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铀氢化反应过程中氢扩散行为的第一性原理研究 被引量:2

First-principles studies on hydrogen diffusion behavior in uranium-hydrogen reaction
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摘要 铀氢化反应动力学及产物形式受氢在铀氧化物及氢化物中的固溶、扩散等过程控制.本文利用第一性原理计算方法,研究氢在UO2、α-UH3、β-UH3、PdHx等介质中的固溶、扩散行为,从微观角度解释氢化反应各个阶段氢化反应速率的主要特征,并对α/β相生成的条件作一番探讨.研究表明,UO2中较高的氢扩散势垒导致氢扩散到达氧化物-金属界面非常困难,这是氢化反应起始阶段存在孕育期的主要原因;与此相反,β-UH3的氢具有非常低的溶解能和扩散势垒,且实际状态下β-UH3的表面积非常大,对氢化反应具有显著的促进作用;PdHx具有和α-UH3相近且均略高于β-UH3的溶解能和扩散势垒,这使得氢在其中的扩散速率较低,是Pd膜覆盖下铀氢化主要产物为α-UH3的主要原因. The kinetics of uranium-hydrogen reaction and the product phases are dominated by the dissolution and diffusion behaviors of hydrogen in related mediums.To interpret the characteristics of U-H 2 reaction rate,as well as the formation conditions ofα/βhydrides,hydrogen dissolution and diffusion in UO2,α-UH3,β-UH3 and PdH x are investigated with ab initio calculations.The results show that the difficulties for H atoms to reach the oxide-metal interface due to the high diffusion barrier result in the induction period,whereas the lower energy of dissolution and diffusion barrier of H atoms inβ-UH3 with large specific area accelerate the U-H2 reaction.The dissolution energy and diffusion capability of H in PdH x are similar to those inα-UH3,which makesα-UH3 the main product of U-H2 reaction with the surface covered by Pd.
作者 宾韧 王鑫 敖冰云 汪小琳 BIN Ren;WANG Xin;AO Bing-Yun;WANG Xiao-Lin(Science and Technology on Surface Physics and Chemistry Laboratory,Jiangyou 621908,China;Institute of Materials,China Academy of Engineering Physics,Jiangyou 621907,China;China Academy of Engineering Physics,Mianyang 621900,China)
出处 《原子与分子物理学报》 CAS 北大核心 2019年第5期873-880,共8页 Journal of Atomic and Molecular Physics
基金 国家自然科学基金(21771167)
关键词 铀氢化反应 α-UH3 第一性原理 β-UH3 Uranium-hydrogen reaction α-UH3 Ab initio calculations β-UH3
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