含錒系熔鹽體系的極化力場開發及理論模擬

《含錒系熔鹽體系的極化力場開發及理論模擬》是依託山東師範大學，由劉建標擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：含錒系熔鹽體系的極化力場開發及理論模擬
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：劉建標
• 依託單位：山東師範大學

項目摘要

高溫熔鹽廣泛套用於熔鹽反應堆和核廢料後處理等領域，熔鹽堆中的燃料、冷卻劑以及乾法後處理均涉及錒系元素。作為高溫熔鹽化學的重要研究內容，微觀結構和物理化學性質等基礎科學問題的研究可以為工程設計提供必要參考。但含錒系熔鹽體系往往具有強輻照、高溫和強腐蝕等特點，給實驗研究帶來了極大的挑戰，這導致對其物理化學行為的認識相對有限，並且缺乏分子層次的微觀理解。採用理論計算與模擬可獲得可靠的物化性質參數，併合理地闡釋物理化學行為。但理論研究的難點主要有錒系元素的相對論效應、電子相關問題以及如何準確描述內部離子的動態過程及其對巨觀性質的影響。本項目擬自主開發極化力場擬合程式，對若干含錒系的熔鹽體系進行分子動力學模擬和高精度的相對論量子化學計算。通過微觀結構、成鍵規律和物理化學性質的研究，探討通過理論計算構建物化性質資料庫的可行性，並分析不同錒系熔鹽體系的異同，為實現錒系離子的相互分離提供理論指導。

結題摘要

本項目根據熔鹽在反應堆以及核廢料後處理過程中的實際套用，選取具有代表性的錒系體系進行了系統的理論研究。我們自主開發了熔鹽體系的極化力場擬合程式，最佳化了若干類重要錒系熔鹽體系的力場參數，解決了經典分子動力學模擬的關鍵問題。通過在不同溫度和濃度條件下對熔鹽體系進行的一系列模擬，研究了溫度和濃度對熔鹽結構和輸運性質的影響。得到了錒系離子第一配位層中的鹵素離子的壽命以及相應的平均力勢，根據過渡態理論，擬合了鹵素離子壽命的計算公式，探討了壽命與活化能之間的關係。採用相對論密度泛函理論方法和考慮電子相關的post-HF 等方法進行了電子結構的計算，分析了鍵級、電荷、軌道能級圖，研究了錒系元素的5f 和6d 軌道對錒系-配體化學鍵的作用以及貢獻。研究成果將有助於從分子層次理解熔鹽體系的微觀結構及其對巨觀性質的影響，有助於深入理解錒系化合物的成鍵規律，為實現鑭錒分離提供理論指導。