我國以煤碳為主的能源結(jié)構(gòu)客觀造成了阻礙我國工業(yè)健康發(fā)展的環(huán)境污染問題。解決經(jīng)濟發(fā)展和環(huán)境的沖突的重要手段是開發(fā)清潔能源。其中,核能源是目前公認的重要選項。硅化鈾系列化合物是一種重要的非氧化型陶瓷核燃料,硅化鈾系列核燃料因其有潛力用于下一代反應堆而受到廣泛關注。U3Si相比于傳統(tǒng)的氧化型核燃料具備較高鈾元素核密度和超高的熱導率等顯著優(yōu)點。要大規(guī)模地將鈾硅燃料運用于商業(yè)反應堆中還有一些問題需要解決,比如目前關于鈾硅體系微觀結(jié)構(gòu)的研究還不夠充分,特別是關于鈾硅體系中的缺陷結(jié)構(gòu)和裂變產(chǎn)物的穩(wěn)定性亟待從理論上深入探討,而這兩者對于了解核燃料的服役行為又有著重要意義。本文基于第一性原理中的廣義梯度近似DFT-GGA,系統(tǒng)地研究了硅化鈾系列核燃料的微觀結(jié)構(gòu)及性質(zhì)。計算了鈾硅體系中四種化合物(β-U3Si、γ-U3Si、α-U3Si和β-USi2)的晶胞參數(shù)、電子能帶結(jié)構(gòu)及缺陷形成能,討論了各種燃料缺陷結(jié)構(gòu)和裂變產(chǎn)物對燃料基體的影響。通過計算裂變產(chǎn)物的結(jié)合能,研究了固體裂變產(chǎn)物原子(鍶、鋇、鈰和釹)更加趨于占據(jù)哪種缺陷位。主要結(jié)果與結(jié)論如下:(1)計算所得的晶胞參數(shù)和體模量與實驗值吻合得很好。通過比較...

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【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 核能與核燃料
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
    1.3 研究思想和研究內(nèi)容
2 核燃料缺陷結(jié)構(gòu)研究的相關理論
    2.1 核燃料結(jié)構(gòu)缺陷的基本研究方法
        2.1.1 核燃料的輻照實驗
        2.1.2 核燃料中的缺陷結(jié)構(gòu)
        2.1.3 缺陷形成能的計算方法
    2.2 理論計算原理及方法
        2.2.1 密度泛函理論簡介
        2.2.2 交換關聯(lián)泛函
        2.2.3 電子結(jié)構(gòu)的自洽計算
    2.3 相關計算軟件
        2.3.1 VASP簡介
        2.3.2 CASTEP軟件包
    2.4 本章小結(jié)
3 鈾硅系列化合物的微觀結(jié)構(gòu)及性質(zhì)
    3.1 計算模型與參數(shù)設置
    3.2 鈾硅體系的微觀性質(zhì)
        3.2.1 晶胞參數(shù)的DFT+U計算
        3.2.2 鈾硅體系的晶胞參數(shù)
        3.2.3 鈾硅體系的電子結(jié)構(gòu)
    3.3 鈾硅化合物的形成能
    3.4 本章小結(jié)
4 缺陷結(jié)構(gòu)及其對燃料基體的影響
    4.1 硅化鈾體系中的點缺陷
        4.1.1 超胞大小對缺陷形成能的影響
        4.1.2 硅化鈾中的缺陷形成能
        4.1.3 U3Si5的形成原因及分析
        4.1.4 不同基體中的缺陷形成能
        4.1.5 與其它燃料基體的比較
    4.2 缺陷對晶胞的影響
        4.2.1 缺陷對晶胞體積的影響
        4.2.2 與其它燃料基體的比較
    4.3 本章小結(jié)
5 硅化鈾燃料基體中的裂變產(chǎn)物
    5.1 裂變產(chǎn)物的結(jié)合能
        5.1.1 結(jié)合能的計算方法
        5.1.2 裂變產(chǎn)物穩(wěn)定性規(guī)律
        5.1.3 與其它燃料基體的比較
    5.2 裂變產(chǎn)物的溶解能
    5.3 裂變產(chǎn)物對晶胞的影響
    5.4 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻
攻讀碩士學位期間發(fā)表學術論文情況
致謝



本文編號：3910870