本文選題：硼硅酸鹽玻璃　切入點(diǎn)：分子動力學(xué)　出處：《物理學(xué)報》2017年10期 　論文類型：期刊論文

【摘要】：鈉硼硅酸鹽玻璃作為高放射廢物玻璃固化體的候選材料之一,已有大量實(shí)驗(yàn)對該類玻璃開展了電子或重離子的輻照效應(yīng)研究.然而,在理論計(jì)算與模擬方面的工作卻很少,目前主要集中于重離子的輻照效應(yīng),對電子的輻照效應(yīng)的模擬尚未見報道.本文利用分子動力學(xué)工具提出一種新的方法,以實(shí)現(xiàn)對電子輻照誘導(dǎo)的玻璃結(jié)構(gòu)演化進(jìn)行模擬.該方法基于實(shí)驗(yàn)中玻璃的結(jié)構(gòu)變化特點(diǎn),即實(shí)驗(yàn)中的拉曼結(jié)果已經(jīng)證實(shí):在大劑量的電子輻照后的玻璃中存在分子氧的事實(shí),由于這些分子氧不會與其他粒子發(fā)生相互作用,因而可以通過從體系中逐步地移除一定數(shù)量氧原子的方式,以達(dá)到模擬大劑量電子輻照的情形,進(jìn)而得到電子輻照后的玻璃的結(jié)構(gòu)信息.模擬結(jié)果顯示:隨著移除氧原子的數(shù)量增加,玻璃中的Si—O—Si平均鍵角逐漸減小;而且玻璃中的小環(huán)數(shù)量會因氧的逐漸減少而逐漸增加;玻璃中部分[BO4]結(jié)構(gòu)會轉(zhuǎn)變?yōu)閇BO3]結(jié)構(gòu),最終這種轉(zhuǎn)變會達(dá)到飽和;大量移除氧之后,玻璃中的鈉元素也出現(xiàn)明顯的相分離.這些模擬輻照的玻璃結(jié)構(gòu)特性能較好地與實(shí)驗(yàn)中的硼硅酸鹽玻璃電子輻照誘導(dǎo)的結(jié)構(gòu)變化符合.因此,本文提出的方法有望為通過分子動力學(xué)模擬硼硅酸鹽玻璃的電子輻照效應(yīng)提供新思路.
[Abstract]:Sodium borosilicate glass is one of the candidate materials for high radiation waste glass solidification. A large number of experiments have been carried out to study the effects of electron or heavy ion irradiation on this kind of glass. However, little work has been done in theoretical calculation and simulation. At present, it is mainly focused on the irradiation effect of heavy ions, but the simulation of electron irradiation effect has not been reported. In this paper, a new method is proposed by using molecular dynamics tools. In order to simulate the evolution of glass structure induced by electron irradiation, this method is based on the structural characteristics of glass in the experiment, that is, the Raman results in the experiment have proved that there is molecular oxygen in the glass irradiated by large doses of electrons. Because these molecular oxygen do not interact with other particles, it is possible to simulate large doses of electron irradiation by gradually removing a certain number of oxygen atoms from the system. The simulation results show that the average bond angle of Si-O-Si decreases with the increase of the number of oxygen atoms removed, and the number of small rings in the glass increases with the decrease of oxygen. Part of the [BO4] structure in the glass changes to the [BO3] structure, which eventually reaches saturation; after a lot of oxygen removal, The phase separation of sodium elements in glass is also obvious. The special properties of these simulated irradiated glasses are in good agreement with the structural changes induced by electron irradiation of borosilicate glasses in the experiment. The method proposed in this paper is expected to provide a new idea for simulating the electron irradiation effect of borosilicate glass by molecular dynamics.
【作者單位】： 蘭州大學(xué)核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院;蘭州大學(xué)特殊功能材料與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;
【基金】：國家自然科學(xué)基金(批準(zhǔn)號:11505085,11505084) 中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金(批準(zhǔn)號:lzujbky-2015-68,lzujbky-2016-37)資助的課題~~
【分類號】：TQ171.1

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