väitöskirja on julkisesti nähtävillä 10 päivää ennen väitöstä Aalto-yliopiston perustieteiden korkeakoulun ilmoitustaululla Konemiehentie 2, Espoo.