水蒸气分子在金属钚表面吸附的量子力学计算

采用密度泛函理论（B3LYP）方法，钚原子采用相对论有效原子实势（RECP）SDD基组，氢、氧原子采用aug-cc-pVTZ全电子基组，优化了PuO₂的分子结构，得到了相应的平衡几何构型。同时优化了Pu-H₂O的4个稳定异构体。比较能量发现水分子易于解离，从而与Pu形成更稳定的结构。由于Pu与O原子的电负性相差很大易发生电荷转移，分子的稳定性主要源于Pu-O之间的相互作用。根据电子-振动近似理论，计算了不同温度下金属Pu与H₂O吸附与解离反应的生成热力学函数。计算表明，即使在低温下，H₂O蒸汽分子也无法在金属钚表面形成分子吸附，相反，在金属钚表面水分子的解离可自发进行。     

蒙特卡罗模拟人工自旋冰的退磁过程

近年来,人工自旋冰(Artificial spin ice,ASI)因具有潜在的应用价值以及理论研究价值而倍受关注,成为磁学领域的研究热点之一。以往的研究集中在Square和Kagome两种晶格结构,由于能量势垒和阻挫的大量存在,实验上难以通过退磁等方法达到其内部相互作用决定的能量基态。本文基于Kagome晶格结构提出了一种新的人工自旋冰结构,并基于蒙特卡罗模拟了三种不同的退磁方法对体系能量的影响。结果表明,退磁过程中旋转磁场方向可更有效地降低体系能量,并诱导多种磁结构的出现。     

200 GeV极化质子对撞产物π0单自旋不对称性

为了解核子自旋结构函数,本文研究了极化质子碰撞过程中介子产物π⁰粒子的单自旋不对称。RHIC/PHENIX Run8数据横动量p_T覆盖范围为1～7 GeV/c,由于质心能量和极化度的大幅提高,其π⁰单自旋不对称度较Run2数据的小3个数量级。π⁰单自旋不对称度随能量和极化度的提高而下降的现象表明胶子Sivers分布得到进一步紧缩,为pQCD的预测结果提供了新的证据。     

Wien2k电子结构计算程序及其部分应用

近年来,基于密度泛函理论的第一性原理计算方法得到了很大的发展,并被广泛应用。第一性原理的Wien2k程序用于计算键能和态密度,电子密度和自旋密度,电场梯度,超精细场,自旋极化,自旋-轨道耦合,费米面等。根据扰动角关联和角分布、β-NMR和β-NQR研究材料微观结构、磁性和电性需要计算材料的电场梯度、超精细场、自旋极化,引进了Wien2k程序。Wien2k是由Fortran90语言编写的,在UNIX系统中运行。采用Wien2k正在计算LaFeO纳米磁性材料的电场梯度和超精细场。Wien2k电子结构计算程序及其部分应用@杜恩鹏 @郑永男 @周冬梅 @袁大…     

^54Mn核的高自旋态研究

本工作研究^54Mn核的高自旋态。实验在中国原子能科学研究院的HI-13串列加速器上完成的，通过重离子熔合蒸发反应^12C＋^48Ti布居^54Mn核的高自旋态。实验中，^48Ti靶的厚度为1.5mg／cm^2，铅衬底为厚度20mg／cm^2。为了测量激发函数，束流能量分别选择从55-85MeV之间的7个能量点。     

肼衍生物与Pu（IV）的氧化还原反应定量构效关系研究

钚是最重要的放射性核素之一,Pu(IV)与有机还原的的氧化还原反应一直是核燃料后处理研究的重点之一。通过肼衍生物结构与Pu(IV)还原速率之间构效关系的研究,获得其关键影响因素,为镎钚分离提供关键数据及研究方向指引。采用密度泛函B3LYP方法和6-311+(3d,3p)基组对11种肼衍生物进行了几何优化和能量计算,获得了其最稳定构型。并利用HyperChem软件包计算优化后的分子的疏水性参数等结构描述符。运用数学统计软件SPSS对相应的物理化学参数进行相关性分析及逐步回归分析,最终得到具有良好相关性的构效关系(Quantitative structure-activity relationships, QSAR)方程。方程表明,疏水性参数是影响肼衍生物对Pu(IV)还原速率的主要因素,且与Pu(IV)还原速率呈负相关。     

肼衍生物与Pu(Ⅳ)的氧化还原反应定量构效关系研究

钚是最重要的放射性核素之一,Pu(IV)与有机还原的的氧化还原反应一直是核燃料后处理研究的重点之一。通过肼衍生物结构与Pu(IV)还原速率之间构效关系的研究,获得其关键影响因素,为镎钚分离提供关键数据及研究方向指引。采用密度泛函B3LYP方法和6-311+(3d,3p)基组对11种肼衍生物进行了几何优化和能量计算,获得了其最稳定构型。并利用Hyper Chem软件包计算优化后的分子的疏水性参数等结构描述符。运用数学统计软件SPSS对相应的物理化学参数进行相关性分析及逐步回归分析,最终得到具有良好相关性的构效关系(Quantitative structure-activity relationships,QSAR)方程。方程表明,疏水性参数是影响肼衍生物对Pu(IV)还原速率的主要因素,且与Pu(IV)还原速率呈负相关。     

^106Ag高自旋态研究

A≈110区原子核高自旋态表现出许多非常有趣的核结构现象。如单粒子运动与集体转动,形状共存与演变,磁转动,特别是最近理论与实验上都证实了这一核区还存在手征二重带。为了开展这方面的系统研究,我们对106Ag的高自旋态进行了实验研究。 实验在中国原子能科学研究院的HI-13串列加速器上进行。通过重离子熔合蒸发反应100Mo(11B,5n)106Ag来布居106Ag的高自旋态,11B束流能量为60 MeV,100Mo靶厚2.5 mg/cm2,并带有11 mg/cm2的铅底衬。剩余核退激产生的γ射线由14台HPGe-BGO反康谱仪进行γ-γ符合测量,共记录了134×106 个二重γ-γ符合事…     

不同级钚材料的衰变放热功率计算分析

钚材料中放射性核素会不断衰变并释放能量,改变钚材料及周围部件的温度。为研究不同级钚材料在其整装存储及运输过程中衰变放热功率随时间的变化规律,依据不同级钚材料的放射性核素组分,在分析核素级联衰变规律的基础上,并在物理模型中考虑衰变时的能量分支比,计算得到了武器级钚、反应堆级和混合级钚材料中各核素的衰变放热功率和总热功率随时间的演变规律。计算结果表明,1 kg不同级的钚材料,其衰变放热功率最大的是混合级钚,放热最少的是武器级钚;武器级钚材料衰变放热功率主要来自于~(239)Pu,而反应堆级与混合级钚材料的衰变放热功率主要来自于~(241)Pu和~(238)Pu。三种不同级钚材料中,~(242)Pu的衰变放热功率均很小。考虑能量分支比后,可更准确地计算给出钚材料的衰变热功率。     

中能重离子碰撞中的自旋轨道耦合

核的自旋轨道相互作用对解释原子核的幻数和壳结构十分重要。然而,一直以来,它只在核结构领域被广泛研究,在核反应过程中的效应通常被忽略。本文总结了近期第一次在描述中能重离子碰撞的IBUU(Isospin-dependent Boltzmann-Uehling-Uhlenbeck)输运模型中引入核子的自旋自由度和核自旋轨道相互作用所产生的自旋相关平均场势的研究工作。我们发现,可以利用横向自旋差分流来研究核自旋轨道耦合,中质子的自旋差分流之差可以用来研究自旋轨道耦合的同位旋依赖性,而不同束流能量下高横向动量的自旋差分流则可以用来提取自旋轨道耦合的密度依赖性。中能重离子碰撞在不久的将来有望成为研究核自旋轨道相互作用的另一条有效途径。     

钚自辐照老化过程中氦效应理论研究进展

钚因放射性衰变而出现自辐照老化效应。钚中氦行为是理解钚自辐照老化效应的一个基础和前提。运用分子动力学模拟技术，计算研究了钚中缺陷行为、氦与缺陷的相互作用、氦泡的初始形核过程、氦泡的长大过程以及氦泡对钚材料宏观性能的影响等。其中，钚-钚、钚-氦和氦-氦相互作用势分别采用修正嵌入原子多体势（modifiedembeddedatommethod，MEAM）、Morse对势和Lennard-Jones对势。主要的计算结果表明，氦原子与空位的结合能较大，在钚的自辐照过程中，两者易于结合并形成氦-空位团簇，成为氦泡的前驱体；氦泡可通过冲出位错环的机制而长大；氦泡的压力在GPa量级，且氦泡引起的基体膨胀很小。     

硼氢化物(B2Hn)(n=1~6)电子特性的动力学研究

采用密度泛函(DFT)B3P86方法,结合Dunning的相关一致三重基cc-pVTZ,优化计算硼氢化物 (B₂H_n) (n=1~6)可能的几何构型,得出最稳定结构的几何参数、电子结构和振动频率等参数,给出了最稳定结构的总能量(E_T)、结合能(E_BT)、平均结合能(E_av)、电离势(E_IP)、能隙(E_g)、费米能级(E_F)和氢原子差分吸附能(E_diff)等。结果表明,硼氢化物基态稳定结构的电子态分别为：n为奇数时为双重态2A,n为偶数时为单重态1A。由于B原子属于缺电子原子,能与等电子原子H化合,通过桥键形成多中心键的氢化物,优化计算发现,硼氢化物最稳定结构都存在桥键,且n为奇数的桥键作用比相邻偶数的强。通过分析最稳定结构的电子特性发现,B₂H_n(n=1~6)中B₂H₆的电离势和能隙最大,桥键比端键长,红外光谱强度最大,说明该硼氢化物最稳定,且其氢原子差分吸附能最大,储氢性能相对最好。     

核形状量子相变与微观sdIBM-(F)—max的势能曲面

通过用两种激发模式对原子核复杂能谱的良好再现,揭示出对激发模式相变的一种新理解：由于退激发解除了原有激发模式基准态结构及其在能量上的优势,高有序基准态释放结构能,同时引发低能激发模式基准态结构的重构,实现了新旧激发模式基准态的过渡。这种以改变价核子间耦合强度方式实现的基准态过渡,是转动驱动量子相变的动力学基础,从微观上看比较温和。本工作结果得到Bohr集体模型势能曲面理论的支持,两者相得益彰。     

Si原子在CeO2(111)表面吸附与迁移的第一性原理研究

为探究Si原子在CeO₂(111)表面吸附的微观行为，采用第一性原理的方法研究了Si原子在CeO₂(111)表面的吸附作用、电子结构和迁移过程，计算了Si原子在CeO₂(111)表面的吸附能，最稳定及次稳定吸附位置的电子态密度与电荷密度分布、迁移激活能。计算结果表明：Si原子最易吸附于基底表层的O原子上，其中O桥位（O_bri）吸附作用最强，O顶位（O_t）和O三度位（O_h）吸附强度次之。Si原子仅对其最邻近的表层O原子结构影响较大，这与Si原子及其最邻近的O原子间电荷密度重叠程度增强的结果一致。Si原子最易围绕着O_t位从O_bri位向O_h位迁移，迁移所需激活能为0.849 eV。     

A study of a hydrogen atom in a two-dimensional quantum well

A feature of a hydrogen atom confined in a two-dimensional quantum well in the presence of an electric field is investigated. The binding energy of the confined hydrogen atom is calculated as a function of the confined potential radius and as a function of the intensity of an applied electric field. It is shown that the binding energy and the oscillator strength of the confined hydrogen atom are highly dependent on the confined potential radius and the intensity of an applied electric field.     

金属Ce在高温蒸汽下的氧化动力学初步研究

Ce常用于模拟研究U、Pu等锕系元素的腐蚀行为和转化行为，其在高温水蒸气条件下的氧化动力学目前还未见报道。本研究采用热重分析仪对金属Ce的高温水蒸气氧化动力学开展了研究，得到了动力学曲线，并对反应过程进行了探讨，金属Ce的水蒸气氧化动力学过程呈现明显的三个阶段，反应后主要产物为CeO₂和氢气。     

LiH和LiT与H2O反应机理研究

氢材料在微量H₂O、CO₂、O₂和N₂存在下可能发生物理化学反应,使材料的物理品位下降。由于反应过程十分复杂,很难从实验上准确获取这类反应的最佳通道和具体产物信息,因此,从理论上研究氢材料分子的物理化学性质及其化学反应机制,了解化学反应过程具有十分重要的意义。本文使用Gaussian03软件包和Gaussview工具软件,在6-311G(d)全电子基函数水平上,应用二阶微扰理论优化得到了⁶LiH、⁶LiT与H₂O反应的中间体、过渡态及产物的结构,总能量,振动频率和零点能等。通过计算发现⁶LiH、⁶LiT均只有1个反应通道,⁶LiH与H₂O反应的焓变、活化能和反应速率常数分别为-156.99 kJ/mol、8.95 kJ/mol和3.75×10¹⁰(mol•dm^-3)^-1/s,⁶LiT与H₂O反应的焓变、活化能和反应速率常数分别为-159.02 kJ/mol、9.92 kJ/mol和1.72×10¹⁰ (mol•dm^-3)^-1/s。     

A study of atomic interaction between suspended nanoparticles and sodium atoms in liquid sodium

A feasibility study of suppression of the chemical reactivity of sodium itself using an atomic interaction between nanoparticles and sodium atoms has been carried out. We expected that the atomic interaction strengthens when the nanoparticle metal is the transition element which has a major difference in electronegativity from sodium. We also calculated the atomic interaction between nanoparticle and sodium atoms. It became clear that the atomic bond between the nanoparticle atom and the sodium atom is larger than that between sodium atoms, and the charge transfer takes place to the nanoparticle atom from the sodium atom. Using sodium with suspended nanoparticles, the fundamental physical properties related to the atomic interaction were investigated to verify the atomic bond. The surface tension of sodium with suspended nanoparticles increased, and the evaporation rate of sodium with suspended nanoparticles also decreased compared with that of sodium. Therefore the presence of the atomic interaction between nanoparticles and sodium was verified from these experiments.Because the fundamental physical property changes by the atomic interaction, we expected changes in the chemical reactivity characteristics. The chemical reaction properties of sodium with suspended nanoparticles with water were investigated experimentally. The released reaction heat and the reaction rate of sodium with suspended nanoparticles were reduced than those of sodium. The influence of the charge state of nanoparticle on the chemical process with water was theoretically investigated to speculate on the cause of reaction suppression. The potential energy in both primary and side reactions changed by the charge transfer, and the free energy of activation of the reaction with water increased. Accordingly, the reaction barrier also increased. This suggests there is a possibility of the reduction in the reaction of sodium by the suspension of nanoparticles. Consequently the possibility of the reaction suppression of sodium itself by the atomic interaction between nanoparticles and sodium atoms, which occurs by suspension of nanoparticles into sodium, was discovered.     

LiX(X=H,D,T)与水的反应机理和动力学研究

采用Gaussian03软件包中的量子化学从头计算法,在6-311G(d)水平上,用量子化学MP2方法研究了LiX(X=H,D,T)与水的反应,计算了反应体系最低势能面上各驻点的构型参数、振动频率和能量,全面研究了反应机理;利用经典过渡态理论,考虑量子化矫正,计算了反应的速率常数。计算结果显示,LiH(LiD、LiT)与水的反应受温度影响很大,温度越低反应速率常数越小。     

强碱性阴离子交换树脂吸附DPA-Pu(Ⅳ)/U(Ⅵ)配合物研究

2,6-吡啶二羧酸（DPA,以H₂C表示）是一种可用于乏燃料后处理Purex流程高保留钚废有机相中钚洗脱的洗脱剂。为将DPA洗脱液中的钚与铀分离并回收钚,本文通过静态吸附实验研究了DPA-Pu(Ⅳ)/U(Ⅵ)配合物在强碱性阴离子交换树脂DOWEX 1上的吸附性能,考察了DPA浓度、酸度、温度以及主要辐解产物对DOWEX 1吸附钚和铀的影响。培养了DPA与U(Ⅳ)/U(Ⅵ)配合物的单晶并测定了其结构,通过配合物晶体与吸附金属离子树脂光谱的对比确定了Pu(Ⅳ)（以U(Ⅳ)模拟代替）和U(Ⅵ)吸附在树脂上的配合物形态,通过变温吸附实验获得了相应吸附反应的热力学数据。吸附实验结果表明,DOWEX 1树脂能在低酸（0.1 mol/L HNO₃）条件下同时吸附钚和铀,在高酸（8 mol/L HNO₃）条件下只吸附钚不吸附铀。根据上述实验所得结果,提出低酸吸附铀/钚、高酸柱上转型除铀、低酸解吸回收钚的方案,并进行了实验验证。结果表明,采用所提出的回收钚的方案,钚的回收率达96%,对铀的去污因子约为2.8×10³。