First-principles investigation of quantum effects and thermal scattering laws of zirconium hydride
Abstract
氢化锆作为一种广泛应用的慢化剂材料，其热散射律数据对于反应堆设计具有重要影响。现有基于晶格动力学或分子动力学的第一性原理计算通常基于简谐近似或经典力学，未考虑氢原子显著的量子非谐性。本文采用了一种结合准谐近似、多项式机器学习势、随机自洽谐波近似的计算方法，系统研究了量子效应对氢化锆的声子态密度和热散射律数据的影响。研究表明，仅考虑量子效应对晶格体积膨胀的准谐近似会导致声子态密度软化；而进一步引入随机自洽谐波近似的量子修正后，该软化趋势会受到明显抑制。对于ϵ-ZrH2，相较于简谐近似，引入量子效应后的声子态密度与实验数据的一致性显著提升，对圆柱形与平板状样品实验数据的χ2分别降低了64.1%与37.7%。基于量子效应的声子态密度计算得到的氢化锆的双微分散射截面峰位与ENDF/B-VIII.1评价库更为一致，计算的总散射截面在趋势上与现有理论结果相符，且与实验测量值展现出良好的一致性。此外，临界基准验证表明，考虑量子效应能在部分工况下进一步改善keff的计算精度。本文数据集可在科学数据银行数据库中https://doi.org/10.57760/sciencedb.33601访问获取(审稿阶段请通过私有访问链接https://www.scidb.cn/s/fAF3I3查看本文数据集)。
Fields of Study & Subjects
Nuclear Materials and Properties
Nuclear reactor physics and engineering
Hydrogen Storage and Materials
Publication details
- Journal / source
- Acta Physica Sinica
- Volume
- 75
- Issue
- 9
- Publication date
- 1 January 2026
- Language
- ZH