数论方法辅助的铀及铀铌合金高温高压物理性质的理论研究

铀及其合金是与核能源相关的重要材料。但是对于铀的很多奇异低温现象，比如电荷密度波、负体积膨胀效应等的理解还很不充分，同时对于铀及其合金的高温高压性质的研究还很粗糙。本项目尝试使用多种从头算方法结合本研究组最近开发的对势基的PIC模型，研究铀及铀铌合金在更宽的压力及温度范围内的物理性质，弄清产生铀低温奇异性的机制，计算出准确高温高压热力学数据，为研究铀或者铀铌合金的多相共存体系的物理响应模型，提供非经验性的输入。本项目将主要在两个方面尝试创新：在使用基于密度泛函理论的从头算方法的同时，将量子蒙特卡罗方法引入到对铀的基态性质研究中，从而更加准确的处理其电子尤其窄带5f电子的关联相互作用；将本研究组前期开发的对于普通金属适用的对势基的PIC模型方法，进行拓展，同时尝试将点阵反演方法这一数论在物理上应用的新成果，运用到此模型中，并将其推广应用到铀及其合金的高温高压热力学性质的计算中。

采用第一原理方法结合新开发的合金的PIC（particle in a cell）模型，计算了铀及铀铌合金在较宽的压力及温度范围内的物理性质，计算的高温高压热力学数据与已有的实验数据符合较好。计算的宽温度和压力范围的相关数据可以为研究铀和铀铌合金的多相共存体系的动载物理响应，提供理论数据输入。本项目合金的PIC模型是对以前只能用于纯元素性质计算的PIC模型的拓展，该模型除了可以精确计算U和U-Nb合金的高温高压热力学性质和部分力学性质，理论上，该模型和方法也可以用于计算其他类似金属元素和合金的性质。