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Using first principles calculations we investigated the thermomechanical stability of spent nuclear fuels (SNF), especially how mechanical properties of $UO_2$, such as, bulk, shear and Young's moduli and Poisson's ratio vary through alpha-decay of U into Th with generation of He gas. Our results indicate that substitution of U by Th through alpha decay ($U_{1-x}Th_xO_2$) does not significantly affect the stability of the grain in a fuel matrix. In addition, we studied the transport properties of He in and boundaries of the $U_{1-x}Th_xO_2$ grain. Helium preferentially resides at the grain boundaries through diffusion. Our study can contribute to substantial reduction of environmentally risk and enhancement of our sustainability by safe control of radioactive materials.
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