钚表面钝化层抗氢蚀机理的微观动力学模拟

摘要

采用基于范德华密度泛函的vdW-DF（＋U）方法，通过系统的第一性原理电子结构计算和分子动力学模拟，研究了两种钚钝化层（PuO2和PuN）的表面电子结构性质，以及表面与H2分子相互作用的微观动力学行为．结果显示：（1）H2很难靠近PuO2表面，与表面发生“碰撞-解离”的几率很小，自钝化层PuO2具有抗氢蚀作用：但是，一方面H2解离后H原子在PuO2表面的吸附放热稳定，另一方面在缺氧条件下PuO2薄层会转化成a-Pu2O3，而H2能穿过a-PuzOs到达钚层，所以PuO2的抗氢蚀性能并不可靠．（2）H2在PuN表面的微观动力学行为与在PuO2表面类似，H2极难解离且H原子的吸附热力学上不稳定：相对于PuO2，PuN的成分单一、稳定而且结构致密，PuN具有比PuO2更好的抗氢蚀性能．我们希望本工作能为钚表面钝化防护技术的发展提供理论基础和依据．