【摘 要】
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熔盐堆（MSR）作为第四代核反应堆候选堆型之一,使用氟化物熔盐作为核燃料载体和冷却剂。氟化物熔盐独特的热物理化学性质使得MSR在许多方面具有优势。ZrF4是MSR常采用的熔盐,因为ZrF4具有较高的熔点,不宜直接作为冷却剂使用,通常加入一种或多种碱金属氟化盐制得混合熔盐作为冷却剂。熔盐结构的变化决定了其物理化学性质的变化规律。因此,含ZrF4与碱金属氟化物混合熔盐的结构成为了熔盐能否在熔盐反应堆回
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熔盐堆（MSR）作为第四代核反应堆候选堆型之一,使用氟化物熔盐作为核燃料载体和冷却剂。氟化物熔盐独特的热物理化学性质使得MSR在许多方面具有优势。ZrF4是MSR常采用的熔盐,因为ZrF4具有较高的熔点,不宜直接作为冷却剂使用,通常加入一种或多种碱金属氟化盐制得混合熔盐作为冷却剂。熔盐结构的变化决定了其物理化学性质的变化规律。因此,含ZrF4与碱金属氟化物混合熔盐的结构成为了熔盐能否在熔盐反应堆回路中顺利运行的重要因素。本论文采用量子化学模拟计算软件Gaussian 09W中的密度泛函理论B3LYP方法和Lanl2dz基组,对MnZrF（4+n）（M=Li、Na、K,n=4-8）团簇进行结构优化及Raman光谱计算;并对MF-ZrF4（M=Li、Na、K）和FLiNaK-ZrF4体系进行Raman光谱研究,结合量子化学计算结果,探讨了 MF-ZrF4（M=Li、Na、K）体系中离子团的相互转化规律以及各离子团的结构性质随温度及熔盐组成的变化规律。研究结果表明:随着Zr配位数的增大,MnZrF（4+n）（M=Li、Na、K,n=4-8）团簇的Raman特征峰频率逐渐降低;三种不同阳离子形成基团的特征峰峰位差异不大,阳离子半径越大,特征峰频率越低;随着Zr配位数的增加,不同阳离子之间的特征峰频率之间的差减小。MF-ZrF4（M=Li、Na、K）及 FLiNaK-ZrF4体系中存在着 ZrF84-、ZrF73-、ZrF62-、ZrF5-结构体,高温下,体系中出现Zr2F113-、Zr2F135-和Zr3F208-的络合离子团;随着温度的升高,体系中的ZrF73-形成链状“氟桥”,导致ZrF73-的相对含量减少,温度进一步升高后,“氟桥”结构断裂,生成ZrF84-、ZrF62-、ZrF5-络合离子团,这导致体系中ZrF84-、ZrF62-、ZrF5-的相对含量增加。在MF-ZrF4（M=Li、Na、K）体系中,当ZrF4含量一定时,随着温度的升高,ZrF84-、ZrF73-、ZrF62-、ZrF5-四种络合离子团变得松散;保持温度恒定,随着ZrF4含量的增加,ZrF84-、ZrF73-、ZrF62-、ZrF5-四种络合离子团变得不稳定。本论文研究结果对MF-ZrF4（M=Li、Na、K）体系的物理化学性质研究具有指导意义,为后续熔盐反应堆的设计提供了参考。
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