基于第一性原理研究的Be2C中子慢化剂：熔盐反应堆中结构、电子与缺陷特性的突破性探索

【编辑推荐】本研究通过密度泛函理论（DFT）和从头算分子动力学（AIMD），首次系统揭示了Be2C（碳化铍）作为熔盐反应堆（MSR）中子慢化剂的缺陷行为，发现碳缺陷比铍缺陷具有更高形成能及对电子态的显著影响，为抗辐射材料设计提供关键理论支撑。

　　

Highlight

Be₂C作为一种陶瓷间接带隙半导体材料，在辐射环境中展现出巨大应用潜力。评估其辐射响应需深入理解缺陷形成机制与迁移规律。本研究结果与早期报道的体相性质高度一致，而关于本征及辐射诱导点缺陷的发现则为该材料的抗辐射性能提供了全新视角。

Discussion

Be₂C的缺陷行为呈现显著差异：铍缺陷在较小超胞（~300原子）中即可收敛，而碳缺陷需更大体系（~700原子）才能准确模拟。静态DFT揭示了多种亚稳态间隙原子构型，而AIMD则确定了基态为C-C <100>哑铃构型和八面体位铍间隙原子。这种构型多样性使得原子扩散机制复杂化，需进一步分子动力学分析以阐明辐射诱导原子传输的速率与路径。

Conclusions

本研究通过密度泛函理论（DFT）首次全面解析了Be₂C中本征与辐射诱导点缺陷的特性。在反萤石结构中，碳缺陷表现出更高的形成能、更强的超胞尺寸依赖性，以及对电子态密度（DOS）的更显著影响。这些发现为开发下一代核能材料提供了关键理论基础，尤其对熔盐反应堆（MSR）中子慢化剂的优化设计具有指导意义。