铀硅化合物微观结构及性质的理论研究

发布时间：2024-02-25 21:23

　　我国以煤碳为主的能源结构客观造成了阻碍我国工业健康发展的环境污染问题。解决经济发展和环境的冲突的重要手段是开发清洁能源。其中,核能源是目前公认的重要选项。硅化铀系列化合物是一种重要的非氧化型陶瓷核燃料,硅化铀系列核燃料因其有潜力用于下一代反应堆而受到广泛关注。U3Si相比于传统的氧化型核燃料具备较高铀元素核密度和超高的热导率等显著优点。要大规模地将铀硅燃料运用于商业反应堆中还有一些问题需要解决,比如目前关于铀硅体系微观结构的研究还不够充分,特别是关于铀硅体系中的缺陷结构和裂变产物的稳定性亟待从理论上深入探讨,而这两者对于了解核燃料的服役行为又有着重要意义。本文基于第一性原理中的广义梯度近似DFT-GGA,系统地研究了硅化铀系列核燃料的微观结构及性质。计算了铀硅体系中四种化合物(β-U3Si、γ-U3Si、α-U3Si和β-USi2)的晶胞参数、电子能带结构及缺陷形成能,讨论了各种燃料缺陷结构和裂变产物对燃料基体的影响。通过计算裂变产物的结合能,研究了固体裂变产物原子(锶、钡、铈和钕)更加趋于占据哪种缺陷位。主要结果与结论如下:(1)计算所得的晶胞参数和体模量与实验值吻合得很好。通过比较...

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【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 核能与核燃料
    1.2 国内外研究现状
    1.3 研究思想和研究内容
2 核燃料缺陷结构研究的相关理论
    2.1 核燃料结构缺陷的基本研究方法
        2.1.1 核燃料的辐照实验
        2.1.2 核燃料中的缺陷结构
        2.1.3 缺陷形成能的计算方法
    2.2 理论计算原理及方法
        2.2.1 密度泛函理论简介
        2.2.2 交换关联泛函
        2.2.3 电子结构的自洽计算
    2.3 相关计算软件
        2.3.1 VASP简介
        2.3.2 CASTEP软件包
    2.4 本章小结
3 铀硅系列化合物的微观结构及性质
    3.1 计算模型与参数设置
    3.2 铀硅体系的微观性质
        3.2.1 晶胞参数的DFT+U计算
        3.2.2 铀硅体系的晶胞参数
        3.2.3 铀硅体系的电子结构
    3.3 铀硅化合物的形成能
    3.4 本章小结
4 缺陷结构及其对燃料基体的影响
    4.1 硅化铀体系中的点缺陷
        4.1.1 超胞大小对缺陷形成能的影响
        4.1.2 硅化铀中的缺陷形成能
        4.1.3 U3Si5的形成原因及分析
        4.1.4 不同基体中的缺陷形成能
        4.1.5 与其它燃料基体的比较
    4.2 缺陷对晶胞的影响
        4.2.1 缺陷对晶胞体积的影响
        4.2.2 与其它燃料基体的比较
    4.3 本章小结
5 硅化铀燃料基体中的裂变产物
    5.1 裂变产物的结合能
        5.1.1 结合能的计算方法
        5.1.2 裂变产物稳定性规律
        5.1.3 与其它燃料基体的比较
    5.2 裂变产物的溶解能
    5.3 裂变产物对晶胞的影响
    5.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢



本文编号：3910870