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第一性原理研究Zr的掺杂对Xe在UO2中溶解能力的影响

张仲 王欢 王开元 安欢 刘彪 伍建春 邹宇

第一性原理研究Zr的掺杂对Xe在UO2中溶解能力的影响

张仲, 王欢, 王开元, 安欢, 刘彪, 伍建春, 邹宇
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  • Zr既是反应堆中核燃料组件的包壳材料,也是核燃料UO2的一种裂变产物,不可避免地会掺杂到UO2中,对其性质等产生一定的影响.本文通过第一性原理密度泛函理论计算,研究了Zr掺杂所引起的Xe在UO2中溶解能力的变化.首先应用引入Hubbard U修正的广义梯度近似密度泛函计算了U,O间隙和空位缺陷的形成能,结果与文献值符合,验证了计算方法的可靠性.在此基础上对Zr掺杂后空位缺陷的形成能及Xe吸附到空位缺陷所需的结合能的变化情况进行了研究.结果表明,Zr的掺杂会增加空位缺陷的形成能,减小大部分Xe吸附的结合能,且空位缺陷形成能的变化量普遍更大,从而在整体上增加了Xe在UO2中的溶解能.说明在UO2中,Zr掺杂主要是通过增加缺陷的形成难度而减弱了Xe在其中的溶解能力.
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出版历程
  • 收稿日期:  2017-08-18
  • 修回日期:  2017-12-07
  • 刊出日期:  2018-02-20

第一性原理研究Zr的掺杂对Xe在UO2中溶解能力的影响

    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号:11405111,11205107)资助的课题.

摘要: Zr既是反应堆中核燃料组件的包壳材料,也是核燃料UO2的一种裂变产物,不可避免地会掺杂到UO2中,对其性质等产生一定的影响.本文通过第一性原理密度泛函理论计算,研究了Zr掺杂所引起的Xe在UO2中溶解能力的变化.首先应用引入Hubbard U修正的广义梯度近似密度泛函计算了U,O间隙和空位缺陷的形成能,结果与文献值符合,验证了计算方法的可靠性.在此基础上对Zr掺杂后空位缺陷的形成能及Xe吸附到空位缺陷所需的结合能的变化情况进行了研究.结果表明,Zr的掺杂会增加空位缺陷的形成能,减小大部分Xe吸附的结合能,且空位缺陷形成能的变化量普遍更大,从而在整体上增加了Xe在UO2中的溶解能.说明在UO2中,Zr掺杂主要是通过增加缺陷的形成难度而减弱了Xe在其中的溶解能力.

English Abstract

参考文献 (25)

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