PuGa分子结构与势能函数

为对δ相Ga稳定Pu合金中的自辐射效应进行分子动力学模拟,本文根据原子分子反应静力学原理,在Pu原子的RECP近似和Ga原子的6-311G*全电子基组条件下,采用B3LYP杂化泛函对PuGa分子的电子状态和势能进行了从头算。计算结果表明,当PuGa分子多重度为10、Pu和Ga原子均处于激发态时,PuGa分子最稳定。最后采用Murrell-Sorbie两体作用势对势能数据进行了拟合。     

H原子在γ-U(100)表面吸附与扩散的密度泛函研究

采用密度泛函理论方法研究了H原子在γ-U(100)表面的吸附和扩散。结果表明：H原子在γ-U(100)表面的最佳吸附位依次为穴位、桥位和顶位,吸附能分别为2.696、2.597和2.017 eV;H原子在γ-U中的最佳间隙位为四面体间隙,其次是八面体间隙,吸附能分别为1.534 eV和0.991 eV;H原子在铀表面以及近表面层的不同吸附位之间的扩散需克服不同的势垒,相比于间隙位,H原子更倾向于在γ-U(100)表面吸附聚集。     

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。     

Pu-Ga合金中氦泡聚集行为的分子动力学模拟

在钚(Pu)材料中加入少量其他金属元素,如铝(Al)、镓(Ga)、铟(In)、铈(Ce)等,能实现Pu合金材料在室温条件下稳定。本文采用分子动力学(MD)方法及修正的嵌入原子势(MEAM),在300K下对Pu-Ga合金中的氦泡聚集行为进行了模拟,合金中Ga的含量(原子分数)分别为0%、2%和5%。通过计算和分析,得到不同Ga含量下,随氦原子数目增长Pu-Ga合金中氦泡半径和压强的变化趋势,以及由氦泡引起的体积膨胀,研究结果对于理解钚自辐照过程中的氦效应的内在机制具有一定的参考价值。     

间隙原子在核石墨中迁移与结合规律的模拟计算

为明确核石墨中间隙原子的存在形态与演化规律,利用第一性原理模拟研究间隙原子间的相互作用及其迁移、结合行为.研究表明:同一石墨片层上的间隙原子间存在引力,间距大于0.5 nm时其相互作用能可忽略;间隙原子倾向于沿扶手椅形方向迁移、结合,两间隙原子结合后降低的结构能约为6.0 eV;在间隙原子迁移过程中,整个迁移、结合反应...     

TiC陶瓷中H原子扩散行为第一性原理计算研究

采用第一性原理计算方法研究了H原子在立方T iC晶格中的结构稳定性及扩散行为.结果表明:H原子在TiC晶格中的最稳定位点位于Ti/C六面体中靠近C原子的C-H(C-HS)位置,H被C原子捕获而形成C—H键,键长1.15? (1?=0.1 nm),零点修正(ZPE)后形成能为1.58 eV;其次是Ti/C六面体中心位置(...     

铯在钨(110)表面吸附行为的第一性原理研究

通过基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究了铯原子在钨(110)表面上的吸附行为。计算结果表明,通过原子数之比定义的最大单层铯原子吸附率为0.4,铯原子的吸附位置随吸附率的增加而变化。铯原子吸附率为0.25时,最可能的吸附位置是长桥,而铯原子吸附率达0.4时,铯原子在钨(110)表面形成完整的单原子层,并呈现-ABA′B′-结构形式。随铯原子吸附率的增加,表面功函数先减小后增大,最终稳定在2.134 eV,其中最小值1.524 eV出现在吸附率为0.25时,该最小值低于纯铯(110)表面的功函数。偶极子模型和分态密度计算结果表明,铯原子向钨基体表面的电子转移机制和铯原子电子能量分布的变化是造成表面功函数降低的原因。     

放射性核素U在针铁矿(010)表面吸附的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理研究了有水与无水环境下放射性核素U在针铁矿(010)表面的吸附。结果表明,由于水分子与(010)表面的初始构型不同,其吸附能为-0.56~-0.85eV。同时发现在缺水的情况下,U原子可吸附在针铁矿(010)表面的替代位(T)、八面体间隙位(O)及两个O原子的桥位(B)上。其吸附能为负,大小按吸附T、B、O的顺序依次增大。水对U原子吸附能的影响较明显。当U原子占据替代位和八面体间隙位时,在其附近的水分子可增强U原子在针铁矿(010)表面的吸附,可使U原子在针铁矿(010)表面的吸附能降低1~2eV;当U原子在桥位时,水分子既可增强也可减弱U原子在针铁矿(010)表面的吸附能力,这依赖于U原子与水分子作用后其价态的变化。所有这些吸附均为放热反应。计算结果显示,由于水分子与U原子的吸附引起的表面晶格畸变较小,所有涉及的表面键长变化均不大于0.055nm。所有涉及到的反应过程中均有H、U、Fe原子上的部分电子转移到O原子上。     

低能Ar离子束辅助沉积Ag(111)薄膜

采用低能Ar离子束辅助沉积方法,在Mo/Si(100)基底上制备Ag膜。实验发现,用Ar离子束溅射沉积的Ag膜呈(111)择优取向。若在溅射沉积Ag膜的同时,用能量为500eV的Ar离子束沿衬底法线方向对Ag膜进行辅助轰击,当离子/原子到达比为0.06时,Ag膜呈(111)择优取向;当离子/原子到达比增大到0.18时,Ag膜呈(111)和(100)混合晶向。若Ar离子的入射角为35.26°,离子/原子到达比为0.06时,Ag膜呈(111)择优取向;当离子/原子比增大到0.18时,Ag膜呈(111)和微弱的(100)混合晶向。若Ar离子的入射角为54.7°,离子/原子到达比为0.06时,沉积的Ag膜呈很强的(111)择优取向。     

锑烯表面铀、钍、钚的吸附性能研究：线性响应方法结合密度泛函理论

基于密度泛函理论（Density Functional Theory,DFT）研究了锕系元素铀（U）、钍（Th）、钚（Pu）在二维金属材料锑烯表面的吸附特性。采用线性响应法拟合得到描述铀、钚5f轨道电子强格点库仑作用的哈伯德U值分别为2.24 eV和2.84 eV。利用DFT+U计算发现，锑烯难以吸附钚原子（吸附能为负值），而对铀、钍原子具有较强的表面化学吸附以及丰富的稳定吸附位点。铀和钍原子能量上最稳定的吸附位点分别为桥位——孔位之间和孔位，吸附能分别为4.40 eV和3.62 eV。通过电子结构、电荷转移和最高占据态轨道波函数分析发现，铀、钍原子使锑烯的带隙中出现杂质态，并与锑烯之间通过强p-d轨道耦合使其稳定吸附。进一步计算了吸附率随温度的变化，得出铀和钍在锑烯表面的解吸温度分别达到837 K和660 K。结果预示锑烯是一种良好的铀、钍吸附材料，在海水提铀等领域具有潜在应用。     

H原子在Zr(0001)表面吸附的第一性原理研究

结合蒙特卡洛（MC）模拟和第一性原理密度泛函理论（DFT）方法,从Zr-H体系微观结构、吸附概率、吸附能、Mulliken电荷布居数以及电子态密度等方面对H原子在α-Zr(0001)表面的吸附位点和吸附机理等进行计算分析。结果表明:H原子在Zr(0001)表面首先产生物理吸附,然后由物理吸附转变为化学吸附,吸附过程中电荷不断由 Zr(0001)表面原子向H原子转移,最后趋于稳定。另外,稳定吸附后的H原子直接与 Zr(0001)表面最表层原子生成化学键,且主要由H(s)、Zr(s)和Zr(d)轨道的电子态做贡献。综合分析得到H原子在Zr(0001)表面的吸附位点优先级顺序为密排六方间隙位（hcp位）＞面心立方间隙位（fcc位）＞桥位（bridge位）,顶位（top位）不会产生吸附。      

1,4-丁二偕胺肟在Cu(Ⅱ)/Ni(Ⅱ)/U(Ⅵ)存在下的官能团转化反应

偕胺肟官能团化的聚合物是当前最有希望工程化应用的海水提铀吸附材料。研究该类吸附材料表面官能团的种类及相关化学反应,能从分子水平为其性能改进及应用研究提供指导。本工作根据该类吸附材料制备、提铀实施、铀洗脱及材料再生的过程,选取1,4 丁二偕胺肟（H2L）作为材料表面二偕胺肟官能团的小分子类似物,以1H核磁共振、单晶X射线衍射以及吸收光谱为主要技术手段,分别研究了H2L在加热、酸碱溶液中,以及Cu(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)、U(Ⅵ)存在条件下的官能团转化反应。研究发现,不同条件下H2L可发生不同形式的转化反应,在Cu(Ⅱ)和Ni(Ⅱ)存在下可转化为2,5 二亚氨基吡咯烷 1 醇形式,在U(Ⅵ)存在下可转化为丁二酰亚胺二肟形式。这些结果进一步加深了对偕胺肟类材料表面官能团转化反应的理解,并提供了一种由二偕胺肟官能团转化为与铀亲和能力更强的酰亚胺二肟官能团的新途径。     

用光电子谱研究Cu（111）上亚单层Pb的表面合金化

用同步辐射光电子谱详细研究了Cu(111）面上超薄Pb膜随厚度与退火的反应。发现室温下Cu(111）面上亚单层Pb以二维密积岛的形式生长。退火至200℃形成Pb-Cu表面合金。这种表面合金只发生在Cu(111）面的最外的一个原子层。作为在单晶Cu(111)表面诱使薄膜层状生长的活化剂，Pb的表面合金化可能会对它的活化作用产生不利影响。     

O2在UC(001)表面吸附的第一性原理研究

本文使用GGA+U方法研究了O₂在UC(001)表面的吸附、解离过程。结果表明：U_eff=1.5 eV能很好地再现晶格常数a和内聚能E_coh的实验结果;经过离子弛豫,最表面的两个原子层出现分层现象,各自形成两个亚层;O₂分子的吸附构型对吸附过程影响较大,吸附能在2.21～8.55 eV之间变化。通过Bader电荷、差分电荷和态密度分析,可确定O₂分子的解离活化机理为U的5f/6d电子转移至O₂的π2p和π*2p轨道。     

非均匀形核对辐照诱导钨内微结构演化行为影响的团簇动力学模拟

金属钨(W)及其合金作为未来聚变堆最具应用前景的面向等离子体结构材料(PFMs),其服役性能直接影响聚变堆长期服役的安全性,辐照诱导W及其合金内微结构演化导致的辐照脆化现象始终是限制其工程应用的关键因素。本文基于分子动力学计算结果,进一步完善了辐照诱导材料微结构演化行为的团簇动力学模型,采用更加完备的物理模型描述材料内辐照缺陷的产生行为,并进一步探讨了W基体内辐照缺陷产生过程对微结构演化行为的影响。模拟结果表明,高能初始离位原子(PKA)诱发级联碰撞直接产生的缺陷团簇是W内位错环、空洞演化中最重要的形核机制;非均匀形核所产生的间隙团簇的扩散行为对位错环的长大行为有重要影响,会导致位错环尺寸分布中出现亚尖峰与台阶状形貌。     

Sr^(2+) 在阳江花岗岩上的吸附行为北大核心CSCD

以阳江中低放核废物处置库围岩花岗岩为研究对象,通过静态吸附实验探究了阳江花岗岩围岩吸附Sr^(2+)的行为,详细研究了接触时间、初始浓度、反应温度、pH值、阴阳离子对花岗岩吸附行为的影响,并通过表征手段研究了阳江花岗岩的物化组成。结果表明:阳江花岗岩是一种主要由硅氧化物构成的岩石,吸附后其表面变得粗糙。吸附在5 d达到吸附平衡,属于化学吸附行为。吸附和Langmuir等温模型拟合效果更好,Sr^(2+)更多吸附在阳江花岗岩的表面。酸性和碱性环境均会削弱阳江花岗岩对Sr^(2+)的吸附能力,且升高温度和增大初始浓度均有利于吸附。地下水中存在的Ca^(2+)、Mg^(2+)、Fe^(3+)、NO_(3)^(-)均会抑制阳江花岗岩对Sr^(2+)的吸附,CO_(2)-3会和Sr^(2+)生成聚合物而干扰吸附。此研究可以为阳江中低放核废物处置库的安全评估提供一定参考。     

两类钒基合金的辐照硬化研究

钒合金(V-Cr-Ti系列)是重要的聚变堆结构候选材料,但是相比于铁素体/马氏体钢等其他候选材料,有关钒合金(V-Cr-Ti)的辐照损伤研究较为缺乏。利用载能离子束模拟聚变堆中子辐照条件,对V-4Cr-4Ti和V-5Cr-5Ti两种样品进行了载能He离子和重离子辐照实验。实验采用离子束梯度减能方法在样品中产生辐照损伤的坪区,利用纳米压痕技术测试材料的辐照硬化效应。结果表明,样品纳米硬度的深度递减现象可以用Nix-Gao模型很好描述,高能重离子辐照的样品中软基体效应可以有效避免;在He离子辐照情形,He浓度(以原子百万分率计(Atomic parts per million,APPM))/位移损伤(以每原子平均离位数计(Displacement per atom,DPA))大于4 200/0.2时,两种钒合金样品出现硬化饱和现象;相近位移损伤水平下,He与空位的结合导致缺陷集团的加速长大,致使材料的辐照硬化远大于重离子辐照情形。     

锡烯生长中合金化的同步辐射光电子能谱研究

锡烯作为新型的二维材料由于其预测的优异特性受到广泛关注,锡烯在生长过程中与衬底间的相互作用是该体系研究的重要课题。本文采用分子束外延法在平整有序的Au(111)表面沉积Sn元素制备锡烯,利用原位条件下的低能电子衍射(Low Energy Electron Diffraction,LEED)和同步辐射光电子能谱(Synchrotron Radiation Photoemission Spectroscopy,SR-PES)对不同覆盖度的样品表面进行分析,系统地研究了超高真空环境下锡烯在Au(111)表面的形成过程。结果表明:Sn原子先与Au(111)衬底发生强相互作用形成合金,随着生长厚度的增加,逐步形成锡烯并覆盖在合金表面。     

熔盐堆中石墨吸附氚的理论研究

为明确石墨表面的氟、氟化氚中的氟和单空位缺陷对氚吸附的影响机理,利用第一性原理模拟研究熔盐堆中石墨对氚的吸附,研究了在完整石墨和单空位石墨表面上氢原子(离子)、氟原子(离子)、氟气分子与氟化氢分子的吸附行为。研究发现:当氟和氢同时存在的时候,氟会优先和石墨表面的碳原子成键;石墨表面的单空位促使氟化氢在单空位处解离,以化学吸附形成存在;石墨表面吸附氢(或者氚)、氟后,表面会发生畸变;可预测熔盐堆运行过程中,氚会优先在反应堆中的石墨表面的单空位等反应活性强的地方吸附、积聚。     

假丝酵母吸附241Am的研究

研究了假丝酵母吸附^241Am的行为及各种实验条件对吸附的影响。结果表明：假丝酵母吸附”Am的最适酸度为pH=2，吸附反应在4h左右达到平衡，反应温度在15-45℃之间对吸附影响不大。溶液中1500倍的Au^3 和4500倍的Ag^ 存在对假丝酵母吸附^241Am无明显影响。在^241Am起始体积活度C0为5．6—111MBq/L(质量浓度44．3—877．2μg/L)的溶液中，加入干假丝酵母0．82g/L，对^241Am的吸附率可达97．8％，吸附量w可达63．5MBq／g(501．8μg/g)，表明假丝酵母处理^241Am放射性废液是可行的，其生物吸附过程可由Langmuir吸附等温式来描述。