1. 1a.东华理工大学核科学与工程学院
2. 1b.东华理工大学核技术应用教育部工程研究中心
3. 清华大学核能与新能源技术研究院
Published:2026
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邹中意, 魏强林, 李川, et al. 放射性核素氚在U3Si2表面吸附的第一性原理研究[J]. 2026, 18(3): 63-70. DOI: 10.16056/j.2096-7705.2026.03.007.
DOI:
邹中意, 魏强林, 李川, et al. 放射性核素氚在U3Si2表面吸附的第一性原理研究[J]. 2026, 18(3): 63-70. DOI: 10.16056/j.2096-7705.2026.03.007. DOI:
为评估事故容错燃料U
3
Si
2
对放射性核素氚的化学滞留能力,并为清华高通量试验堆(THFR)氚源项分析提供微观参数,本文采用密度泛函理论(DFT)系统计算了氚原子在U
(001)、(110)及(111) 3个主要晶面的吸附能、态密度、Bader电荷及差分电荷密度(CDD)。结果表明:氚在3个表面的吸附均为放热过程,其中(111)面H(1)位点的吸附能为-5.124 eV,为全局最稳定构型,表明U
对氚具有强化学吸附倾向;态密度分析显示,氚吸附后U
表面金属性保持不变,T-1s轨道态密度峰位向低能方向移动并显著展宽,与表面原子能级轨道发生杂化。Bader电荷分析表明,3个表面最稳定构型中,氚的电荷转移量在0.573~0.654 e之间,且电荷转移量与吸附能呈非线性关系,揭示离子键并非吸附强度的唯一主导因素。CDD图进一步呈现了氚与表面原子之间的电荷流动方向,结合态密度的分析结果,证实氚与U
之间的吸附作用为离子-共价混合键合。本研究从原子尺度阐明了U
对氚的强化学滞留机制,所得吸附能可直接作为THFR燃料元件氚源项评估的输入数据。这一强滞留特性即是一种固有的被动安全属性,可在燃料层面从源头抑制氚向冷却剂的释放。
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