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Modeling oxygen-void interactions in uranium nitride
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AI
DOI：10.1016/j.jnucmat.2026.156983.png)
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摘要
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报道中，氮化铀（UN）中的氧杂质会影响其辐照下的肿胀行为，但机理尚不清楚。本研究开发了一种第一性原理模型，量化了氧与UN中空位和裂变气泡的相互作用，导致表面能降低，从而促进肿胀。作为近似，表面能通过平面（001）板计算获得，并应用于弯曲空位表面。分析表明，替位氧在表面氮位处的偏聚是表面能降低（|Δσ|）的主要驱动力，而表面凹位处的氧起次要甚至反作用。|Δσ|在中温下对小型空穴（Rv ≲ 几纳米）最为显著，这与UN中报道的“偏离肿胀”起始范围重叠。较大的空位需要更高温度才能使氧吸附显著降低其表面能。|Δσ|的温度依赖性表现出三个阶段：低温下由于氧扩散缓慢而降低可忽略不计，中温下氧偏聚最优而达到最大值，高温下由于体相溶解度增加而下降。参数分析表明，|Δσ|强烈依赖于氧浓度和空位尺寸，而对孔隙率的依赖性适中，因为几何孔隙率前因子部分被表面位点浓度所抵消。结果表明，氧诱导的表面能降低可能有助于协调UN的肿胀机理模型与实验观测。
Keyword:
Uranium nitride
Oxygen segregation
Surface energy reduction
Void nucleation
Fission gas swelling
