A First-principles study on the mechanical properties of (Th,Pu)O

第一原理計算による(Th,Pu)Oの機械特性の評価

中村 博樹  ; 町田 昌彦  

Nakamura, Hiroki; Machida, Masahiko

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重要な役割を果たすようになってきている。これまで、我々は第一原理計算による二酸化アクチニドの様々な物性評価法を確立してきたが、本発表では、この第一原理計算を利用したMOX燃料物質の物性評価についての結果を報告する。MOX燃料のような固溶体に対して有効な方法としてSQS法を採用し、大型計算機を用いて二酸化トリウム・二酸化プルトニウムの固溶体に対する弾性係数の評価を行なった。この結果により、酸化物核燃料全般の機械的特性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。

In the development of nuclear fuel, numerical simulation of physical properties plays an important role. So far, we have evaluated various properties of actinide dioxides based on the ground-state calculation using first-principles density functional theory (DFT) with strong-correlation effect and spin-orbit coupling. In this paper, we apply this calculation method to evaluate mechanical properties of (Th,Pu)O. This material is expected to be a solid solution, where Th and Pu atoms are randomly distributed. To realize randomly-distributed states with small calculation cell, we adopted special quasi-random structure (SQS) method. Our calculation strategy can be applied to other physical properties which can be evaluated for pure materials by DFT, and therefore we can precisely predict the properties of mix-oxide fuel using DFT calculations.