锕系元素Np及其化合物的电子结构和性质的研究

能源是人类赖以生存和发展的基础。随着现代化进程的加快，人们对能源的消耗越来越大，核能作为一种高效能源，逐渐受到人们的重视，但与此同时，对核废料的处理和再利用却面临着严重挑战。镎元素（Np）及其化合物是核废料中放射性物质的主要来源之一，为进一步探索能够科学、有效处理含有Np元素及其化合物的高放射性废物的新途径，需对其物理化学性质进行深入系统的研究。但由于Np元素的强放射性和Np原子复杂的5f电子结构，目前相关的实验和理论研究都很有限。本项目运用基于相对论多组态Dirac-Fock（MCDF）理论方法的大规模原子结构计算程序包—Grasp2K和基于相对论组态相互作用（RCI）方法的FAC程序，构建了相关的电子关联模型，研究了相对论效应和电子关联效应对Np原子及其不同价态离子内、外壳层电子结构和性质的影响，重点对Np离子低激发态能级结构和辐射跃迁性质以及Np原子内壳层电子的X-射线谱和Auger光电子谱的性质进行了研究。在此基础上，运用杂化密度泛函理论方法（DFT），结合已建立的Np原子轨道的相对论有效芯势（RECP），对镎元素及其化合物的结构和稳定性进行了精确的从头计算，得到了镎的多种卤化物和不同价态氧化物的稳定结构参数、振动频率、电荷分布和红外光谱等数据，详细讨论了这些卤化物和氧化物的电子结构性质和化学键性质，重点对镎酰离子NpO2+和NpO22+离子在液相（包括水溶液和硝酸溶液）中的电子结构、化学键性质和稳定性进行了深入系统地研究，获得了与最新实验完全相符合的结果。通过这些研究，获得了关于Np及其化合物更为系统、完整的结构特性与光谱数据，加深了对Np化合物的复杂电子结构的认识，为进一步解释和推测锕系中其它元素的环境化学行为提供了参考，同时也为制定处理放射性废物的新方案提供了部分理论依据。