“研究人员在CADES资源的帮助下研究了多而杂的铀氧化物”

能源部橡树岭国家实验室的科学家们正在努力了解铀多而复杂的性质和整个核燃料循环过程中可能产生的各种氧化物形态。 对铀氧化物的深入了解可以为美国大部分核电站提供燃料，开发改良的燃料和废弃物储存材料。

ornl的研究者在实验室计算和数据环境科学( cades )的帮助下，计算性地处理了这个问题。 通过cades，ornl的员工可以访问工程师为特定项目按需定制的计算资源，因此大型数据集的管理和分解过于复杂，无法处理。

非晶体铀氧化物很常见，但是如果其中缺乏一致的结构顺序，则可能难以建模。 为了应对这一挑战，加快新型氧化铀相的识别过程，ornl核安全先进技术集团的科学家们判断了4，600种不同氧化铀组合物的晶体结构能量。

基于遗传算法—自然选择理论比较有效地处理问题的计算工具—团队在cades高性能计算集群中研究了这些结构，被称为metis，是一个双机柜的cray xk7系统。

这种做法有助于他们建立结构稳定性和局部铀环境之间的统计关系，这两个因素影响了固体形态的结晶度。 通过解释这些新闻，可以更具体地了解核燃料循环中晶核和非晶体铀材料的形成过程。

我们的首要目标是试图了解这些铀氧化物的非晶相，ornl博士后助理ashley shields说。 这些在核燃料循环期间出现的同时很难进行研究，但我们希望我们的计算方法能帮助我们更好地表现这些材料的样本。

在明确项目需要大量的计算能力后，cades工作人员为shields及其团队提供了15天的独家访问权，并利用通用结构预测器进化出了xrystallography(USPex )软件包和维也纳，这些 ab initio模拟包( vasp )。

因为为了构建这个结构数据库需要进行大量的计算，所以需要cades团队的帮助。 希尔斯说。 如果没有他们的支持，以及开发专门针对结构预测问题的遗传算法的计算能力的最新进展和其他团队的研究，这个项目就无法实现。

shields和她的团队揭示了材料u2o7的潜在稳定晶相，该材料在实验中作为非晶相备受关注。 为了了解这个阶段越来越多的新闻，他们除了4，600个原始结构外，还研究了2，700种可能的u2o7晶体的几何形状。 他们的研究结果发表在光学材料上。

由于非晶u2o7材料可以由非晶uo3制成，所以由nsat的andrew miskowiec和jennifer niedziela领导的实验的目的是从uo3样品中结晶u2o7。 为了支持这一努力，shields将压力对uo3已知相位和u2o7结构预测模拟的影响进行了比较，揭示了实验中可以注意到的结构变化可能发生的压力。

虽然我们还没有在实验室中发现晶体u2o7，但是我们发现的是非晶uo3中非常罕见的压力行为，得到了一点我们还在努力完全理解的非常感兴趣的物理学。 希尔斯说。

尽管没有结晶u2o7存在的确切证据，该小组还是观察到了预测结构中的特征与非晶u2o7中的特征很好地对应。 他们根据材料揭示了潜在的合作几何形状或原子模式。 这些注意事项中最引人注目的是在预测结构中发现了过氧化物单元。

很明显，拥有这个结构数据库是有用的。 因为光看uo3这种材料已知的结晶相，没有提供足够的新闻说明同一材料的非晶样品的全部行为。 shields先生这样说。

linux系统工程师ketan maheshwari和cades负责拆除计算机系统的michael galloway认为，由于源代码的改变，可以使uspex在metis上更有效地运行，所以SS

为了让团队以这种方式大规模运行和成功运行gpu，我们在metis上大规模安装和测试了vasp，必要时麻烦了业务，以确保业务及时有效地完成，”maheshwari说

shields预计这个正在进行的项目将至少持续一年，其他研究期待着将机器学习和人工智能的概念应用于铀化学研究。 目前，她正在建立由氟化铀组成的类似数据库。 这是另一个涉及核燃料循环的重要材料子集。

该项目的赞助者包括美国能源部内的国家核安全管理局和美国国土安全内的国家技术核法证学中心。

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