Численные методы моделирования свойств нанокристаллов. Нагорнов Ю.С. - 55 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТГУ | Тольятти

Составители: 

Рубрика: 

55
3.4. Расчет энергий образования точечных дефектов в кристаллах
UO
2
и CaF
2
В настоящем параграфе приводятся результаты расчетов энергий
образования собственных дефектов в кристаллах CaF
2
и UO
2
. Кристалл
CaF
2
рассмотрен в связи с тем, что он является одной из удобных
модельных систем, во многом аналогичной кристаллу UO
2
. Действительно,
оба кристалла имеют одинаковую структуру флюорита. Кроме того,
периоды решеток кристаллов CaF
2
и UO
2
очень близки (5.46 Å и 5.47 Å).
Введение иновалентных примесей в решетку кристалла позволяет
регулировать дефектность в анионной и катионной подрешетках. Так
введение О
2-
в подрешетку F
-
приводит к пропорциональному увеличению
числа анионных вакансий. Введение Gd
3+
вместо Са
2+
приводит к
образованию сложного гадолиний-кислородно-вакансионного комплекса с
высоким содержанием примесных вакансий. Аналогичная ситуация с
дефектообразованием должна происходить в UO
2
при введении в решетку
кристалла иновалентного металла вместо урана. Так при замене U
4+
на
Ме
2+
на каждый введенный 2-х зарядный ион металла образуется две
анионных вакансии, а на каждый 3-х валентный ион металла до четырех
анионных вакансий. Наличие совершенных кристаллов CaF
2
c
контролируемой дефектностью, позволяет устанавливать влияние
дефектов на перенос продуктов деления в кристаллах с флюоритной
структурой (CaF
2
, UO
2
, ThO
2
, U,PuO
2
). Вместе с тем, по кристаллам CaF
2
существуют (либо могут быть проще, чем для UO
2
, получены)
экспериментальные данные, которые необходимы для проверки
адекватности модельного расчета.
Как указано выше, для моделирования кристалла UO
2
методом
статики решетки с оболочечной моделью были использованы параметры
оболочечной модели и потенциалы взаимодействия ионов O
2-
и U
4+
,
приведенные в работе [13]. Результаты расчетов приведены в таблице 2.3.
Энергия поляризации решетки – это изменение энергии кристалла с
дефектом в результате перемещения ионов из положений в узлах решетки в
оптимальные положения, минимизирующие энергию кристалла. Расчет
именно этих величин осуществляется методом статики решетки. Они
отрицательны, поскольку релаксация уменьшает энергию решетки.
Таблица 2.3
Расчет энергий образования точечных дефектов в CaF
2
и UO
2
Дефект
Энергия образования
дефекта, эВ
Энергия
поляризации
решетки, эВ
CaF
2
UO
2
CaF
2
UO
2
Энергия связи
кристалла в расчете на
молекулу
-27.09 -105.7
¾ ¾

Страницы