采用基于van der Waals密度泛函的vdW-DF(+U)方法,通过系统的第一性原理电子结构计算和分子动力学模拟,研究了两种钚钝化层(PuO2和PuN)的表面电子结构性质,以及表面与H2分子相互作用的微观动力学行为.结果表明:尽管氢原子在PuO2表面的吸附放热稳定,但H2分子很难靠近PuO2表面,H2与表面发生"碰撞-解离"的几率很小,自钝化层PuO2具有抗氢蚀作用;但是,在缺氧条件下PuO2薄层会转化成a-Pu2O3,H2分子能穿过α-Pu2O3到达钚层,所以PuO2的抗氢蚀性能并不可靠.H2分子在PuN表面的微观动力学行为与在PuO2表面类似,H2极难解离,并且氢原子的吸附吸热不稳定;相对于PuO2,PuN的成分单一稳定、结构致密,完整的PuN钝化层对H2和H都起到了屏蔽作用,具有比PuO2更好的抗氢蚀性能.
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