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引用本文格式: Bin Ren,Wang Xin,Ao Bing-Yun,Wang Xiao-Lin. First principle studies on hydrogen diffusion behavior in uranium-hydrogen reaction [J]. J. At. Mol. Phys., 2019, 36: 873 (in Chinese) [宾韧,王鑫,敖冰云,汪小琳. 铀氢化反应过程中氢扩散行为的第一性原理研究 [J]. 原子与分子物理学报, 2019, 36: 873]
 
铀氢化反应过程中氢扩散行为的第一性原理研究
First principle studies on hydrogen diffusion behavior in uranium-hydrogen reaction
摘要点击 99  全文点击 31  投稿时间:2019-01-16  修订日期:2019-02-22
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DOI编号   
中文关键词   铀氢化反应  α-UH3  第一性原理  β-UH3.
英文关键词   Uranium-hydrogen reaction, α-UH3, ab initio calculations, β-UH3.
基金项目   国家自然科学基金(21771167)
作者单位E-mail
宾韧 表面物理与化学重点实验室 binren@caep.cn 
王鑫 中国工程物理研究院材料研究所 wangxin@caep.cn 
敖冰云 表面物理与化学重点实验室 aobingyun@caep.cn 
汪小琳 中国工程物理研究院 xlwang@caep.cn 
中文摘要
    铀氢化反应动力学及产物形式受氢在铀氧化物及氢化物中的固溶、扩散等过程控制. 本文利用第一性原理计算方法,研究氢在UO2、α-UH3、β-UH3、PdHx等介质中的固溶、扩散行为,从微观角度解释氢化反应各个阶段氢化反应速率的主要特征,并对α/β相生成的条件作一番探讨. 研究表明,UO2中较高的氢扩散势垒导致氢扩散到达氧化物-金属界面非常困难,这是氢化反应起始阶段存在孕育期的主要原因;与此相反,β-UH3的氢具有非常低的溶解能和扩散势垒,且实际状态下β-UH3的表面积非常大,对氢化反应具有显著的促进作用;PdHx具有和α-UH3相近且均略高于β-UH3的溶解能和扩散势垒,这使得氢在其中的扩散速率较低,是Pd膜覆盖下铀氢化主要产物为α-UH3的主要原因.
英文摘要
    The kinetics of uranium-hydrogen reaction and the product phases are dominated by the dissolution and diffusion behaviors of hydrogen in related mediums. To interpret the characteristics of U-H2 reaction rate, as well as the formation conditions of α/β hydrides, hydrogen dissolution and diffusion in UO2, α-UH3, β-UH3 and PdHx are investigated with ab initio calculations. The results show that the difficulties for H atoms to reach the oxide-metal interface due to the high diffusion barrier has result in the induction period, whereas the lower energy of dissolution and diffusion barrier of H atoms in β-UH3 with large specific area accelerates the U-H2 reaction. The dissolution energy and diffusion capability of H in PdHx is similar to that in α-UH3, which makesα-UH3 the main product of U-H2 reaction with the surface covered by Pd.

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