[发明专利]基于SPPARKS软件的KMC方法UO2

说明书

本人公开了一种基于SPPARKS软件的UO₂（二氧化铀）势能力场。该势能力场可用于SPPARKS软件中KMC（动态蒙特卡洛方法）的演化模拟的过程，进行能量的统计，能够进行比SPPARKS原有的Lennard‑Jones（LJ）势能力场更加精确，并进行了气泡穿过UO₂的模拟演化过程进行了测试，结果能够与传统分子动力学MD方法吻合。

技术领域

本人公开了一种基于SPPARKS软件的UO₂（二氧化铀）势能力场。该势能力场可用于SPPARKS软件中KMC（动态蒙特卡洛方法）的演化模拟的过程，进行能量的统计，能够进行比SPPARKS原有的Lennard-Jones（LJ）势能力场更加精确，并进行了气泡穿过UO₂的模拟演化过程进行了测试，结果能够与传统分子动力学MD方法吻合。

背景技术

在OKMC的模拟中，采用了SPPARKS软件，SPPARKS软件是圣地亚哥课题组开发的一款基于Monte Carlo的开源代码，主要具备两种算法拒绝式动态蒙特卡洛（rKMC）和大都会蒙特卡洛（MMC），能够进行点阵中和离散点阵计算，主要用以缺陷点阵和杂质迁移的演化过程模拟。在SPPARKS实现迁移和演化的过程中，采用Lennard-Jones（LJ）势能力场，但是这种势能力场对于金属合金来说，不能够精确的描述原子间的作用力和进行准确的能量统计，所以提出通过将势能力场修改为经过MD验证的Basak势能力场代替LJ力场实现更为精确的能量计算。其中，模拟过程采用的研究对象是UO₂，它是典型陶瓷型氧化物材料，属于萤石型（CF₂）结构，立方晶系，空间群Fm3m，以此为例进行新型势能力场的检验。

发明内容

本发明主要目的在于提供一种UO₂在使用SPPARKS软甲中模拟时的势能力场，克服现有势能力场不够精确的问题。

为了达到上述目的，本文提供了以下的技术方案：

本发明实例提供了一种新的势能力场，用于UO₂在SPPARKS软件中基于KMC的模拟。

通过C.B.Basak在用传统分子动力学进行UO₂的热力学性能的预测中，提出了热力学上的Basak公式中热力学参数的具体值，通过对公式以及数值的整合，确定了三种原子对（别是U-U（铀原子之间）对，O-O（氧与氧之间）对，U-O（铀原子与氧之间）对）的势能力场公式，根据势能参数化简公式，可以得到U-U对公式为：

（2）

O-O对公式为：

（3）

U-O对公式为：

（4）

为了保证整个势能计算部分流畅运行，通过C语言将势能计算公式进行了代码编写，并运行了伪代码，结果显示正常，可以运行，伪代码图1。

在伪代码运行成功后，进行了SPPARKS软件中的LJ势能力场代码中修改势能写法，和计算公式，通过C语言进行势能力场编写，同时将主要参数进行了带入。主要计算部分可展示为图2所示。

势能力场建立之后，对新的势能力场进行了测试，测试的方法采用SPPARKS软件定义气泡穿过UO₂之后，其晶粒表现，将主要的几个阶段进行了可视化，其过程如图3所示。

附图说明

图1 UO₂势能计算公式伪代码。

图2 SPPARKS软件中的修改得到的势能力场代码。

图3势能力场检测的模型演化。

具体实施方式