A First-principles study on thermal conductivity of actinide dioxides

二酸化アクチニドの熱伝導率に対する第一原理計算

中村 博樹  ; 町田 昌彦  

Nakamura, Hiroki; Machida, Masahiko

シビアアクシデントの解析において、二酸化アクチニドなどの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、第一原理計算を利用した二酸化アクチニドの熱伝導率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、大型計算機を利用し、フォノンの非調和効果を計算し、二酸化トリウムや二酸化プルトニウムの熱伝導率の評価に成功した。この結果により、酸化物核燃料全般の熱伝導率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。

Actinide dioxides, such as UO and PuO, are the main components of nuclear fuel. However, the determination of their properties through experiments is not easy owing to limitations associated with their handling. In such cases, numerical simulations are effective for the evaluation of the properties of actinide dioxides. So far, we have evaluated thermal properties of actinide dioxides based on the ground-state calculation using first-principles density functional theory (DFT) and successfully reproduced the observed quantities such as heat capacity. In this paper, we apply this calculation method to thermal-conductivity estimation. The calculated thermal conductivities agree well with measurements between room temperature and 1800 K. In conclusion, our calculation method is available to evaluate thermal conductivity of actinide dioxides and can contribute the development of nuclear fuels.