基于一声子修正的化合慢化材料非弹性散射截面计算方法技术

基于一声子修正的化合慢化材料非弹性散射截面计算方法，使用基于密度泛函理论的第一性原理晶格动力学方法模拟计算得到色散关系和极化矢量，通过在第一布里渊区采样q点网格，在每个倒格子矢量下加上每个q点坐标，得到对应的散射矢量，再结合所有简正模式下的极化矢量和角频率得到一声子下化合物慢化材料的晶胞中每个原子的德拜－沃勒因子，进而得到一声子下化合物慢化材料的晶胞核结构因子，再分别计算相干一声子散射律和自散射律数据，最终得到一声子修正的化合物慢化材料的非弹性散射截面。本方法适用于反应堆内的化合物慢化材料，放宽了非相干近似，提高了非弹性散射截面的计算精度。的计算精度。的计算精度。

【技术实现步骤摘要】
Package）和PHONOPY计算得到的化合物慢化材料的q点坐标、极化矢量和角频率；步骤2：针对步骤1读取的计算参数，按照德拜－沃勒因子的定义，利用公式(1)计算得到化合物慢化材料晶胞中每个原子的德拜－沃勒因子；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
公式(1)式中： —约化的普朗克常数； —的采样个数，为程序PHONOPY所采样点的坐标； —坐标为的原子核的质量； —散射矢量；—在简正模式下坐标为的原子核的极化矢量，代表偏振方向，为单位矢量；—简正模式的角频率；—在简正模式下无量纲的能量转移量；步骤3：使用步骤2得到的德拜－沃勒因子，利用公式(2)计算简正模式下考虑了不同原子种类的化合物慢化材料的晶胞核结构因子；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
公式(2)式中：—坐标为的原子的平均散射长度；步骤4：使用步骤3计算的考虑了不同原子种类的化合物慢化材料的晶胞核结构因子，带入相干一声子双微分截面计算表达式中：公式(3)式中：—出射中子波矢的模；—入射中子波矢的模；N—慢化材料晶胞中原子核的个数；—简正模式的声子数—计算所考虑的角频率；—中子出射能量；—散射截面；
—立体角；—狄拉克函数；—等于散射矢量加上点坐标；步骤5：由于公式(3)所用到的参数，，均为未知量，故构建热散射律计算模型；首先使用公式(4)和公式(5)构建无量纲的动量转移量和无量纲的能量转移量；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
公式(4)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
公式(5)式中：—玻尔兹曼常数；—散射系统的温度；—所计算元素的质量；步骤6：建立考虑了不同原子种类的化合物慢化材料的晶胞核结构因子的相干一声子（coherent one
‑
phonon）的热散射律计算模型，计算相干一声子的热散射律；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
公式(6)式中：—无量纲的动量转移量；—无量纲的能量转移量；—所计算元素的平均散射长度；—用于采样的附近的微小区域；—用于采样的附近的微小区域；—落入到的网格点个数；步骤7：按照公式(7)计算自散射律数据；
ꢀꢀ
公式(7)式中：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
公式(8)—声子展开阶数；—坐标为的原子的声子态密度，由实验测得或通过第一性原理晶格动力
学模拟得到；—无量纲化的时间，；—计算所使用的函数，无实际物理意义；步骤8：使用步骤6计算得到的相干一声子的热散射律和步骤7计算得到的自散射律数据，带入公式(9)计算得到一声子修正的非弹性散射截面；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
公式(9)式中：—束缚态的散射截面；—束缚态的相干散射截面；—束缚态的非相干散射截面；E—中子入射能量；—自散射律数据，P为声子展开阶数；—声子展开阶数P取1得到的自散射律数据。
[0007]与现有技术相比，本专利技术具有如下优点：1、本专利技术方法由于考虑了化合物慢化材料晶胞中每个原子的德拜－沃勒因子，并将坐标为的原子的平均散射长度和原子核的质量考虑到晶胞核结构因子中，进而得到化合物的晶胞核结构因子，因此可以解决一声子修正无法应用到反应堆化合物慢化材料的缺点，可以克服计算化合物非弹性散射截面时采用的非相干近似；2、计算精度高，与传统的非相干近似相比能明显使计算得到的化合物的非弹性散射截面与实验值更吻合。
附图说明
[0008]图1是本专利技术方法的流程图。
[0009]图2是本专利技术应用于二氧化硅的效果验证图。
具体实施方式
[0010]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术做进一步详细说明。
[0011]本专利技术是一种在反应堆化合物慢化材料非弹性散射截面计算中采用一声子修正的方法，具体步骤如下：步骤1：使用基于密度泛函理论的第一性原理晶格动力学方法模拟计算得到色散关系和极化矢量，通过在第一布里渊区采样q点网格，在每个倒格子矢量下加上每个q点坐标，得到对应的散射矢量，读取第一性原理晶格动力学方法VASP（Vienna Ab Initio Simulation Package）和PHONOPY计算得到的化合物慢化材料的q点坐标、极化矢量和角
频率；步骤2：针对步骤1读取的计算参数，按照德拜－沃勒因子的定义，利用公式(1)计算得到化合物慢化材料晶胞中每个原子的德拜－沃勒因子；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
公式(1)式中： —约化的普朗克常数； —的采样个数，为程序PHONOPY所采样点的坐标；—坐标为的原子核的质量；—散射矢量；—在简正模式下坐标为的原子核的极化矢量，代表偏振方向，为单位矢量；—简正模式的角频率；—在简正模式下无量纲的能量转移量；步骤3：使用步骤2得到的德拜－沃勒因子，利用公式(2)计算简正模式下考虑了不同原子种类的化合物慢化材料的晶胞核结构因子；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
公式(2)式中：—坐标为的原子的平均散射长度；步骤4：使用步骤3计算的考虑了不同原子种类的化合物慢化材料的晶胞核结构因子，带入相干一声子双微分截面计算表达式中：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
公式(3)式中：—出射中子波矢的模；—入射中子波矢的模；N—慢化材料晶胞中原子核的个数；—简正模式的声子数—计算所考虑的角频率；—中子出射能量；—散射截面；—立体角；
—狄拉克函数；—等于散射矢量加上点坐标；步骤5：由于公式(3)所用到的参数，，均为未知量，故构建热散射律计算模型；首先使用公式(4)和公式(5)构建无量纲的动量转移量和无量纲的能量转移量；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
公式(4)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
公式(5)式中：—玻尔兹曼常数；—散射系统的温度；—所计算元素的质量；步骤6：建立考虑了不同原子种类的化合物慢化材料的晶胞核结构因子的相干一声子（coherent one
‑
phonon）的热散射律计算模型，计算相干一声子的热散射律；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
公式(6)式中：—无量纲的动量转移量；—无量纲的能量转移量；—所计算元素的平均散射长度；—用于采样的附近的微小区域；—用于采样的附近的微小区域；—落入到的网格点个数；步骤7：按照公式(7)计算自散射律数据；
ꢀꢀ
公式(7)式中：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
公式(8)—声子展开阶数；—坐标为的原子的声子态密度，由实验测得或通过第一性原理晶格动力
学模拟得到；—无量纲化的时间，；—计算所使用的函数，无实际物理意义；步骤8：使用步骤6计算得到的相干一声子的热散射律和步骤7计算得到的自散射律数据，带入公式(9)计算得到一声子修正的非弹性散射截面；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
公式(9)式中：—束缚态的散射截面；—束缚态的相干散射截面；—束缚态的非相干散射截面；E—中子入射能量；—自散射律数据，P为声子展开阶数；—声子展开阶数P取1得到的自散射律数据。
[0012]在本专利技术中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于一声子修正的化合慢化材料非弹性散射截面计算方法，其特征在于：包括以下步骤： 步骤1：读取第一性原理晶格动力学方法VASP和PHONOPY计算得到的化合物慢化材料的q点坐标、极化矢量和角频率；步骤2：针对步骤1读取的计算参数，按照德拜－沃勒因子的定义，利用公式(1)计算得到化合物慢化材料晶胞中每个原子的德拜－沃勒因子；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
公式(1)式中：—约化的普朗克常数；—的采样个数，为程序PHONOPY所采样点的坐标；—坐标为的原子核的质量；—散射矢量；—在简正模式下坐标为的原子核的极化矢量，代表偏振方向，为单位矢量；—简正模式的角频率；—在简正模式下无量纲的能量转移量；步骤3：使用步骤2得到的德拜－沃勒因子，利用公式(2)计算简正模式下考虑了不同原子种类的化合物慢化材料的晶胞核结构因子；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
公式(2)式中：—坐标为的原子的平均散射长度；步骤4：使用步骤3计算的考虑了不同原子种类的化合物慢化材料的晶胞核结构因子，带入相干一声子双微分截面计算表达式中：公式(3)式中：—出射中子波矢的模；—入射中子波矢的模；N—慢化材料晶胞中原子核的个数；—简正模式的声子数—计算所考虑的角频率；
—中子出射能量；—散射截面；—立体角；—狄拉克函数；—等于散射矢量加上点坐标；步骤5：由于公式(3)所用到的参数，，均为未知量，故构建热散射律计算模型；首先使用公式(4)和公式(5)构建...

【专利技术属性】
技术研发人员：祖铁军，吴承遥，曹良志，吴宏春，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：