Высокотемпературная диффузия ионов урана и кислорода в диоксиде урана

• Автор: Рисованый, Дмитрий Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 123 с. : ил.

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ, ЕДИНИЦ И ТЕРМИНОВ

1. АНАЛИЗ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ИССЛЕДОВАНИЯ СТРУКТУРНОГО РАЗУПОРЯДОЧЕНИЯ И САМОДИФФУЗИИ ИОНОВ УРАНА И КИСЛОРОДА В U02

1.1. Структура и дефектообразование в U02

1.2. Термодинамика дефектообразования в диоксиде урана

1.3. Возможности экспериментальных исследований диффузии урана и кислорода в U02

1.4. Возможности компьютерного моделирования самодиффузии ионов урана и кислорода в диоксиде урана методом молекулярной динамики
2. МЕТОДИКА МОЛЕКУЛЯРНО-ДИНАМИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ДИФФУЗИИ ИОНОВ УРАНА И КИСЛОРОДА В ДИОКСИД Е УРАНА

2.1. Исходные положения метода молекулярной динамики

2.2. Создание исходного кристаллита

2.3 Описание пакета программ MD

2.3.1. Описание программы MDCalc и ее модулей

2.3.2. Программа создания конфигураций систем частиц Create
2.3.3. Программа обработки результатов моделирования ShowResults
2.4. Исследование экспериментальных возможностей разработанной программы MDCalc
2.4.1. Выбор потенциалов парного взаимодействия
2.4.2. Особенности моделирования временной эволюции модельного нанокристаллита
2.4.3. Расчет энергии моделируемой системы частиц
2.4.4. Получение среднего квадрата смещений частиц системы UO2
2.4.6. Расчет плотности нанокристаллов UO2
2.4.6. Моделирование плавления нанокристаллов U02
3. ДИФФУЗИЯ ИОНОВ УРАНА И КИСЛОРОДА И СТРУКТУРНОЕ РАЗУПОРЯДОЧЕНИЕ В СТЕХИОМЕТРИЧЕСКОМ ДИОКСИДЕ УРАНА
3.1. Объемная диффузия кислорода в стехиометрическом диоксиде урана в области фазовых переходов
3.1.1. Диффузия кислорода в нанокристаллах диоксида урана
3.1.2. Высокотемпературная диффузия кислорода в кристалле U02
3.2. Диффузия ионов урана в нанокристаллах U02 в области фазовых переходов
3.3. Поверхностная диффузия урана и кислорода в нанокристаллах U02
4. СТРУКТУРНОЕ РАЗУПОРЯДОЧЕНИЕ И ДИФФУЗИЯ ИОНОВ УРАНА И КИСЛОРОДА В СВЕРХСТЕХИОМЕТРИЧЕСКОМ ДИОКСИДЕ УРАНА
4.1. Дефектообразование в сверхстехиометрическом диоксиде урана
4.2. Диффузия кислорода в U02+x
4.3. Механизмы диффузии кислорода в нанокристаллах сверхстехиометрического диоксида урана
4.4. Высокотемпературная диффузия урана в U02+x и плавление
сверхстехиометрического диоксида урана
Заключение

Интенсивное развитие атомной энергетики обуславливает разработку надежных и эффективно работающих ядерных энергетических установок, формируя жесткие требования к конструкционным материалам ядерных реакторов (ЯР).
Одними из самых нагруженных элементов ЯР являются тепловыделяющие элементы (ТВЭЛы), более 70% которых в действующих реакторах изготовлены на основе оксидного уранового топлива.
Прогнозирование свойств оксидного топлива в процессе эксплуатации и изготовления является одним из обязательных условий, обеспечивающих безопасную работу ядерного реактора. Важную роль в прогнозировании свойств топлива играют процессы массопереноса, в частности, самодиффузия ионов урана и кислорода, лимитирующая такие важные процессы, как дефектообразование, спекание, рекристаллизация, ползучесть топлива в процессах изготовления и эксплуатации. Экспериментальное исследование ряда свойств оксидного топлива в широком диапазоне температур и составов, как правило, затруднительно, а в условиях эксплуатации в большинстве случаев невозможно.
Одним из привлекательных методов для этих целей является метод молекулярной динамики (ММД). С его помощью до настоящего времени исследованы диффузия кислорода в ТЮг (см., например, [1]), отдельные свойства оксидного топлива [2]. Однако, несмотря на ряд существенных полученных результатов, недостаточно изученным остается поведение кислорода в области суперионного перехода, невыяснены возможности моделирования ММД диффузии урана, поверхностной диффузии кислорода и урана в кристаллах 1ГО2. Самостоятельный интерес представляет разработка методов моделирования нанокристаллов диоксида урана ввиду их уникальных характеристик и использовании в технологии изготовления керамического топлива.

На вкладке №4 (рис. 2.13.) задается температура системы, вид распределения модуля скорости частиц - равномерное или по Максвеллу, временной шаг моделирования ДС На вкладке предусмотрен ввод еще двух параметров, которые пока остаются в резерве.
Можно также произвести внесение точечных дефектов в конфигурацию частиц, нажав кнопку <3адание дефектов> на вкладке № 4. Более подробное описание процесса задания дефектов - в разделе описания модуля ОеШёй.
После нажатия кнопки <Готово> вкладки производится расчет и присвоение компонентов импульса частицам системы, обнуление полного импульса системы как целого. Также становится зеленым последний, четвертый, индикатор внизу формы и возвращается активность кнопке <Готово> самой формы. Нажатием кнопки <Готово> формы (аналог выбора главного меню Файл|Сохранить как) можно сохранить конфигурацию системы в файлах данных.
Если требуется внести какие-либо изменения в параметры конфигурации, только нажатие кнопки <Готово> вкладки №4 вызовет реальный пересчет импульсов системы и внесет изменения в данные.

Файл Редактировать БД сортов частиц... Помощь
Рис. 2.13. Вид формы приложения Create (активна вкладка № 4).
•+ Создание г.онфш «доации