【摘 要】
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乏燃料的后处理是制约核能可持续发展的关键,如何有效地从高放废液中分离锕系元素是乏燃料后处理流程的重要科学问题。由于锕系元素一般具有很强的放射性和化学毒性,开展
【机 构】
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中国科学院高能物理研究所,北京市石景山区玉泉路19号乙,100049
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乏燃料的后处理是制约核能可持续发展的关键,如何有效地从高放废液中分离锕系元素是乏燃料后处理流程的重要科学问题。由于锕系元素一般具有很强的放射性和化学毒性,开展实验研究有较大困难,理论计算现已成为研究锕系元素溶剂萃取行为和高效萃取剂分子设计的有效手段。另外,核燃料在反应堆内燃烧过程中其成分会发生变化,内部可形成缺陷,而缺陷的迁移和积累严重影响燃料的性能。目前,锕系元素计算化学也为固体核燃料的研究提供了有效途径。我们采用相对论密度泛函理论方法,对一系列含氮杂环类软配体萃取剂以及含氧酰胺甲基氧化膦类硬配体等高效萃取剂进行理论研究,并从分子水平上解释其萃取分离机理,为新型高效锕系元素分离配体的实验合成提供了理论线索。在此基础上,提出采用相对论量子化学和分子动力学等方法结合的多尺度模拟方法来研究新型萃取剂对镧锕元素的萃取分离行为。在固体核燃料的理论研究方面,我们采用第一性原理的计算方法,研究了UO2和UN等固相核燃料的晶体结构,缺陷的形成与扩散机理,Zr等裂变产物的掺杂。这些研究有助于深入理解裂变产物对核燃料几何构型和电子结构的影响,为相关实验研究提供了理论依据,同时对核燃料循环具有重要作用。
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