α-Pu$_{2}$O$_{3}$中氢行为的第一性原理研究

深入理解氢透过钚氧化物覆盖层的渗透是评估Pu复杂氢化诱导期的先决条件。本工作中，基于DFT+U和DFT-D3方案，采用第一性原理计算和$\textit{ab initio}$热力学方法研究了氢在$\alpha$-Pu$_{2}$O$_{3}$中的掺入、扩散和溶解。我们的研究表明氢掺入是吸热的，且分离的H原子倾向于复合为H$_{2}$分子，而非与$\alpha$-Pu$_{2}$O$_{3}$反应。H和H$_{2}$的扩散均可行，通常H会先复合为H$_{2}$再迁移。压力P$_{H2}$和温度均可促进氢在$\alpha$-Pu$_{2}$O$_{3}$中的溶解。随P$_{H2}$增大，将依次出现单H$_{2}$分子掺入和(H+H$_{2}$)混合溶解。与PuO$_{2}$相比，本工作表明钚倍半氧化物很难被氢还原，但多孔$\alpha$-Pu$_{2}$O$_{3}$促进了氢在钚氧化物层中的传输。我们给出了无缺陷$\alpha$-Pu$_{2}$O$_{3}$中氢行为的微观图像，可为了解Pu的氢化诱导期研究提供启示。