DFT計算によるCs-B-O系化合物の熱力学特性評価

Evaluation on thermodynamic properties of Cs-B-O compounds using DFT calculations

鈴木 知史 

Suzuki, Chikashi

過酷事故時においてBWR制御材であるホウ素(B)はCsと化学反応を生じてCs-B-O系化合物が形成されCsの化学挙動に影響を与える可能性が示されているものの、その知見は僅少である。そこで、Cs-B-O系化合物としてCsBOについて、DFT計算と格子振動計算により熱力学特性の評価を行った。CsBOのDFT計算にはVASPを用い、熱力学特性を評価するための格子振動計算にはPhonopyを用いた。まず、CsBOの格子振動計算の結果としてフォノン状態密度を計算したところ格子振動の周波数の虚数成分がほぼないことから、最安定構造により適切に格子振動計算が行われたことを確認した。次に、擬調和振動子近似によりCsBOの比熱等の熱力学特性を計算した。このように非経験的な手法によって、これまで測定されていなかったCsBOの熱力学特性を計算することができた。

It is shown that boron (B), BWR control materials, can cause a chemical reaction with Cs to form Cs-B-O compounds and affect the chemical behavior of Cs during SA, but the findings are limited. We evaluated the thermodynamic properties of CsBO as a Cs-B-O compound using DFT calculations and lattice vibration calculations. The phonon density of states of CsBO calculated by lattice vibration calculations indicate that the lattice vibration calculations were performed appropriately with the most stable structure because no imaginary component of the lattice vibration frequency is found. The thermodynamic characteristics such as the specific heat of CsBO, furthermore, were calculated by quasi-harmonic approximation. These non-empirical methods made it possible to calculate the thermodynamic properties of CsBO, which had not been measured so far.