Numerical calculations for heat capacity of actinide dioxides

数値計算による二酸化アクチニドの比熱の評価

中村 博樹  ; 町田 昌彦  

Nakamura, Hiroki; Machida, Masahiko

MOX燃料などの核燃料開発において、燃料物性の数値シミュレーションはその重要度を増してきており、より精密で信頼性の高い数値シミュレーション技術が求められている。本発表では上記課題に対して、第一原理計算手法を利用した二酸化アクチニドの比熱の評価についての結果を報告する。なお、課題解決にあたって、計算精度を維持しつつ、計算コストを軽減する適切な近似手法を採用することによって、二酸化ウラン, プルトニウム, ネプツニウム,アメリシウムの比熱の評価に成功した。この解決により、酸化物核燃料全般の物性評価を第一原理計算により精度よく推算できるようになることが期待される。

We evaluate the heat capacity of actinide dioxides using first-principles density functional theory (DFT). The heat capacity of actinide dioxides mainly originates from lattice vibrations, and the second largest contribution is the Schottky heat capacity, which is caused by the electronic excitation on actinide atoms. The lattice heat capacity is evaluated thorough the first-principles phonon calculation using DFT, and the Schottky heat capacity is calculated with crystal field potentials based on DFT. We obtain the calculated heat capacity of UO and PuO in good agreement with measurements.