高放废物处置罐铜材料吸附Cl^(-)、SO_(4)^(2-)第一性原理计算

为推进甘肃北山高放废物深地质处置罐材料的选择,参考瑞典KBS-3处置罐,基于第一性原理对铜材料进行Cl^(-)与SO_(4)^(2-)的表面吸附模拟计算,从吸附能、Bader电荷转移、差分电荷密度3个方面揭示阴离子的在铜晶胞模型中的吸附情况,通过分析微观尺度下的电子状态,解决铜材料受辐照损伤及Cl^(-)、SO_(4)^(2-)影响的腐蚀加速机制问题。结果表明:相较于完整Cu(111)表面的吸附,Cl^(-)及SO_(4)^(2-)在缺陷Cu(111)表面吸附更稳定。Cl^(-)在缺陷Cu(111)表面的最佳吸附位点为hcp位,吸附能为-3.799 eV。SO_(4)^(2-)在缺陷Cu(111)表面的最佳吸附位点为hcp位,吸附能为-5.281 eV。在缺陷Cu(111)表面的吸附模型中,Cl表现为得电子;所关心的Cu(Cu9、Cu27、Cu33)则表现为失电子;O表现为得电子,而Cu、S均表现为失电子。在实际高放废物深地质长时间贮存环境中,存在辐照对材料产生原子移位的辐照损伤,诸如Cl^(-)、SO_(4)^(2-)氧化性较强的阴离子,会稳定吸附于材料表面,对处置罐产生腐蚀加速效应。地下水阴离子的吸附机制模拟研究,可在工程应用领域对处置罐材料的选择提供理论参考。