Machine Learning-Accelerated Molecular Dynamics Simulations of PuF 3 in LiF-NaF-KF: Unraveling Coordination Chemistry and Ionic Transport Mechanisms

熔盐 分子动力学 离子 化学 盐(化学) 微观结构 配位复合体 工作(物理) 离子键合 动能 热力学 热容 化学物理 材料科学 密度泛函理论 协调数 物理化学 无机化学 动力学 氟化物 离子强度 热化学 离子液体
作者
H Pan,Guang-Ying Li,Lei Zhang,Xiaoli Tan,Tao Bo
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry B [American Chemical Society]
卷期号:130 (26): 6670-6682
标识
DOI:10.1021/acs.jpcb.6c01921
摘要

A thorough understanding of the microstructural evolution and thermophysical properties of Pu-containing molten salts is crucial for optimizing the performance of molten-salt reactor (MSR) fuel salts and spent-fuel reprocessing. This study combines active learning strategies with deep potential molecular dynamics to investigate the relationship between microstructure and thermophysical properties of the FLiNaK-PuF 3 molten salt system. First, a high-precision deep potential model was constructed, with density predictions in excellent agreement with experimental data, validating the model’s reliability. Microstructural analysis revealed that the relative interaction strength of ion pairs follows the order Pu- F > Li- F > Na- F > K–F, weakening with increasing PuF 3 concentration or temperature. Thermodynamic studies showed that the system’s density decreases linearly with increasing temperature, whereas heat capacity (C p ) remains constant over the 773–1173 K range. With increasing PuF 3 concentration, the density of the molten salt system rises significantly, while C p decreases notably. Kinetic analysis found that the self-diffusion coefficients of the five ions follow the order Li + > Na + > F – > K + > Pu 3+, all monotonically decreasing with increasing PuF 3 concentration. This work systematically elucidates the correlation between microstructural features and macroscopic properties of the FLiNaK-PuF 3 molten salt system, particularly elucidating the coordination chemistry of Pu 3+ ions in fluoride molten salts and their influence on mass transport mechanisms. The results provide important theoretical insights into the composition–property relationships of MSR fuel salts, offering guidance for performance optimization.
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