本發(fā)明涉及化學分析，具體涉及一種钚基類鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性評價方法。

背景技術(shù)：

1、當前，混合氧化物材料（氧化鈾和氧化钚混合燃料，mixed?uranium?andplutonium?oxide?fuel，簡稱mox）是钚材料研究中的一種重要類型，其是钚循環(huán)利用、提高鈾資源利用率的重要核反應堆燃料。但在钚氧化物的加工、生產(chǎn)和儲存過程中，不可避免地會引入ga、fe、v、cr、ni等常見過渡金屬元素。眾所周知，適當?shù)倪^渡金屬的加入能改善和提高結(jié)構(gòu)體系的各種性能，因此，為了實現(xiàn)钚基材料的穩(wěn)定服役、長期儲存和非擴散化目的，將其轉(zhuǎn)化為钚基陶瓷材料是一種有效的技術(shù)途徑。其中，類鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的pu- tm-o（tm=ti,v,?cr,?mn,?fe,?co,?ni,?cu,?zn...，簡寫為pu- tm-o）作為一類重要的钚基化合物，對于武器級钚和核反應堆核燃料（mox）中钚的循環(huán)利用具有重要作用。因此，開展钚氧化物與雜質(zhì)元素形成的pu- tm-o體系的穩(wěn)定性研究，對于提升mox燃料的性能品質(zhì)、提高核反應堆的使用效率和使用壽命具有重要的理論意義和應用價值，但是目前還沒有對pu-tm-o體系的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的判斷方法。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供了一種钚基類鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性評價方法。本發(fā)明提供的穩(wěn)定性評價方法可準確判定钚氧化物與雜質(zhì)元素形成的pu- tm-o體系的穩(wěn)定性。

2、為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：

3、本發(fā)明提供了一種钚基類鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性評價方法，包括以下步驟：

4、對钚基類鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，得到結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的钚基類鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)；

5、根據(jù)第一性原理，計算結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的钚基類鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)的晶體生成焓；

6、根據(jù)第一性原理，計算結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的钚基類鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)的彈性常數(shù) c ij，并根據(jù)彈性常數(shù)，判斷晶體結(jié)構(gòu)是否滿足born穩(wěn)定性準則；

7、計算結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的钚基類鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)的聲子色散頻率，判斷是否所有聲子頻率均大于零；

8、若晶體生成焓小于零、滿足born穩(wěn)定性準則且所有聲子頻率均大于零，則證明钚基類鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)為穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。

9、優(yōu)選地，所述結(jié)構(gòu)優(yōu)化時，钚基類鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)的原子受力標準為0.01?ev??-1，能量收斂標準為10-6ev?/atom，截斷能設(shè)置為520?ev，采用2π×0.03??-1的 k點網(wǎng)格；pu元素的5f電子的hubbard參數(shù)u設(shè)置為4ev。

10、優(yōu)選地，結(jié)構(gòu)優(yōu)化時，所述钚基類鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)的內(nèi)層芯電子由paw贗勢進行描述；交換關(guān)聯(lián)泛函采用廣義梯度近似（gga）框架下的pbe泛函。

11、優(yōu)選地，所述計算結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的钚基類鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)的晶體生成焓時，钚基類鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)合成路徑按照式i進行；晶體生成焓的計算公式按照式ii進行；

12、式i；

13、式ii；

14、式i和式ii中，pu的空間群為fmm，o2是邊長為10?立方體盒子里的氧分子， tm為過渡金屬元素；

15、所述pu tmo3、pu、 tm、o2的能量通過自洽計算得到。

16、優(yōu)選地，所述過渡金屬元素包括mn、ti、v、cr、fe、co、ni、cu、zn或ga。

17、優(yōu)選地，所述計算結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的钚基類鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)的彈性常數(shù) c ij時，采用第一性原理中的應力-應變方法或者應力-能量方法。

18、優(yōu)選地，所述計算結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的钚基類鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)的聲子色散頻率時，采用有限位移法或密度泛函微擾理論。

19、本發(fā)明提供了一種钚基類鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性評價方法，包括以下步驟：對钚基類鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，得到結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的钚基類鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)；根據(jù)第一性原理，計算結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的钚基類鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)的晶體生成焓；根據(jù)第一性原理，計算結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的钚基類鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)的彈性常數(shù) c ij，并根據(jù)彈性常數(shù)，判斷晶體結(jié)構(gòu)是否滿足born穩(wěn)定性準則；計算結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的钚基類鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)的聲子色散頻率，判斷是否所有聲子頻率均大于零；若晶體生成焓小于零、滿足born穩(wěn)定性準則且所有聲子頻率均大于零，則證明钚基類鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)為穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。本發(fā)明提供的穩(wěn)定性評價方法可準確判定钚氧化物與雜質(zhì)元素形成的pu- tm-o體系的穩(wěn)定性。

技術(shù)特征：

1.一種钚基類鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性評價方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.如權(quán)利要求1所述的穩(wěn)定性評價方法，其特征在于，所述結(jié)構(gòu)優(yōu)化時，钚基類鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)的原子受力標準為0.01?ev??-1，能量收斂標準為10-6?ev?/atom，截斷能設(shè)置為520?ev，采用2π×0.03??-1的k點網(wǎng)格；pu元素的5f電子的hubbard參數(shù)u設(shè)置為4ev。

3.如權(quán)利要求1所述的穩(wěn)定性評價方法，其特征在于，結(jié)構(gòu)優(yōu)化時，所述钚基類鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)的內(nèi)層芯電子由paw贗勢進行描述；交換關(guān)聯(lián)泛函采用廣義梯度近似（gga）框架下的pbe泛函。

4.如權(quán)利要求1所述的穩(wěn)定性評價方法，其特征在于，所述計算結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的钚基類鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)的晶體生成焓時，钚基類鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)合成路徑按照式i進行；晶體生成焓的計算公式按照式ii進行；

5.如權(quán)利要求4所述的穩(wěn)定性評價方法，其特征在于，所述過渡金屬元素包括mn、ti、v、cr、fe、co、ni、cu、zn或ga。

6.如權(quán)利要求1所述的穩(wěn)定性評價方法，其特征在于，所述計算結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的钚基類鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)的彈性常數(shù)cij時，采用第一性原理中的應力-應變方法或者應力-能量方法。

7.如權(quán)利要求1所述的穩(wěn)定性評價方法，其特征在于，所述計算結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的钚基類鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)的聲子色散頻率時，采用有限位移法或密度泛函微擾理論。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及化學分析技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種钚基類鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性評價方法。本發(fā)明的評價方法，包括以下步驟：對钚基類鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化；根據(jù)第一性原理，計算結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的钚基類鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)的晶體生成焓；根據(jù)第一性原理，計算結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的钚基類鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)的彈性常數(shù)C<subgt;ij</subgt;，根據(jù)彈性常數(shù)，判斷晶體結(jié)構(gòu)是否滿足Born穩(wěn)定性準則；計算結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的钚基類鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)的聲子色散頻率，判斷是否所有聲子頻率均大于零；若晶體生成焓小于零、滿足Born穩(wěn)定性準則且所有聲子頻率均大于零，則證明钚基類鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)為穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。該穩(wěn)定性評價方法可準確判定钚氧化物與雜質(zhì)元素形成的Pu?TM?O體系的穩(wěn)定性。

技術(shù)研發(fā)人員：王金濤,蔣澤鑫,周銳,方義林,王濤,郭婉肖,杭貴云,李唯一
受保護的技術(shù)使用者：中國人民解放軍火箭軍工程大學
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19