UO2中铌行为模拟研究

摘要

通过拟合Nb2O5的晶体结构,建立了铌的经验势.模拟计算孤立铌杂质表明:最近邻Nb-O间距为2.13A,均匀向铌靠近.近邻Nb-U间距为3.84(A),次近邻Nb-U间距为5.48(A),小于正常晶格的U-O间距以及U-U间距.铌附近间隙原子形成能全部增加.铌对周围氧原子施加了额外的束缚,氧间隙形成能随着Nb-O距离的增加而减小,但都大于完整的UO2的氧问隙形成能.引入少量铌元素后其影响范围扩大很多,采用静态过渡态理论计算的铌的空位机制扩散激活能为6.76eV,UO2中铌的扩散几乎不可能.多个铌杂质计算表明:铌离子倾向于团聚,形成替位缺陷簇.根据以上模拟计算,提出如下机制:铌以置换固溶体形式存在于UO2中,为了保持电中性,含铌的UO2中存在相应的氧间隙原子,氧化层总体上保持CaF2结构.铌形成二聚体或者四聚体,联结成网络,使氧的扩散势垒增大,降低了氧化速率.