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锕系碳化物和氟化物材料的电子结构和成键特性的理论研究

发布时间:2021-01-27 20:50
  随着生产、生活对能源需求的不断增长,核能作为具有多种优势的清洁能源,正受到越来越多的关注。相对于煤、石油等化石燃料能源,核裂变能具有以下优点:(1)燃料体积小,可释放能量大;(2)安全性强;(3)不会释放二氧化硫和氧化氮等有害气体,污染小。核燃料中的可裂变元素主要有235U,232Th(增殖到233U后裂变)和239Pu。中科院上海应用物理研究所承担了中科院钍基熔盐堆(TMSR)先导专项。熔盐堆发展了两种堆型:固态燃料熔盐堆与液态燃料熔盐堆,分别使用:多层包覆TRISO燃料(tristructural isotropic particles)和液态核燃料(熔解在冷却剂熔融盐中的锕系氟化物燃料)。基于密度泛函理论,本论文运用多种模拟计算软件,研究了上述两种燃料的微观结构与关键性质。本论文的主要内容包括三个方面:1.钍基碳化物燃料(一碳化钍)的缺陷稳定性;2.钍基碳化物燃料(二碳化钍)的微观电子结构;3.锕系氟化物AnF4(An=Th-Cm)中An-F的成键特性研究。本论文采用密度泛函理论研究了新型钍基核燃料(一碳化钍)的弹性性质和缺陷稳定性。理论计算得到的一碳化钍的电子结构和弹性性质与实... 

【文章来源】:中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所)上海市

【文章页数】:116 页

【学位级别】:博士

【部分图文】:

锕系碳化物和氟化物材料的电子结构和成键特性的理论研究


5d,4f,和5f金属的Wigner-Seitz半径随原子序数的变化图

相图,压强,相图,锕系元素


1.3. 钚金属相对于压强和温度的三维相图。图来自文献[素的应用素具有毒性和放射性,它的非核能应用领域非常有限。最(或核武器)中,通过锕系元素核裂变释放能量。如图 用到的 TRISO 燃料球的结构示意图。燃料核芯中的核燃碳化物,氮化物等类型,其中应用最多的是锕系氧化物。分为铀基和钍基两类,而目前应用最广的是铀基核燃料。释放出来的能量是非常巨大的,例如一个235U 原子核裂00MeV,每克235U 完全裂变大约能产生 8.0×107kJ 的能量燃烧时所放出的能量。但由于钍在地壳中的储藏量是铀的变核能目前正受到越来越多的关注。素核裂变会放出中子和 γ 射线等核素,使得锕系元素的另

燃料球,结构示意图


图 1.4. TRISO 燃料球结构示意图锕系元素在空间技术、气象学、生物学和医学方面,都有着实际和潜在的应用价值。如利用238Pu 裂变能作为能源,使用转换装置将能量转换为电能,可将238Pu 用于地面的电源系统中,例如海底电缆的增音器,航海浮标或者遥控转播电台的电源。在空间方面,也已经发射了几颗装有用238Pu 作为燃料的放射性核素热电转换电池的导航和气象地球卫星。在生物医学方面,238Pu 已用作心脏起搏器和人造器官如心脏和肾脏中的功能单元。通常用的化学电池起搏器的寿命少于 2 年,而238Pu 作能源的核动力起搏器的寿命远超过 10 年,因此减少了患者更换起搏器电源的痛苦。1.3 核燃料中的含锕系元素化合物反应堆运行时,燃料元件中的核燃料发生裂变,产生热量然后通过冷却剂将

【参考文献】:
期刊论文
[1]Phase transition and thermodynamic properties of ThO2 : Quasi-harmonic approximation calculations and anharmonic effects[J]. 李强,杨俊升,黄多辉,曹启龙,王藩侯.  Chinese Physics B. 2014(01)
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[3]未来先进核裂变能——TMSR核能系统[J]. 江绵恒,徐洪杰,戴志敏.  中国科学院院刊. 2012(03)
[4]The structural and spectroscopic properties for uranium oxides[J]. 李鹏,贾婷婷,高涛,李赣.  Chinese Physics B. 2012(04)



本文编号:3003710

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