НОВ МЕЖДУНАРОДЕН ПОТЕНЦИАЛ ЗА ИЗЧИСЛЯВАНЕ НА МЕХАНИЧНИТЕ И ТЕРМОДИНАМИЧНИТЕ СВОЙСТВА НА УРАНА В ШИРОК
Цена:
Автори на произведението:
Научно списание:
Година на издаване:
Текст на научната статия на тема „НОВ МЕЖАТОМЕН ПОТЕНЦИАЛ ЗА ИЗЧИСЛЯВАНЕ НА МЕХАНИЧНИТЕ И ТЕРМОДИНАМИЧНИТЕ СВОЙСТВА НА УРАНА В ШИРОКА ГАНДА НА НАЛЯГАНЕ И ТЕМПЕРАТУРА“
НОВ МЕЖАТОМЕН ПОТЕНЦИАЛ ЗА ИЗЧИСЛЯВАНЕ НА МЕХАНИЧНИТЕ И ТЕРМОДИНАМИЧНИТЕ СВОЙСТВА НА УРАНА В ШИРОКА ГАМА НА НАЛЯГАНИЯ И ТЕМПЕРАТУРИ
Предлага се нов потенциал за междуатомно взаимодействие за уран. Потенциалът е конструиран в рамките на вградения модел на атом. Стойностите на силите, енергиите и напреженията, получени от изчисленията ab initio, се използват като референтни данни за оптимизиране на потенциалните функции. Потенциалът се използва за изследване на свойствата на кристалните фази на урана. Установено е, че параметрите на решетката на α-фазата и γ-фазата, еластичните модули, изохората, кривата на "студено компресиране" и енергиите на образуване на свободни места са в добро съгласие с известните експериментални данни и резултатите от изчисленията в рамките на теорията на функционалността на плътността. Потенциалът дава възможност да се симулират фазови преходи от първи ред между у-уран и течност и между у-уран и а-уран. Точките на топене на уран при налягания до 80 GPa и температурата на фазовия преход между y-фазата и a-фазата при
3 GPa. За първи път беше проведено атомистично моделиране на фазовия преход между а-фазата и у-фазата на урана.
Ключови думи: уран, молекулярна динамика, потенциал за междуатомно взаимодействие, фазови преходи.
Известно е, че в реалния уран, в зависимост от условията, четири фази могат да бъдат стабилни: нискотемпературна орторомбична а-фаза (a-i), тетрагонална b-фаза f-C), bcc y-фаза (y-i) и течност. Кристалната структура a-i е схематично показана на фиг. 1. При Р = 0 GPa и
T = 935 K a-u преминава във фаза b-u, която съществува в много малък диапазон от налягания и температури и при 1045 K се превръща в y-u. При 1406 К настъпва топене.
Практически интерес представляват кристални модификации a- и y- и течен уран. Именно тези фази могат да бъдат включени в технологични процеси, свързани с използването на-
Фигура: 1. Схематично представяне на решетката на a-u фазата, y е безразмерният параметър на решетката, посочен по-долу във фракции от дължината на ръба b.
използване на ядрено гориво. Както беше отбелязано по-горе, в "експлоатационните условия" на ядрените инсталации горивните материали се нагряват и излагат на радиация, което води до образуване на дефекти, промени в структурата, механични и термофизични свойства и след това до разрушаване на веществото. За да се оценят възможните промени в якостта, е важно да можете да изчислите механичните и топлофизичните характеристики на главната горивна клетка, уран и да оцените ефекта на възникващите дефекти върху структурата на горивото.
Проблемът с изучаването на структурата и еластичните модули на кристалните фази на урана е многократно решаван чрез извършване на изчисления ab initio в рамките на теорията на функционалната плътност. Например в [5], използвайки т. Нар. „Пълен потенциал“, бяха изчислени параметрите на решетката a-U и бяха определени съответните константи на еластичност. По-късно C. Taylor [6] извършва ab initio изчисления на параметрите на решетката, атомния обем и еластичните модули на a-U и y-U фазите с псевдопотенциал, разработен за уран в [7]. Освен това в [6] беше получена стойността на енергията на образуване на вакантно място в a-U кристалната решетка. Xiang, Huang и Hsiung [8] също изчисляват свойствата на дефектите за системата уран - ниобий (включително единични свободни места в уран), използвайки псевдопотенциала. Резултатите от подробно разглеждане на възможни дефекти (вакантни места, интерстициални атоми) в кристалните фази на урана са представени в [9]. Тук в рамките на теорията за функционалността на плътността (използвайки псевдопотенциал) се изчисляват енергиите на образуване на вакантни места в кристалните фази на урана и йерархията на енергиите на формиране на възможни дефекти в y-U.