非平衡相変化現象の分子動力学法シミュレーション

非平衡相变现象的分子动力学模拟

• 批准号: 01F00206
• 负责人: 高橋 実
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2003
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-01F00206/
• 关键词: 非平衡相変化; 溶解拡散現象; 分子動力学シミュレーション; 第一原理分子動力学法; 鉛ビスマス; 材料腐食; 分子軌道法; ナトリウム

鉛ビスマス冷却高速炉と鉛ビスマスをターゲットとする加速器駆動核変換炉では、高温の鉛ビスマス流れにより炉心・構造材料やターゲット窓材の材料腐食防止が課題である。また、鉛ビスマスを中間熱輸送媒体とするナトリウム冷却高速炉では2次冷却系鉛ビスマスが1次冷却材であるナトリウム中に漏洩する場合の混合・拡散現象を把握する必要がある。これらの問題では、液体重金属(鉛ビスマス)と固体金属または異種液体金属(ナトリウム)の動的相互作用を分子レベルで解明する手法の開発が重要である。このように高密度エネルギー発生機器やエネルギーシステムで生ずる非平衡相変化現象の機構を理論的に解明するため、分子動力学法シミュレーションにより重金属の固体面からの溶解・拡散、液-液相互拡散現象を解析的に調べた。本年度は、液-液系、固-液系及び蒸気-液系の分子動力学シミュレーションプログラムを開発し、重金属系鉛ビスマス中における純金属の溶解・拡散現象を計算機シミュレーションした。このプログラム開発において、分子動力学シミュレーションに用いる原子間ポテンシャルを分子軌道法により数値計算し、その妥当性を評価した。さらに、金属原子と共存する自由電子の効果を考慮可能な分子動力学シミュレーションプログラムの開発手法を検討した。具体的内容は以下の通りである。1)液体金属の原子間ポテンシャルに関する研究3元系液体金属Na-Pb-Biの拡散計算における原子間ポテンシャルについてGAUSSIANを用いて検討した。2)第一原理分子動力学シミュレーション研究鉄と鉛ビスマスの擬ポテンシャルを作成し、プログラムPHASEを用いて鉄及び鉛ビスマスの電子状態を計算し、これらの相互作用の分子動力学計算を行った。以上の研究成果を国内の学会で公表した。以上により、分子動力学シミュレーションを非平衡相変化・混合拡散現象に適用するための基盤が確立された。

Lead cooling high speed furnace and lead accelerator nuclear converter furnace, high temperature lead flow, furnace core, structural material and material corrosion prevention It is necessary to control the mixing and dispersion phenomenon in the case of leakage of secondary cooling system lead and primary cooling material in high speed furnace. The molecular interactions between liquid heavy metals (Pb) and solid metals (Pb) and heterogeneous liquid metals (Pb) are important for the development of molecular mechanisms for understanding these problems. The mechanism of non-equilibrium phase transformation of heavy metals in solid phase is analyzed theoretically and molecular dynamics method is used to analyze the dissolution, dispersion and liquid-liquid interaction of heavy metals. This year, the molecular dynamics of liquid-liquid, solid-liquid and vapor-liquid systems were developed, and the dissolution and dispersion of pure metals in heavy metal systems were calculated. The molecular orbital method is used to evaluate the validity of the molecular dynamics model. The effect of free electrons in metal atoms and blue shift is considered. The development method of molecular dynamics is discussed. The specific content is as follows. 1)In the study of interatomic bonds in liquid metals, GAUSSIAN was used to investigate the interatomic bonds in the dispersion calculation of ternary liquid metals Na-Pb-Bi. 2)First principles molecular dynamics study of iron and lead in the formation of PHASE, the use of iron and lead in the calculation of the electronic state, the interaction of molecular dynamics The above research results are publicly available to the domestic society. The above molecular dynamics model is applied to the nonequilibrium phase transformation and dispersion phenomena.

项目成果

祁影霞, 高橋実: "分子動力学法による液体金属-固体表面間の相互作用のシミュレーション"第39回日本伝熱シンポジウム,(札幌). B114 (2002)

Kasumi Keikage、Minoru Takahashi：“利用分子动力学方法模拟液态金属与固体表面之间的相互作用”第 39 届日本传热研讨会，（札幌）B114（2002 年）。

祁影霞, 高橋実: "液体金属中への異種金属の溶解・拡散現象に関する分子動力学シミュレーション"第7回分子動力学シンポジウム(第51期通常総会・学術講演会併設行事). (2002)

Kasumi Kei、Minoru Takahashi：“不同金属在液态金属中溶解和扩散现象的分子动力学模拟”第七届分子动力学研讨会（第51届大会/学术讲座活动）（2002年）。