U 1– x Th x O 2 混合燃料力学性能的分子动力学模拟

在二氧化铀(UO2)燃料中掺杂钍(Th)是提高其热稳定性的有效手段. 本文利用分子动力学模拟方法, 系统研究了温度与掺杂浓度对U1–xThxO2混合燃料结构稳定性与力学特性的影响. 研究发现, 沿[001]晶向单轴拉伸可观察到混合燃料由初始面心立方结构的萤石相转化为具有低对称结构的scrutinyite相的特殊相变. 混合燃料体系的力学性能强烈依赖于温度与掺杂浓度, 弹性模量和断裂应力随温度的升高而减小, 断裂应变随温度的升高呈增加趋势. 当掺杂浓度小于0.1时, 弹性模量呈下降趋势, 而掺杂浓度高于0.1时, 弹性模量呈增加趋势. 断裂应力随掺杂浓度的增加而增加, 断裂应变则减小. 不同掺杂浓度下混合燃料体系均表现脆性断裂特性, 多晶样品中发生脆性沿晶断裂. 本文的研究结果可为UO2燃料的掺杂改性提供力学性能上的理论指导.