氢分子晶体力学性能的计算机模拟研究

发布时间：2017-11-07 14:31

  本文关键词：氢分子晶体力学性能的计算机模拟研究

  更多相关文章： 激光核聚变 燃料靶丸 氢分子晶体 从头算法 力学性质

【摘要】：随着地球上不可再生能源的不断快速消减,核能源的开发利用成为各国支撑社会稳定发展和经济长期增长的重要战略性目标之一。核能源主要分为核裂变和核聚变,世界上现行的可实现能源稳定输出的是核裂变反应堆,而核裂变具有不安全和不环保因素。所以当下核聚变研究成为世界主要国家大力投入的研究热点。其中激光核聚变是核聚变研究中重要的一个分支,它是用极高能量的激光束照射在微小的氘氚靶丸上,在高温高压的环境下靶丸中的氘氚燃料发生聚变反应。其中靶丸的设计合理与否涉及到聚变反应能否成功发生及能量输出量。对于氢分子晶体力学性能的研究,对合理设计和生长靶丸晶体有宝贵的借鉴和指导作用。本文采用从头算法软件包VASP,系统研究分析了氢分子晶体稳定存在的晶体结构和力学性质。研究结果如下:1.采用VASP软件包计算分析了氢分子晶体晶胞内不同的氢分子轴向相对排布位置。结果表明:面心立方结构氢分子晶体内最稳定的氢分子轴向相对位置是Pa3结构。该结构的晶胞内氢分子轴向都按照面心立方结构晶体的晶胞体对角线排布,但是轴向是朝着不同方向的体对角线排布,而且不同位置不同轴线朝向的氢分子的相对位置是严格限定的。六角密堆结构氢分子晶体内最稳定的氢分子轴向分布是混合结构。该结构的晶胞内氢分子的轴向是完全无序的。2.采用VASP软件包计算分析了六角密堆结构和面心立方结构氢分子晶体内氢分子平均结合能。计算结果表明:面心立方结构氢分子晶体的平均结合能比六角密堆结构氢分子晶体的平均结合能高出17.65%,这说明面心立方结构氢分子晶体稳定性更高。3.我们在计算氢分子晶体晶胞内不同轴向氢分子相对位置时,研究分析了零点能修正对其的影响。最终研究发现在计算单个氢分子能量时,零点能这一因素不应被忽略。我们认为这是由于氢元素在所有元素中质量最轻,氢的零点振动现象较其他元素都更加明显的缘故。但是,对于氢分子晶体结构的稳定性,零点能校正并没有明显的影响。4.由于氢分子晶体是分子晶体,所以范德华作用对于晶体内部分子间相互作用非常重要。所以我们采用VASP软件包中可用的范德华修正方法分别测试研究面心立方结构和六角密堆结构氢分子晶体的晶格常数,发现VASP软件包中现行可用的范德华修正方法都高估了氢分子晶体内部分子之间作用力,从而导致优化出更小的晶格常数。这说明现行可用的范德华修正方法都不适合用来描述氢分子晶体内分子间相互作用。5.我们采用从头算方法分别计算得出了六角密堆结构和面心立方结构氢分子晶体的弹性常数。分析所计算出来的弹性常数,这两种体系都符合应变能理论对结构稳定性的要求,说明这两种结构的氢分子晶体都是稳定存在的。这与实验中主要观察到这两种晶体结构的氢分子晶体的结果相一致。6.根据之前计算出的弹性常数,我们分别求解了面心立方结构和六角密堆结构氢分子晶体的三个力学模量:杨氏模量,剪切模量以及体弹模量。对比这两种不同结构晶体的这三种力学模量,我们发现面心立方结构氢分子晶体的抗挤压能力、抗剪切能力和抗形变能力都要比六角密堆结构氢分子晶体更强。也说明了在氢分子晶体这两种不同的晶体结构中,面心立方结构氢分子晶体稳定性更高,这与我们之前从结合能角度得出的结论一致,也与他人通过实验方法得出的结论一致。
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O733

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 丁先庚;;ICF用低温冷冻靶制备系统设计[J];低温与超导;2013年07期

2 关馨;吴保林;;ICF冷冻靶温度控制系统设计及仿真[J];计算机仿真;2013年01期

3 雷海乐;黎军;唐永建;师洪丽;刘元琼;;ICF平面低温冷冻靶系统的初步设计及应用[J];强激光与粒子束;2009年01期

4 杨晓虎;徐涵;田成林;银燕;卓红斌;;冷冻靶制备中辅助加热的理论和数值分析[J];强激光与粒子束;2008年08期

5 唐永建,蒋伟阳;ICF低温冷冻靶制备技术进展[J];强激光与粒子束;1998年01期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 代云雅;储氚钛中氦和氢的行为研究[D];电子科技大学;2014年

，

本文编号：1152834