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Thermodynamic properties of neptunium nitride; A First principles study

フォノン解析による窒化ネプツニウムの熱力学第一原理計算

柴田 裕樹; 都留 智仁; 西 剛史; 平田 勝; 加治 芳行

Shibata, Hiroki; Tsuru, Tomohito; Nishi, Tsuyoshi; Hirata, Masaru; Kaji, Yoshiyuki

理論と実験の両方の観点から、マイナーアクチノイド(MA)窒化物の基礎特性を知ることはMA含有燃料の製造や照射挙動を把握するうえで重要であり望まれている。特にMAの中でネプツニウムは使用済燃料中の生成量や長半減期核種のため重要な元素の一つである。そこで、第一原理計算によるフォノン解析から、有限温度での窒化ネプツニウムの熱力学特性を評価した。得られたHelmholtzの自由エネルギーやフォノン状態密度から格子比熱や熱膨張係数を算出し、NpNの比熱は格子比熱と電子比熱の和で表されることを明らかとした。

The thermal and mechanical properties of neptunium nitride (NpN) were investigated by first principles calculations. From the Helmholtz free energy equilibrium lattice constants, thermal expansion coefficients, bulk moduli and specific heat capacities were calculated for temperatures up to 1500 K. The electronic specific heat capacity was also calculated from the electronic density of states (DOS) at the Fermi energy. The obtained specific heat capacity reproduced the experimental data well. It was thus clarified that the specific heat capacity of NpN consists of the lattice and electronic specific heat capacities and the contribution of the lattice dilatation to the specific heat capacity.

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分野:Nuclear Science & Technology

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