CN111048158A - 基于spparks软件的kmc方法uo2势能力场 - Google Patents

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吴泽
王艺博
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Abstract

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。

Description

基于SPPARKS软件的KMC方法UO2势能力场
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：
Figure 870770DEST_PATH_IMAGE001
（2）
O-O对公式为：
Figure 787910DEST_PATH_IMAGE002
（3）
U-O对公式为：
Figure 567647DEST_PATH_IMAGE003
（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
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：
Figure 900540DEST_PATH_IMAGE001
（2）
O-O对公式为：
Figure 714912DEST_PATH_IMAGE002
（3）
U-O对公式为：
Figure 537374DEST_PATH_IMAGE003
（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。

Claims (1)

1.基于SPPARKS软件的KMC方法UO2势能力场其特征在于，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：
Figure 479777DEST_PATH_IMAGE001
（2）
O-O对公式为：
Figure 678677DEST_PATH_IMAGE002
（3）
U-O对公式为：
Figure 347556DEST_PATH_IMAGE003
（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。
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