二氧化钍中锆掺杂第一性原理热导率的实验验证
材料科学
2024-12-18 v1
摘要
先进核燃料中由于裂变产物积累和辐照诱导缺陷导致的热导率退化是不可避免的，必须将其作为核反应堆安全性和效率分析的一部分加以考虑。本研究使用空间域热反射率技术，考察了通过水热法合成的锆掺杂 ThO 晶体的热导率。锆是氧化物燃料中可溶性裂变产物之一，能够有效散射燃料晶格中载热声子。因此，锆掺杂 ThO 单晶的热学性质测量提供了关于替代性锆掺杂效应的见解，排除了晶界散射等外在因素的影响。实验结果与采用 Peierls-Boltzmann 输运方程迭代求解的 ThO 晶格热导率第一性原理计算进行了比较。此外，利用非微扰格林函数方法计算了声子-点缺陷散射率，考虑了点缺陷周围的局部畸变，包括质量差异变化、原子间力常数和结构弛豫。第一性原理计算的预测结果与测量的温度依赖性热导率之间的一致性验证了该计算方法。此外，本研究采用的方法能够系统考察裂变产物对热导率的降低作用，有望促成更准确的燃料性能程序的开发。
引用
@article{arxiv.2412.12329,
title = {Experimental Confirmation of First-Principles Thermal Conductivity in Zirconium-Doped ThO$_2$},
author = {Ella Kartika Pek and Zilong Hua and Amey Khanolkar and J. Matthew Mann and David B. Turner and Karl Rickert and Timothy A. Prusnick and Marat Khafizov and David H. Hurley and Linu Malakkal},
journal= {arXiv preprint arXiv:2412.12329},
year = {2024}
}