本發(fā)明涉及化學(xué)分析，具體涉及一種钚基類鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法。

背景技術(shù)：

1、當(dāng)前，混合氧化物材料（氧化鈾和氧化钚混合燃料，mixed?uranium?andplutonium?oxide?fuel，簡稱mox）是钚材料研究中的一種重要類型，其是钚循環(huán)利用、提高鈾資源利用率的重要核反應(yīng)堆燃料。但在钚氧化物的加工、生產(chǎn)和儲(chǔ)存過程中，不可避免地會(huì)引入ga、fe、v、cr、ni等常見過渡金屬元素。眾所周知，適當(dāng)?shù)倪^渡金屬的加入能改善和提高結(jié)構(gòu)體系的各種性能，因此，為了實(shí)現(xiàn)钚基材料的穩(wěn)定服役、長期儲(chǔ)存和非擴(kuò)散化目的，將其轉(zhuǎn)化為钚基陶瓷材料是一種有效的技術(shù)途徑。其中，類鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的pu- tm-o（tm=ti,v,?cr,?mn,?fe,?co,?ni,?cu,?zn...，簡寫為pu- tm-o）作為一類重要的钚基化合物，對(duì)于武器級(jí)钚和核反應(yīng)堆核燃料（mox）中钚的循環(huán)利用具有重要作用。因此，開展钚氧化物與雜質(zhì)元素形成的pu- tm-o體系的穩(wěn)定性研究，對(duì)于提升mox燃料的性能品質(zhì)、提高核反應(yīng)堆的使用效率和使用壽命具有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值，但是目前還沒有對(duì)pu-tm-o體系的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的判斷方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供了一種钚基類鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法。本發(fā)明提供的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法可準(zhǔn)確判定钚氧化物與雜質(zhì)元素形成的pu- tm-o體系的穩(wěn)定性。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：

3、本發(fā)明提供了一種钚基類鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法，包括以下步驟：

4、對(duì)钚基類鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，得到結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的钚基類鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)；

5、根據(jù)第一性原理，計(jì)算結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的钚基類鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)的晶體生成焓；

6、根據(jù)第一性原理，計(jì)算結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的钚基類鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)的彈性常數(shù) c ij，并根據(jù)彈性常數(shù)，判斷晶體結(jié)構(gòu)是否滿足born穩(wěn)定性準(zhǔn)則；

7、計(jì)算結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的钚基類鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)的聲子色散頻率，判斷是否所有聲子頻率均大于零；

8、若晶體生成焓小于零、滿足born穩(wěn)定性準(zhǔn)則且所有聲子頻率均大于零，則證明钚基類鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)為穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。

9、優(yōu)選地，所述結(jié)構(gòu)優(yōu)化時(shí)，钚基類鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)的原子受力標(biāo)準(zhǔn)為0.01?ev??-1，能量收斂標(biāo)準(zhǔn)為10-6ev?/atom，截?cái)嗄茉O(shè)置為520?ev，采用2π×0.03??-1的 k點(diǎn)網(wǎng)格；pu元素的5f電子的hubbard參數(shù)u設(shè)置為4ev。

10、優(yōu)選地，結(jié)構(gòu)優(yōu)化時(shí)，所述钚基類鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)的內(nèi)層芯電子由paw贗勢(shì)進(jìn)行描述；交換關(guān)聯(lián)泛函采用廣義梯度近似（gga）框架下的pbe泛函。

11、優(yōu)選地，所述計(jì)算結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的钚基類鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)的晶體生成焓時(shí)，钚基類鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)合成路徑按照式i進(jìn)行；晶體生成焓的計(jì)算公式按照式ii進(jìn)行；

12、式i；

13、式ii；

14、式i和式ii中，pu的空間群為fmm，o2是邊長為10?立方體盒子里的氧分子， tm為過渡金屬元素；

15、所述pu tmo3、pu、 tm、o2的能量通過自洽計(jì)算得到。

16、優(yōu)選地，所述過渡金屬元素包括mn、ti、v、cr、fe、co、ni、cu、zn或ga。

17、優(yōu)選地，所述計(jì)算結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的钚基類鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)的彈性常數(shù) c ij時(shí)，采用第一性原理中的應(yīng)力-應(yīng)變方法或者應(yīng)力-能量方法。

18、優(yōu)選地，所述計(jì)算結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的钚基類鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)的聲子色散頻率時(shí)，采用有限位移法或密度泛函微擾理論。

19、本發(fā)明提供了一種钚基類鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法，包括以下步驟：對(duì)钚基類鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，得到結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的钚基類鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)；根據(jù)第一性原理，計(jì)算結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的钚基類鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)的晶體生成焓；根據(jù)第一性原理，計(jì)算結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的钚基類鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)的彈性常數(shù) c ij，并根據(jù)彈性常數(shù)，判斷晶體結(jié)構(gòu)是否滿足born穩(wěn)定性準(zhǔn)則；計(jì)算結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的钚基類鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)的聲子色散頻率，判斷是否所有聲子頻率均大于零；若晶體生成焓小于零、滿足born穩(wěn)定性準(zhǔn)則且所有聲子頻率均大于零，則證明钚基類鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)為穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。本發(fā)明提供的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法可準(zhǔn)確判定钚氧化物與雜質(zhì)元素形成的pu- tm-o體系的穩(wěn)定性。

技術(shù)特征：

1.一種钚基類鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.如權(quán)利要求1所述的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法，其特征在于，所述結(jié)構(gòu)優(yōu)化時(shí)，钚基類鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)的原子受力標(biāo)準(zhǔn)為0.01?ev??-1，能量收斂標(biāo)準(zhǔn)為10-6?ev?/atom，截?cái)嗄茉O(shè)置為520?ev，采用2π×0.03??-1的k點(diǎn)網(wǎng)格；pu元素的5f電子的hubbard參數(shù)u設(shè)置為4ev。

3.如權(quán)利要求1所述的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法，其特征在于，結(jié)構(gòu)優(yōu)化時(shí)，所述钚基類鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)的內(nèi)層芯電子由paw贗勢(shì)進(jìn)行描述；交換關(guān)聯(lián)泛函采用廣義梯度近似（gga）框架下的pbe泛函。

4.如權(quán)利要求1所述的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法，其特征在于，所述計(jì)算結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的钚基類鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)的晶體生成焓時(shí)，钚基類鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)合成路徑按照式i進(jìn)行；晶體生成焓的計(jì)算公式按照式ii進(jìn)行；

5.如權(quán)利要求4所述的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法，其特征在于，所述過渡金屬元素包括mn、ti、v、cr、fe、co、ni、cu、zn或ga。

6.如權(quán)利要求1所述的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法，其特征在于，所述計(jì)算結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的钚基類鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)的彈性常數(shù)cij時(shí)，采用第一性原理中的應(yīng)力-應(yīng)變方法或者應(yīng)力-能量方法。

7.如權(quán)利要求1所述的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法，其特征在于，所述計(jì)算結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的钚基類鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)的聲子色散頻率時(shí)，采用有限位移法或密度泛函微擾理論。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及化學(xué)分析技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種钚基類鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法。本發(fā)明的評(píng)價(jià)方法，包括以下步驟：對(duì)钚基類鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化；根據(jù)第一性原理，計(jì)算結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的钚基類鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)的晶體生成焓；根據(jù)第一性原理，計(jì)算結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的钚基類鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)的彈性常數(shù)C<subgt;ij</subgt;，根據(jù)彈性常數(shù)，判斷晶體結(jié)構(gòu)是否滿足Born穩(wěn)定性準(zhǔn)則；計(jì)算結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的钚基類鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)的聲子色散頻率，判斷是否所有聲子頻率均大于零；若晶體生成焓小于零、滿足Born穩(wěn)定性準(zhǔn)則且所有聲子頻率均大于零，則證明钚基類鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)為穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。該穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法可準(zhǔn)確判定钚氧化物與雜質(zhì)元素形成的Pu?TM?O體系的穩(wěn)定性。

技術(shù)研發(fā)人員：王金濤,蔣澤鑫,周銳,方義林,王濤,郭婉肖,杭貴云,李唯一
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國人民解放軍火箭軍工程大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19