钚氧化物中氢行为的第一性原理研究

来源：计算物理杂志2020年第5期北京时间：

作者：张乐, 孙博, 宋海峰

摘要：通过第一性原理计算和原子级热力学方法，系统研究H、H2在PuO2和α-Pu2O3中的吸附、扩散和溶解行为.研究发现：氢的上述行为均是吸热过程，但在α-Pu2O3与PuO2中有显著不同：在α-Pu2O3中H可自发聚合成H2，但在PuO2中H难再聚合；在α-Pu2O3中H、H2均能扩散，通常H会聚合成H2再扩散，在PuO2中H2解离后才能扩散，且PuO2中H沿高势能面的扩散比α-Pu2O3中H2扩散更容易；在氢压、温度驱动下，氢在α-Pu2O3中存在H2溶解到H+H2混合溶解机制的转变，平衡气压PH2远小于H在PuO2中溶解的情况.基于此，给出PuO2和α-Pu2O3中氢行为的微观图像和PuO2的阻氢微观机制：PuO2表面限制H2解离、渗透，PuO2块体限制H的溶解，但不阻止H扩散.结合钚氧化层表面氢行为研究获得了钚氢化孕育期的微观机制，为孕育期全过程理论建模提供依据.

关键词：钚氢化, 钚氧化物, 氢扩散和溶解, 第一性原理