钚及其化合物的理论研究

钚由于其5f电子处于离域和局域的临界位置,其性质易受温度、压力和成键等的影响,导致钚及其化合物呈现出异乎寻常的特性。电子尺度和原子分子尺度的模拟研究有助于深入理解钚及其化合物的基本性质以及与环境气氛的相互作用规律,并有可能揭示若干新的物理机制。本文简要介绍了国内近些年来在钚电子结构计算和原子分子模拟领域中开展的部分基础性工作和研究方向。重点介绍了钚及其化合物或分子的电子结构计算,活性气体在钚及其氧化物表面的吸附行为和钚的自辐照衰变行为。     

CO2二聚体分子弱结合作用的DFT计算

用密度泛函理论(DFT)的Becke 3LYP方法,在不同基集合（6 31G和6 311G系列）下对平行结构（C 2h）和T形结构(C2v)的CO2二聚体进行ab initio计算.通过计算,得到了CO2二聚体C2h和C2v两种构型的结构参数和离解能,并给出了CO2二聚体相对稳定构型C2h的12个正则振动分析图.结果表明,CO2二聚体的离解能为2 kJ•mol－1,CO2分子之间振动频率很小,从而说明CO2二聚体是弱结合分子.     

锂陶瓷氚增殖剂的中子辐照性能与产氚行为

D-T聚变堆采用氚增殖剂与中子反应生成氚来保证其燃料的“自持”。Li₂O、LiAlO₂、Li₂ZrO₃、Li₂TiO₃和Li₄SiO₄等锂陶瓷材料由于具有良好的化学稳定性、机械力学性能和产氚性能等优点,是聚变堆主要的候选产氚材料,而其在中子辐照环境下的各种性能和行为是氚增殖包层模块设计所关心的重要内容。本文介绍了国际上锂陶瓷产氚增殖剂的辐照实验研究概况,对材料的辐照性能(材料稳定性、热导性、离子电导性和活化性能等)、堆内/堆外产氚行为、影响氚在陶瓷材料中扩散或释放的各种因素,以及近来关注较多的辐照缺陷与释氚行为的相互关系等方面进行了归纳、分析和总结,同时针对中国确定的氦冷固态球床包层模块的技术路线,提出了需要广泛而系统地开展锂陶瓷基础研究的建议,指出今后国际上氚增殖剂的研究重点是高燃耗(>10%)和高荷载破坏情况下锂陶瓷材料的辐照产氚性能,以及聚变堆氚增殖包层工程条件因素,如磁场、等离子体诱发电流和中子倍增剂等对锂陶瓷小球释氚行为的影响。     

PuC和PuC2的分子结构与势能函数

采用密度泛函B3LYP方法和相对论有效原子实理论模型优化出PuC和PuC2分子稳定构型,其电子状态分别为X5Σ－和X5A2.PuC2分子为C2v构型,其∠CPuC=147.67°,平衡核间距Re=0.22819 nm, 离解能De=5.543 eV, 并计算出谐振动频率:ν1=61.736 cm－1、ν2=229.894 cm－1、ν3=305.582 cm－1.在此基础上,运用多体项展式理论方法,导出了基态PuC2分子的分析势能函数,该势能面准确地再现了PuC2分子的稳定结构,并根据势能面等值图讨论了PuC＋C反应和Pu＋C2反应的势能面静态特征.     

超临界CO2与金属铀表面钝化反应的热力学研究

 对超临界CO₂流体处理金属铀表面的钝化反应过程进行了热力学计算，结果表明：钝化反应在超临界状态下能自发进行，温度升高使钝化覆盖层物质的生成自由能负值降低，而压力增大有利于钝化覆盖层的形成。     

基态UC2分子的结构和势能函数

采用密度泛函理论 (DFT)的B3LYP方法和相对论有效原子实势理论模型 (RECP) ,对UC2 分子可能的结构进行优化计算 ,得到UC2 分子稳定构型为角形C -U -C(C2v) ;由微观可逆性原理 ,判断了UC2 分子的离解极限 ;并且导出了基态UC2 分子 (X 5B1)的多体项展式势能函数 ,其势能面等值图展现了C -U -C(C2v)稳定结构 ;根据势能面等值图 ,讨论了C +UC(X 3 П)反应和U +C2 (X 1∑+ g)反应的势能面静态特征     

PuH分子的X~8Σ~+ 态的势能函数及热力学函数的从头计算

在考虑相对论有效原子实势(RECP)近似下,用QCISD方法计算了PuH分子基态X8Σ+的MurrellSorbie解析势能函数和热力学函数。Re,De,Be,αe,ωe,ωeχe的理论计算值,分别为2.28,1.2227eV,3.2334,0.07742,1146.2632,24.7514(cm-1)。还给出了PuH(g)在298.15-911K之间的生成热力学函数ΔH0,ΔS0,ΔG0和Cp的计算值     

UN、UN2分子的结构和势能函数

用相对论有效原子实势(RECP)和密度泛函(B3LYP)方法对UN和UN2分子的结构进行优化,得到了它们的平衡几何构型和谐振频率.采用最小二乘法拟合出UN 分子的Murrell-Sorbie势能函数,在此基础上推导出光谱数据和力常数;并通过多体展式理论导出UN2分子的势能函数,正确地反应了其平衡构型特征.     

嵌入原子法计算金属钚中点缺陷的能量

钚因放射性衰变而出现老化效应.钚中点缺陷的性质和行为是理解钚老化效应的一个基础和前提.运用分子动力学模拟技术,计算了金属钚中点缺陷和点缺陷团簇的形成能和结合能.其中钚-钚、钚-氦和氦-氦相互作用势分别采用嵌入原子多体势、Morse对势和Lennard-Jones对势.计算结果表明,单个自间隙原子易以〈100〉哑铃状形态存在;间隙氦原子在理想晶格的八面体间隙位置相对较为稳定;氦原子与空位的结合能较大,在钚的自辐照过程中两者易于结合并形成氦-空位团簇;氦-空位团簇的形成能随氦原子数的增加而增大,当氦与空位的数