一种氧扩散迁移行为的模拟方法、模拟系统和储存介质技术方案

本发明专利技术实施例提供一种氧扩散迁移行为的模拟方法、模拟系统和储存介质，包括：模拟含Nb锆合金晶体中不同间隙占位氧原子的含Nb锆合金结构；对所有所述含Nb锆合金晶体中不同间隙占位氧原子的含Nb锆合金结构进行结构优化，以得到与所有所述含Nb锆合金晶体中不同间隙占位氧原子的含Nb锆合金结构对应的能量最低的间隙占位氧原子的含Nb锆合金结构；对每对始末构型进行过渡态搜索，获得每对始末构型的单点能；将每对始末构型的单点能带入迁移能计算公式，得到每对始末构型氧原子的迁移能，模拟预测稳定态氧原子在含Nb锆合金晶体中的扩散行为。本发明专利技术实施例解决了现有技术难以模拟氧在含Nb锆合金中的扩散迁移行为技术问题。含Nb锆合金中的扩散迁移行为技术问题。含Nb锆合金中的扩散迁移行为技术问题。

【技术实现步骤摘要】
一种氧扩散迁移行为的模拟方法、模拟系统和储存介质


[0001]本专利技术涉及一种氧扩散迁移行为的模拟方法、模拟系统和储存介质。

技术介绍

[0002]锆合金包壳材料作为核反应堆的第一道安全屏障，它负担着防止核燃料的腐蚀和裂变产物泄露的重要任务。水侧腐蚀是常见的堆内服役问题，添加一定量的Nb，锆合金抗腐蚀性能会有显著的提高。但Nb元素如何影响锆合金腐蚀性能的机制尚不明确。而氧在含Nb锆合金中的扩散迁移行为是影响其腐蚀速率的关键因素。因此，锆合金中氧扩散迁移行为研究非常重要。
[0003]然而，实验上很难从原子、电子尺度研究材料中原子的微观行为，难以模拟氧在含Nb锆合金中的扩散迁移行为。迄今为止，大多数研究都集中在氧原子在锆合金表面吸附行为的计算模拟研究，而在氧原子在锆合金晶体内的扩散迁移行为还缺乏相关的研究，尤其是有关含Nb锆合金中氧原子扩散迁移行为的研究。这主要是因为复杂的局部化学环境给实验研究和基于经验势的分子动力学模拟带来了很大的困难。

技术实现思路

[0004]为解决现有技术难以模拟氧在含Nb锆合金中的扩散迁移行为的技术问题，本专利技术实施例提供一种氧扩散迁移行为的模拟方法、模拟系统和储存介质。
[0005]本专利技术实施例通过下述技术方案实现：
[0006]第一方面，本专利技术实施例提供一种氧扩散迁移行为的模拟方法，包括：
[0007]模拟含Nb锆合金晶体中不同间隙占位氧原子的含Nb锆合金结构；
[0008]对所有所述含Nb锆合金晶体中不同间隙占位氧原子的含Nb锆合金结构进行结构优化，以得到与所有所述含Nb锆合金晶体中不同间隙占位氧原子的含Nb锆合金结构对应的能量最低的间隙占位氧原子的含Nb锆合金结构；
[0009]对每对始末构型进行过渡态搜索，获得每对始末构型的单点能；
[0010]其中，每个结构优化前的间隙占位氧原子的含Nb锆合金结构和对应结构优化后的间隙占位氧原子的含Nb锆合金结构，组成一对始末构型；
[0011]将每对始末构型的单点能带入迁移能计算公式，得到每对始末构型氧原子的迁移能；
[0012]根据过渡态搜索和氧原子的迁移能，模拟预测稳定态氧原子在含Nb锆合金晶体中的扩散行为。
[0013]进一步的，模拟含Nb锆合金晶体中不同间隙占位氧原子的含Nb锆合金结构；包括：
[0014]在VASP软件中模拟含Nb锆合金晶体中不同间隙占位氧原子的含Nb锆合金结构。
[0015]进一步的，对所有所述含Nb锆合金晶体中不同间隙占位氧原子的含Nb锆合金结构进行结构优化，以得到与所有所述含Nb锆合金晶体中不同间隙占位氧原子的含Nb锆合金结构对应的能量最低的间隙占位氧原子的含Nb锆合金结构；包括：
[0016]采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法对所有所述含Nb锆合金晶体中不同间隙占位氧原子的含Nb锆合金结构进行结构优化。
[0017]进一步的，对所有所述含Nb锆合金晶体中不同间隙占位氧原子的含Nb锆合金结构进行结构优化，以得到与所有所述含Nb锆合金晶体中不同间隙占位氧原子的含Nb锆合金结构对应的能量最低的间隙占位氧原子的含Nb锆合金结构；包括：
[0018]采用平面波方法的VASP软件对不同间隙占位氧原子在含Nb锆合金构型进行优化，计算过程中，电子结构和交换关联相互作用利用PAW贋势和PBE形式的GGA近似描述；平面波截断能为400eV，k点为5
×5×
5，电子力的收敛精度为能量收敛精度为1E
‑
5eV。
[0019]进一步的，对每对始末构型进行过渡态搜索，获得每对始末构型的单点能；包括：
[0020]对每对始末构型进行CI
‑
NEB的过渡态搜索，获得每对始末构型的单点能。
[0021]进一步的，对每对始末构型进行CI
‑
NEB的过渡态搜索，获得每对始末构型的单点能；包括：
[0022]对每对始末构型进行CI
‑
NEB的过渡态搜索，对每对始末构型进行单点能计算，提高计算过程中的能量收敛精度为1E
‑
6eV，力的收敛精度为获得每对始末构型的单点能。
[0023]进一步的，迁移能计算公式为：
[0024][0025]其中，ν是迁移能；ν0是初次迁移能，E
m
是扩散势垒，T是温度。
[0026]第二方面，本专利技术实施例提供一种氧扩散迁移行为的模拟系统，包括：
[0027]模拟单元，用于模拟含Nb锆合金晶体中不同间隙占位氧原子的含Nb锆合金结构；
[0028]优化单元，用于对所有所述含Nb锆合金晶体中不同间隙占位氧原子的含Nb锆合金结构进行结构优化，以得到与所有所述含Nb锆合金晶体中不同间隙占位氧原子的含Nb锆合金结构对应的能量最低的间隙占位氧原子的含Nb锆合金结构；
[0029]过渡态搜索及单点能计算单元，用于对每对始末构型进行过渡态搜索，获得每对始末构型的单点能；
[0030]迁移能计算单元，用于将每对始末构型的单点能带入迁移能计算公式，得到每对始末构型氧原子的迁移能；以及
[0031]模拟预测单元，用于根据过渡态搜索和氧原子的迁移能，模拟预测稳定态氧原子在含Nb锆合金晶体中的扩散行为。
[0032]第三方面，本专利技术实施例提供一种氧扩散迁移行为的模拟系统，包括：依次通信相连的存储器、处理器和收发器，其中，所述存储器用于存储计算机程序，所述收发器用于收发消息，所述处理器用于读取所述计算机程序，执行所述氧扩散迁移行为的模拟方法。
[0033]第四方面，本专利技术实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有指令，当所述指令在计算机上运行时，执行所述氧扩散迁移行为的模拟方法。
[0034]本专利技术实施例与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
[0035]本专利技术实施例的一种氧扩散迁移行为的模拟方法、模拟系统和储存介质，通过模拟含Nb锆合金晶体中不同间隙占位氧原子的含Nb锆合金结构，结构优化得到能量最低的间隙占位氧原子的含Nb锆合金结构，对每对始末构型进行过渡态搜索，获得每对始末构型的
单点能和每对始末构型氧原子的迁移能，模拟预测稳定态氧原子在含Nb锆合金晶体中的扩散行为；从而，解决了现有技术难以模拟氧在含Nb锆合金中的扩散迁移行为技术问题。
附图说明
[0036]为了更清楚地说明本专利技术示例性实施方式的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0037]图1为氧扩散迁移行为的模拟方法流程示意图。
[0038]图2为氧扩散迁移行为的模拟系统结构示意图。
具体实施方式
[0039]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氧扩散迁移行为的模拟方法，其特征在于，包括：模拟含Nb锆合金晶体中不同间隙占位氧原子的含Nb锆合金结构；对所有所述含Nb锆合金晶体中不同间隙占位氧原子的含Nb锆合金结构进行结构优化，以得到与所有所述含Nb锆合金晶体中不同间隙占位氧原子的含Nb锆合金结构对应的能量最低的间隙占位氧原子的含Nb锆合金结构；对每对始末构型进行过渡态搜索，获得每对始末构型的单点能；其中，每个结构优化前的间隙占位氧原子的含Nb锆合金结构和对应结构优化后的间隙占位氧原子的含Nb锆合金结构，组成一对始末构型；将每对始末构型的单点能带入迁移能计算公式，得到每对始末构型氧原子的迁移能；根据过渡态搜索和氧原子的迁移能，模拟预测稳定态氧原子在含Nb锆合金晶体中的扩散行为。2.如权利要求1所述氧扩散迁移行为的模拟方法，其特征在于，模拟含Nb锆合金晶体中不同间隙占位氧原子的含Nb锆合金结构；包括：在VASP软件中模拟含Nb锆合金晶体中不同间隙占位氧原子的含Nb锆合金结构。3.如权利要求1所述氧扩散迁移行为的模拟方法，其特征在于，对所有所述含Nb锆合金晶体中不同间隙占位氧原子的含Nb锆合金结构进行结构优化，以得到与所有所述含Nb锆合金晶体中不同间隙占位氧原子的含Nb锆合金结构对应的能量最低的间隙占位氧原子的含Nb锆合金结构；包括：采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法对所有所述含Nb锆合金晶体中不同间隙占位氧原子的含Nb锆合金结构进行结构优化。4.如权利要求1所述氧扩散迁移行为的模拟方法，其特征在于，对所有所述含Nb锆合金晶体中不同间隙占位氧原子的含Nb锆合金结构进行结构优化，以得到与所有所述含Nb锆合金晶体中不同间隙占位氧原子的含Nb锆合金结构对应的能量最低的间隙占位氧原子的含Nb锆合金结构；包括：采用平面波方法的VASP软件对不同间隙占位氧原子在含Nb锆合金构型进行优化，计算过程中，电子结构和交换关联相互作用利用PAW贋势和PBE形式的GGA近似描述；平面波截断能为400eV，k点为5
×5×
5，电子力的收敛精度为能量收敛精度为1E
‑
5eV。5.如权利要求1所述氧扩散迁移行为的模拟...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘荣剑，吴璐，信天缘，伍晓勇，王青青，覃检涛，赵民，孔祥刚，滕常青，张伟，方忠强，毛建军，匡慧敏，米争鹏，彭芳，
申请(专利权)人：中国核动力研究设计院，
类型：发明
国别省市：