【摘 要】
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惰性气体(He,Ne,Ar,K,Xe)是核燃料中常见的裂变产物,它们在核燃料中倾向于聚集成气泡导致燃料颗粒肿胀影响其性能.二氧化钍是第4 代核反应堆中极具应用前景的新型陶瓷核
【机 构】
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中国科学院上海应用物理研究所,上海市嘉罗公路2019号201800
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惰性气体(He,Ne,Ar,K,Xe)是核燃料中常见的裂变产物,它们在核燃料中倾向于聚集成气泡导致燃料颗粒肿胀影响其性能.二氧化钍是第4 代核反应堆中极具应用前景的新型陶瓷核燃料.反应堆的运行环境下,惰性气体会在二氧化钍晶体中聚集和生长.其动力学过程的研究需要更加精密的密度泛函理论的电子结构数据.我们采用第一性原理方法研究了惰性气体原子在二氧化钍中间隙位和肖特基空位的形成能量.惰性气体原子在间隙位的掺入能随着原子体积而增大(从氦的0.75 eV 到氙的9.94 eV),这与惰性气体在间隙位产生的应变力相关,因而体积较大的惰性气体原子很难存在于间隙位.当惰性气体原子并入肖特基空位,更低的缺陷能量表明惰性气体原子与肖特基缺陷有较强的结合,这是由于在空腔中应变力得到了释放.同时,我们发现氪(Kr)和氙(Xe)原子并入肖特基缺陷的结合能大于肖特基缺陷自身在晶体中的形成能,说明晶体中存在氪和氙这样较大的惰性气体原子时,肖特基缺陷结构更易形成.
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