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首届中国氚科学与技术学术交流会

首届中国氚科学与技术学术交流会

  • 召开年:2015
  • 召开地:成都
  • 出版时间: 2015-08-27

主办单位:中国核学会

会议文集:首届中国氚科学与技术学术交流会论文集

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  • 摘要:含锂陶瓷具有高熔点,高热稳定性,好的氘释放性能以及与堆结构材料有较好的相容性等优点,因此被认为是非常有潜力的未来聚变堆固态氚增殖剂的候选材料.钽酸锂(LiTaO3)具有优异的物理性质;相比其它产氚陶瓷材料,其单晶材料易得,有利于开展含锂陶瓷材料辐照效应机理方面的研究.本文应用100keV的H离子注入到单晶LiTaO3中,H+注量为1.0×1013~1.0×1017cm-2,注入后利用Raman光谱,UV/VIS/NIR光谱及XRD谱对样品进行了分析,重点关注了氢在LiTaO3中的行为.
  • 摘要:氢的同位素氚(T)作为一种战略物资、一种特殊能源材料或灵敏检测手段广泛应用于工业、农业、医学和水文等领域,特别是在聚变能源研究、核技术及应用、氚工艺及涉及氚的实验过程等.众所周知,氚的放射性对人体有害.在氚的应用和实验过程中,必要的防护设备对研究人员的安全具有重大的意义.本文以溴化丁基橡胶为基体材料,采用CTAB,OTAB和十六烷基二甲基苄基氯化铵作为改性剂对MMT进行改性,然后经乳液共混法制备出OMMT/BIIR胶乳复合材料,最后采用涂覆法制备出OMMT/BIIR复合材料.通过对复合材料的结构表征、力学、氢气透气性等性能的研究表明,用十六烷基二甲基苄基氯化铵作为改性剂,可制得改性效果较好的有机蒙脱土,易制得插层型复合材料;随着OMMT添加量的提高,复合材料的力学性能得到了提高,氢气渗透率大幅度下降,当添加了4%OMMT时,渗透率低至基材的0.03%,即为0.015cm3·cm·cm-2·day-1·bar-1;当OMMT的加入超过4%时,OMMT产生团聚现象,力学性能变差,氢气渗透率变高.
  • 摘要:电化学刻蚀制备的纳米多孔硅具有超大的表面积,在表面形成Si-Hx悬挂键.这使纳米多孔硅成为贮氢材料的研究热点,主要用于燃料电池和氢气传感器.氚与氢的化学性质相同,纳米多孔硅同样可以吸氚原子,所以研究氢在多孔硅表面的成键状态可以为氚的吸附提供参考.本文采用电化学刻蚀制备多孔硅,通过分析傅立叶变换红外光谱(FT-IR)和扫描电镜(SEM)图像,研究不同有机溶剂刻蚀的多孔硅中Si-Hx键的比例、成键形式.理论上根据硅的晶体结构以及低能面的原子排列,对H键在硅纳米颗粒上的位置进行讨论.
  • 摘要:氢化锆具有高热稳定性、高氢密度、低中子捕获截面、优良的导热性能和负的温度反应因子,是一种理想的固体中子慢化材料.采用氢化锆作为慢化剂的反应堆能在较高温度下工作而无需高压容器,因此氢化锆尤其适用于空间核电源的反应堆.作为中子慢化剂,其工作温度为650~750℃,氢很容易析出,影响氢化锆慢化剂的使用寿命.即使世界各国大量开展阻止或减缓氢析出的研究,在氢化锆表面制备氢渗透阻挡层可以有效防止基体氢化锆中氢的逸出,以延长氢化锆慢化剂的使用寿命.然而,氢化锆本身很脆,加之堆内辐照,慢化剂本身的温度不均匀及停开堆的热冲击,使氢化锆很容易形成裂纹.氢化锆一旦开裂,分解出的氢就会从新鲜表面逸出,氢化锆表面的阻挡层也就失去作用,也将影响其使用性能.因此,有必要开展氢化锆慢化材料在使用过程中的析氢行为研究.本文旨在通过模拟氢化锆的快速释氢行为,研究析氢过程中氢化锆的微观组织变化,同时结合锆合金氢化过程中的微观组织演变,研究氢化、脱氢两种方式下不同含氢量氢化锆在微观形貌上是否存在差异,为进一步开展高氢含量氢化锆标准金相图谱制作和定氢仪标定法标准物质的研制奠定基础,为氢化锆材料应用过程中的各类组织研究创造条件。
  • 摘要:随着时间延长,贮存在压力容器中的氚大部分衰变产生氦-3,极少部分通过容器内表面渗透到容器壁材料中.在容器壁中的氚又一边扩散直至通过容器外表面渗透到容器外,一边衰变产生氦-3滞留在壁中.渗透到容器外部的氚会污染环境,危害人生健康与安全,因此需要对其渗透量加以分析和防控.针对容器外表面为一般传质边界条件和容器内部氚为范德华气体的情况,同时考虑容器内部氚的衰变与渗透和容器壁中氚的衰变、扩散与渗透,建立了贮氚容器中氚向容器外渗透的解析理论模型,导出了通过容器外表面的氚渗透总量和衰变后剩余量的理论公式。通过解析计算给出了容器外氚渗透总量和衰变后剩余量随时间的变化规律,以及氚渗透总量随容器外表面传质系数和容器壁厚的变化规律。
  • 摘要:ZrCo合金由于具有室温下吸氢平衡压低、贮氢量高、无放射性、固氦能力强等特点成为理想的氢同位素运输载体.本文采用非自耗真空电弧炉制备了ZrCo合金,研究了ZrCo合金的微观组织结构及综合贮氢性能.结果表明:锆钴合金为均匀的单一ZrCo相,合金中Zr,Co元素面分布均匀性良好,成分基本均匀;对ZrCo合金分别进行不同温度下的PCT测试,结果表明当温度升高时,吸、放氢PCT曲线平台压明显上升,平台宽度明显变窄;ZrCo合金放氢后XRD图谱表明当放氢温度达到673K时,合金中出现ZrCo2以及ZrH2相,说明ZrCo合金发生了明显的歧化反应.为了进一步改善ZrCo合金的高温放氢性能,研究了Ti元素替代Zr对ZrCo合金贮氢性能的影响,根据放氢产物分析得知Ti元素替代Zr元素可以有效抑制ZrCo基合金的歧化反应,从而提高其可逆吸放氢量.
  • 摘要:在磁约束托卡马克装置上开发核聚变能源的科学可行性已经得到实验证实,在此基础上一个最大国际合作项目-短时聚变功率可达40~50万千瓦的国际热核聚变实验堆(ITER)正在建造并取得进展.ITER将为进一步建造可长时间"燃烧"的聚变能源堆提供重要科学和工程技术基础.为了获得具有实用意义的聚变能,任何聚变能源堆均要消耗大量氚,因此氚的自持将是开发聚变能源最重大的挑战之一.
  • 摘要:本文介绍了化石能源及各类核能的前景,提出了Z-箍缩驱动聚变裂变混合堆概念,初步论证了这种堆的技术可行性.并认为,这种堆具有优良的品质,可以成为千年能源,为解决能源、环境及气候问题提供了一条有效的技术途径.
  • 摘要:氚是核聚变不可缺少的核燃料.可控核聚变堆氘氚燃料循环及面临空前大的氚操作量与处理速度、氚的精确测量与计量、安全包容与防护以及涉氚材料与器件的氚氦相容性问题等技术挑战.通过科技部磁约束核聚变能研究专项的支持,国内在聚变堆产氚实验包层氚提取、聚变燃烧氦灰中氚的回收、水去氚化、氢的同位素分离、氚的贮存与快速供给、氚测量与计量、气氛除氚等"氚工厂"关键技术领域取得了显著进展,主要表现在:完成了中国参试ITER产氚TBM克量级氚规模氚提取系统的概念设计并基本掌握了分子筛或活性金属回收或捕集氦气中微量(ppm级)氚、微色谱及低记忆电离室分别测量氢同位素及氚等技术;启动了针对中国聚变工程实验堆(CFETR)氚工厂的前期概念设计和核心技术的原理性实验研究工作,基本掌握了磁约束聚变堆氚工厂的概念设计以及等离子体排灰气氚回收、氢同位素分离、水去氚化、氚包容等氚工厂子系统的原理性技术;基本掌握了固态氚增殖剂、阻氚涂层等涉氚材料的小批量制备技术并达到国际先进水平;组建了"氢同位素工程技术研究中心"、"聚变堆氘氚燃料循环技术研究中心"、"氚与材料循环作用研究中心"等对外公开的涉氚技术研究平台,开发了TBM氚提取、氚燃料纯化与分离、氚贮存、氚测量等原理性实验系统及关键设备的原型样机,培养了一批年轻科技骨干.
  • 摘要:氚是珍贵的聚变堆燃料,在自然界几乎不存在.目前国际上商用/实验用氚主要来源于CANDU型重水堆,价格非常昂贵.1GW聚变功率每年消耗的氚将达到55.6kg.氚的半衰期为约12.3a,每年有5.47%的氚衰变损失.因此,在聚变堆启动时,必须提供氘氚燃料维持等离子体燃烧,同时要求包层增殖足够多的氚,维持聚变燃烧的持续进行,实现氚的自持以及为下一个聚变堆启动所需的氚燃料.本文分别完成了对ITER,FETR,DEMO/FPP的系统氚循环自持性分析,并深入研究分析了其主要影响因素,总结并提出了聚变堆氚自持所面临的现实技术挑战。另一方面,以满足启动氚投料量为前提,完成了可用氚资源可持续性评估,包括现有商用氚资源总量以及潜在的产氚途径。通过对典型聚变堆概念的分析对比,给出聚变堆发展路线在“氚”视角的建议。
  • 摘要:报告简要回顾聚变堆氚增殖包层的设计要求、设计进展及相关技术的研发情况.报告对聚变堆氚自持问题(TBR),氚增殖剂材料、中子倍增材料、防氚渗透涂层材料的要求与技术开发做了介绍.报告还将介绍中国承担的ITER TBM项目的设计、研发进展和实验计划情况.
  • 摘要:主要讨论基体的组织因素,如析出相类型、体积分数和尺寸,位错密度,马氏体板条宽度;陶瓷涂层的晶体结构和组织等因素对渗氢速率的影响,并结合实验和理论计算的结构讨论这些因素的影响,在此基础上提出新型防渗陶瓷涂层的制备方法.
  • 摘要:氚增殖是发展聚变能源必须解决的关键科学问题和工程技术.固态氚增殖剂是氚增殖包层的核心功能材料之一,其产氚性能、氚释放、氚提取率、材料的辐照稳定性、热稳定性及与结构材料的相容性等是氚增殖包层设计的基础.现阶段在没有大型聚变中子源条件下,裂变反应堆提供的热中子场是研究固态增殖剂产氚、释氚和辐照性能等的重要手段.中国工程物理研究院核物理与化学研究所在ITER专项和院所配套经费支持下,设计与研制中国第二条反应堆在线辐照产氚-提氚回路,为聚变堆氚增殖材料的在线辐照考核、氚工艺的开发和辐射防护工程技术奠定了坚实基础.
  • 摘要:本文从氚的特性和危害出发,分析氚排放管理的目的和重要性,详细介绍核电厂及其他核设施气、液态流出物氚排放标准和排放管理要求及其制定,并进一步探讨核设施氚排放管理中的主要问题,如:氚源项的计算、厂址规划容量的确定、水体稀释能力要求、氚排放量申请值的确定、废液输送和排放管线防泄漏设计,以及环境水体中氚的取样和监测等.本文还简要分析了缺乏受纳水体核电厂氚排放标准的适用性问题,最后对中国核设施氚的排放管理、缺乏受纳水体核电厂氚排放标准的制定提出建议.
  • 摘要:建立了一套水中氚的电解浓集装置,一次可以电解12个样品.水样初始体积为250mL,电解后的体积是8mL.每个电解槽的电压(3.0±0.2)V,电流(12±1)A,电解后样品中氚的浓缩倍数是20±0.5倍,完成电解总共需要72h.用Quantulus1220液体闪烁谱仪(本底1.0cpm)测量,最小可探测限是0.12Bq/L.
  • 摘要:钯作为氢同位素贮存和分离材料近年来被广泛应用于聚变燃料循环和氚处理工艺中.然而纯钯在多次吸放氢循环后,由于内应力作用会发生粉化,进而影响其吸氢量和动力学性能.更为严重的是,在同位素分离过程中,粉化的钯颗粒会导致热阻和气阻增大,影响分离系统的分离效率和工作稳定性.因此,在应用中多采用将多孔载体与纯钯制备成复合材料.目前应用的载钯材料中,中空多孔的硅藻土负载金属钯颗粒形成的载钯硅藻土(Pd/K)复合材料作为分离材料具有众多优点。
  • 摘要:氚自持是实现聚变能源、聚变-裂变混合能源应用所必需达到的条件.氢同位素分离技术是实现氘氚燃料循环的核心技术,也是实现氚自持不可缺少的关键单元技术.在同位素分离技术方面,科研人员研发了很多方法,例如:电磁分离、蒸馏(精馏)、化学交换、电解浓集、离心分离、色谱分离、激光分离等.这些分离方法各自有不同的特点,工程化程度也各不相同.针对氚自持中的氢同位素分离,重点研究了气相色谱分离氢同位素的方法.
  • 摘要:大规模氢同位素分离技术为聚变堆运行所必须.置换色谱系统简单,如能扩大分离规模,就有应用于聚变堆燃料循环系统的前景.本工作在前期原理性实验研究的基础上,建立了一套中试规模的低温钯置换色谱试验系统,开展了一系列分离试验,验证了前期原理性实验摸索出的实验流程、初步的控制参数及扩大规模的可行性等.实验结果表明:该实验流程可行、易操作,但扩大规模的分离柱在设计上出现了较大变化,分离柱的结构设计需综合考虑加热、制冷方案;由于分离柱规模的扩大,分离柱的冷却方式也有较大改变,改用液氮冷却手动控制,温度控制难度加大;验证了该方法应用于中等规模的氢同位素分离的可行性,在-60℃下,按4L/min的流量计算,若24h不间断分离,其处理能力>250mol/d,因此该方法可进一步扩大分离规模;后期在进一步小实验工艺摸索更加完善的基础上,中试规模或大规模分离在更优化的条件下将可能取得更好的分离效果.
  • 摘要:采用化学浸渍法,以孔径10μm的不锈钢过滤板为基板,沉积了Pd纳米颗粒膜,制备出Pd不锈钢氢氧复合催化板.将催化板样品分别浸泡在接近安全壳实际工况的多种毒化气体中,检测其催化性能的变化.结果表明:分别在最高浓度80mg/m3的甲醛气体,30mg/m3的碘蒸气,50g/m3的BaSO4气溶胶中浸泡3h后,催化板的消氢时间均小于1min,消氢效率均大于90%,消氢性能未受明显影响.
  • 摘要:随着中国核技术的发展,到寿期的反应堆面临退役,核电布局向内陆扩展,后处理厂的建设已提上日程,聚变堆作为解决人类能源供应的途径之一也已经列入核能可持续发展的中长期计划.聚变堆,后处理厂,及其它涉及氚的核设施的运行和退役,都会产生中、低水平含氚废水.核能行业的发展和不断修订的日渐严格的中国排放标准,需减少放射性物质向环境的释放,使得对开发"安全有效的处理和处置含氚废水"方法的需求不断增加.含氚废水的脱氚技术主要包括电解、水蒸馏、低温精馏、液相水-氢同位素交换(LPCE)、双温液相催化交换法、联合电解催化交换法(CECE)以及几种工艺组合的如水蒸馏联合CECE、水蒸馏+电解或CECE+热扩散等分离氢同位素的方法。这些方法在处理不同含氚浓度和不同规模的含氚水时具有各自的优势。
  • 摘要:在聚变反应堆或聚变-裂变混合能源堆(简称"混合堆")的环形室中,随着聚变反应的进行,氘氚逐渐消耗,聚变产生的氦逐渐增加.氦及其它杂质气体的积累会导致等离子体逐渐降温,因此为了使聚变反应持续进行,必须不断将燃烧过的气体抽出环形室(称为"排灰气")进行净化处理.由于目前聚变装置中氘氚的反应率很低,大量没有反应的氘氚存在于排灰气中,从安全、环保及经济角度出发,必须对排灰气进行处理,回收其中的氘氚燃料.国内在TEP研究领域的起步较晚,目前仅在把膜分离、相关催化反应等单元技术方面取得了一些研究成果。
  • 摘要:高温气冷堆是由早期英国的美诺克斯(Magnox)型气冷堆和改进型气冷堆(AGR)发展而来.采用陶瓷型包覆颗粒燃料元件,采用耐高温的石墨作为慢化剂和堆芯结构材料,用化学惰性的氦气作为冷却剂.德国高温气冷堆的基本特征是采用独特的球形燃料元件堆积成的球床堆芯.自1959年起开始建造电功率15MW的AVR实验电站,1967年达到临界,成功运行了21年,于1988年年底停役.高温气冷堆是一种安全性好,可用于高效发电、核能制氢和高温供热的先进核反应堆,在中国未来的能源系统中将发挥其独特的作用,1992年3月国务院正式批准清华大学核能与新能源技术研究院(简称清华大学核研院)作为国家"863"发展计划立项建造10MW高温气冷实验堆(简称HTR-10),由清华大学核研院负责设计、建造、调试和运行.1995年6月正式开工建造,2000年11月20日开始装料,2000年12月1日在空气气氛下实现首次临界,2003年1月26日19时30分达到额定热功率10MW,一回路工作压力为3.0MPa,氦气出口温度为700℃,进口温度为250℃.二回路汽轮机前蒸汽温度为435℃,压力为3.5MPa,给水温度为104℃.高温气冷堆氚(3H)的产生和释放途径与水堆有很多不同.氚的产生途径包括裂变反应产生、中子与硼和控制棒中的可燃毒物的活化反应。为了研究HTR-10运行时氚的产生和排放情况,评价对环境的影响,为设计提供基础数据,在开堆前和堆在3MW热功率稳定运行期间,分别取二回路和三回路(冷却水回路)进行3H测量,并进行环境影响评价。
  • 摘要:介绍了CNDQ-2/1.0型制氢工艺,分析了其优缺点及与高纯氢气制备的差距,利用常规技术和膜扩散法原理,提出了两级纯化技术,即利用钯膜透氢理论对现有制氢工艺生产的氢气进一步纯化,开发出了一种高效的钯膜纯化装置,确定了二级纯化工艺流程,对装置进行连接和调试,开展了一系列试验,摸索出了钯膜装置的最优工作参数,试验证明钯膜纯化装置在工作范围内可以稳定、可靠、高效地将一级纯化产出纯度为99.96%的氢气提高到纯度大于99.999%.
  • 摘要:随着人类对核能利用的增加,反应堆的辐射安全受到了越来越多的关注.氚已成为核电站环境影响评价中受到重点关注的核素,也是发展内陆核电站安全审评中的关键核素.德国AVR高温气冷堆在二十多年运行中积累了宝贵经验,并对一回路冷却剂中各个重要核素进行了实验测量,其中包括H-3、C-14和Co-60等核素.而国内高温气冷堆上仅有一些理论计算,实验研究相对缺乏.本文研究了H-3在高温气冷堆中的产生机制,总结了高温气冷堆H-3年产生计算量,根据其释放特点,设计了HTR-10一回路H-3取样测量支路,对已经开展的高温气冷堆中H-3的实验研究工作进行简要介绍.现有的实验结果表明,H-3是HTR-10一回路最为重要的活化产物之一.分别测量一回路氦气和粉尘中H-3的活度浓度,表明H-3存在通过氦气流和粉尘2种传输途径.
  • 摘要:氚水是压水堆核电站主要的放射性流出物之一,氚水进入环境后直接参与自然界的水循环,而快速迁移进入生物体.氚可以迅速被自然界中的所有生物体所吸收利用,并以直接或间接的方式对人类健康造成影响.氚的半衰期长,具有较大的分子交换速率,可以与生物体内的有机组分结合.目前,氚已成为核电厂环境影响评价中关注的核素之一.《核动力厂环境辐射防护规定》(GB6249-2011)规定了内陆厂址液态放射性流出物排放的浓度控制值和受纳水体中的核素浓度限制,因而,内陆核电厂液态氚排放的限制也受到利益相关者的广泛关注.本文对中国不同核电厂气态氚和液态氚的排放,及其辐射环境影响的评价方法和结果进行对比和分析,为合理评价氚的环境影响及降低核电厂氚排放的辐射剂量影响(尤其是内陆核电厂)提供建议.
  • 摘要:中国聚变工程实验堆(CFETR)是由中国聚变堆总体设计组牵头设计的托克马克型聚变反应堆,其中一个最主要的目的就是验证氚能否"自持".必须建立一个完整的氘氚燃料循环系统以确保氚的"自持",包括"内"循环系统和"外"循环系统.其中氘氚燃料"内"循环系统的功能是回收等离子体排灰气中未燃烧完全的氚,然后再作为燃料馈入等离子体真空室;而氚燃料"外"循环系统的功能是氚的增殖与提取,以补充氘氚聚变所消耗的氚.同时,也需建立一整套氚安全系统,以实现氚的包容及含氚气体和含氚液体中氚的回收,从而尽可能降低氚的损失.
  • 摘要:氧化铝弥散强化铜合金因其具有良好的导热性以及较高的强度,被考虑作为国际热核实验堆(ITER)的热沉材料.同时由于氚在材料中的渗透滞留行为关系到聚变堆运行的经济性和安全性,必须深入研究.本工作通过气体驱动渗透平台测定了实验温度从621K到803K时Al2O3弥散强化铜合金的氘气渗透参数;通过热脱附谱实验平台记录了2种Al2O3弥散强化铜合金以及CuCrZr的热脱附曲线.结果表明:Al2O3弥散相对氘气在材料中的渗透率基本没有影响,而扩散系数比纯铜和CuCrZr都低且在低温时显著下降;2种Al203弥散强化铜合金均有3个脱附峰,而CuCrZr合金只有1个脱附峰,牌号为GlidCop Al15的弥散铜合金脱附总量在所有样品中最低.
  • 摘要:ZrNi以其低吸氢平衡压力、高吸氢容量和较好的抗歧化性能,近年来在氢同位素处理领域受到越来越多的关注.但ZrNi合金吸氢过程中会出现双坪台,使得合金氢同位素处理性能受到影响.论文以ZrNi合金为基础,研究了Ti,Co元素添加对ZrNi合金贮氢性能、抗歧化性能等的影响.研究表明,ZrNi合金中Co的添加提高了合金的第一个吸氢坪台压力,同时降低了第二个吸氢坪台压力,在ZrNi0.6Co0.4合金中,Co的存在使得合金的2个吸氢坪台在宏观上被调节为1个单坪台,但合金的抗歧化性能与ZrNi合金相比明显降低.因此,需对ZrNi0.6Co0.4合金的抗歧化性能进行改善.Ti在Zr-Ni-Co合金中的添加,可有效提高合金的吸放氢平衡压力,明显改善了合金的抗歧化性能.综合Ti-Zr-Ni-Co合金的各项性能参数,最终优化出的Ti0.1Zr0.9Ni0.6Co0.4合金具有适中的吸放氢坪台压力、较小的滞后、较好的吸氢性能和抗歧化性能,表现出良好的氢同位素处理能力.
  • 摘要:通常情况下,金属或者合金的氕化物、氘化物和氚化物的稳定性不同,从而体现同位素效应.这种效应在氢同位素的处理中有许多的应用,例如氢同位素的富集、分离、纯化及再生等.在材料的各种性质中,影响同位素效应的主要因素是合金的平均价电子浓度(e/a)和几何因素.在本文中,系统地研究了Ti-V-Cr系合金中,e/a和晶格常数对同位素效应的影响.对于前者,V含量固定在40at.%;而后者的e/a则固定在5.
  • 摘要:结构材料中的氢同位素渗透行为严重影响聚变堆的安全性和经济性.铁素体钢被认为是ITER和未来聚变堆包层极具潜力的候选结构材料,然而由于铁素体钢渗透率较大,因此在包层中需要在其表面增加一层渗透率极低的陶瓷阻氢渗透层.原位热氧化制备可以很好地解决包层内复杂构件表面阻氢涂层均匀性难题.氧化铝由于其高致密、高阻氢渗透效率被欧盟选为阻氢渗透参考材料.本文以商用Fe-Cr-Al钢(Cr22wt%,Al5wt%)为主要研究对象,通过800℃空气中90h保温获得热氧化层,利用氘气体驱动渗透装置对热氧化钢样品及未氧化钢样品的渗透参数进行测试,探寻含铝铁素体钢的阻氢应用可行性.实验结果显示,热氧化钢样品的氘气渗透率相比文献中F82H钢样品低约2个数量级,比文献中304不锈钢低约1个量级.带深度剖析X射线光电子能谱测试在氧化层中发现氧化铝,TEM对氧化层表征及晶型的确认正在进行中.
  • 摘要:由于低活化铁素体/马氏体钢(RAFM)较之奥氏体钢具有更优良的性能,因此RAFM钢被广泛认为可作为未来聚变示范堆DEMO和ITER氚增殖试验包层模块的第一候选结构材料.目前,中国RAFM钢的研发取得了显著进展,其高温力学性能以及初步的抗中子辐照性能均能较好地满足预设指标.但由于起步较国外晚,有关氢同位素驻留机制的研究尚在起步阶段.实验表明,2种钢在未充氘的情况下,均具有良好的塑性,而在500℃,5bar,10h充氘后,其塑性均出现了明显的下降,并表现出了沿晶断裂特征;氢脆敏感性指数分别达到了18.65%和45.98%。其中Cr含量相对较少的CLF-1钢较CLAM钢表现出更强烈的氢脆敏感性、较大的溶解度和较小的扩散系数。
  • 摘要:核聚变技术具有安全、清洁和燃料资源丰富的优势,是人类未来主要能源的希望所在.目前核聚变技术的热点之一就是氚增殖剂(锂基陶瓷)等聚变堆材料的相关研究.在锂基陶瓷材料中锂与中子反应生成氚过程中,会产生MeV的氚和氦离子,这些离子与氚增殖材料的相互作用会在材料中形成多种类型的缺陷,这些缺陷影响氚增殖材料的功能性以及"自持"氚在生成后的输运过程.因此,研究氚增殖材料的MeV离子辐照效应十分必要.离子激发发光(ion beam induced luminescence,IBIL)可以在离子辐照的同时通过探测外层电子激发跃迁产生的发光光谱,研究材料本身及辐照过程中产生的缺陷的种类、结构以及缺陷的演变情况,是一种高效实用的研究离子辐照效应的实时分析技术。利用IBIL研究MeV离子辐照氚增殖材料缺陷的形成及其变化情况,可以深入研究缺陷对氚在材料中的扩散以及表面释放行为的影响。
  • 摘要:金属氢化物床是国际热核实验反应堆(ITER)中大规模氢同位素贮存和供给系统的重要组件.本文瞄准ITER对金属氢化物床在贮存容量和放气速率方面所设立的技术指标,采用了一种双薄壁同心管状床体结构,建造了全尺寸的锆钴(ZrCo)合金床和贫铀(DU)床,并对二者的吸/放气性能、热结构稳定性及实验条件对ZrCo床吸放氢性能的影响进行了系统的实验研究.实验表明,所建造的ZrCo床和DU床都能在较快的吸氢速率下达到贮氢容量17.5mol的技术指标.增加缓冲罐和涡旋泵的使用不仅可以促进ZrCo床的放氢过程,还能降低ZrCo的歧化程度.相比于ZrCo床,DU床表现出了更加优良的放氢性能,其在20Pa.m3/s的平均放气速率下可在30min内放出16.4mol(93.7%贮氢容量)的氢气.此外,DU床还表现出了优异的吸/放氢循环性能,经过10次循环其吸/放氢量和吸/放氢速率基本没有出现衰减的迹象.研究结果显示,双薄壁同心管状DU床可作为一种较好的备选床用于氢同位素的快速贮存与供给.
  • 摘要:本文建立氚水染毒小鼠模型,采用甲基化DNA免疫沉淀-芯片(MeDIP-chip)杂交技术分析小鼠肝组织基因启动子CpG甲基化情况,并检测了肺、肝、肾脏组织DNMT1的表达水平.结果显示,不同浓度氚染毒10d的小鼠肝脏组织基因组出现了新的甲基化位点,而且高浓度和低浓度染毒组的共同发生甲基化的基因有19个、17个发生在启动子的CpG.随着氚水初始注入量增加,累积剂量增大,肺、肝、肾组织DNMT1表达量相应降低.氚水初始注入量为5.55×105Bq/g时,随注入后时间延长,累积剂量增大,DNMT1表达量下降后再恢复.实验结果提示,甲基化改变的差异基因可能在氚水内照射损伤时起调控作用,不同组织中DNMT1的检测可用于辐射损伤的早期检测或损伤恢复的评估.
  • 摘要:BIXS技术(β衰变诱发X射线谱技术)是一项无损的氚分析技术,该技术通过探测含氚材料中氚β衰变发出的β射线与材料相互作用产生的韧致辐射与特征X射线来分析材料中氚的含量及深度分布.其优点主要体现在:能够实现在线及原位测量,分析深度大,对于高原子序数的材料能达到100μm,对低原子序数的材料能达到1mm,尤其是对材料没有损伤.BIXS技术可用于分析固体材料中氚的含量及深度分布,也可用于分析含氚废水及气态氚源中氚的含量.目前,BIXS技术已在JET,EAST及ITER等相关实验研究中得到了应用.经研究,Al膜最适合用作BIXS技术的β射线阻挡层,此时不仅排除了极化韧致辐射的干扰,还能够自由调节X射线探测器与样品之间的距离,尤其在考虑X射线计算精度时受到的影响较小。
  • 摘要:在核设施运行中,氚的排放是影响环境的主要因素之一.随着监管机构要求有效、准确监测所有烟囱排放,氚监测在核电行业已越来越普遍.氚的理化性质活泼,容易从容器溢出,造成工作场所及环境污染.氚为纯β辐射体,Eβmax为18.6keV,在空气中的最大射程只有约5mm,直接测量困难,尤其是当现场存在较强γ场时.因此需要进行取样,用液闪或质谱法测量.研发的WF-ASE-2T01鼓泡法取样器通过四级串联的收集瓶实现气体样品的收集,主要由电气控制单元、催化氧化单元、冷却回路、收集瓶、抽气泵等组成。
  • 摘要:在能源问题日益严峻的今天,发展清洁、高效、可控的聚变能源成为全人类的共识.目前最具前景的可控磁约束热核聚变构想是利用氘氚聚变反应(D+T→α+n)产生的能量进行发电.然而氘、氚均为氢的同位素,性质活泼,很容易与壁材料相互作用,并停留在壁材料中,从而引发材料的氢脆、氦脆、起泡等材料损伤,甚至造成放射性污染等,不仅减少了材料的使用寿命,而且影响等离子体的稳定性,降低燃料利用效率.因此燃料滞留是热核聚变堆下一阶段的亟须攻克的难题.北京大学重离子物理研究所的4.5MV静电加速器具有核反应分析(NRA)所需的合适的能量及流强,基于这台加速器建立了多能点NRA的D深度分布分析系统,该方法利用D(3He,p)4He反应,采用多个能量(0.8-3.6MeV)的3He+入射,通过同时探测核反应产生的p,4He及背散射的3He,在较深的深度范围内获得了较好的深度分辨和较高的灵敏度。
  • 摘要:随着核能的发展,核设施排放氚对环境的影响和对公众的健康影响已引起了有关机构的关注.氢是组成生命体的最重要的核素,而氚是氢的同位素,核设施排放的氚极易进入环境介质中,并通过不同途径进入人体组织,对人体造成潜在的健康危害.一般而言,一座百万kW级核电站每年通过裂变产生的氘的放射性活度为560~740TBq,通常以通过气态或液体方式进入环境.如何科学测量氚的活度和评估剂量是核设施特别是重水堆及后处理厂生产过程比较关注内容.在氚的测量和剂量评估中比较关注问题如下:首先,如何科学确定核设施氚排放量问题.其次,生物体中氚的测量问题,再者,氚剂量评估模型还存在分歧,最后,各国核实施氚排放标准不一致。
  • 摘要:氚是氢的同位素,由于氚特殊的核性质,其在军事、工业、科学研究及其他领域得到了广泛应用,且随着聚变能源的开发与利用,氚的需求量将日益增加.由于氚的特殊用途,在《中华人民共和国核材料管理条例》第二条中明确规定:氚,含氚材料和制品是该条例管制的五类核材料之一.然而,在氚材料生产、贮存过程中,氚以不同形态存在于每一个生产环节中,如何对这些形态各异的产物进行实时分析、监控,准确测量氚含量,对测量方法进行正确评价,进而生产线是否闭合衡算目标要求,是氚材料管制的重点内容.
  • 摘要:超低本底液闪谱仪是低水平放射性测量的必需设备,在地质、环境和生物医学领域有广泛应用.液体闪烁谱仪是测量环境β放射性核素最常用的设备,特别是3H和14C的测量,液闪方法占据了半壁江山.目前应用的超低本底液闪谱仪主要是国外产品,而无国内同类产品.开发可与国外产品匹敌的国内产品是低水平放射性测量的强烈需求.介绍了LSA-3000超低本底液闪谱仪的主要技术指标、淬灭指示参数等。
  • 摘要:随着国际热核聚变实验堆ITER顺利进入工程设计阶段,使得以氘氚作为燃料的第一代聚变堆商用供电成为可能.一座1000MW的磁约束聚变堆每年用氚量达数百千克,由此带来氚材料的大规模需求.此外,部分反应堆(不包括生产氚的专用反应堆)在运行过程中,由于核燃料元件裂变核的三裂变和裂变中子在控制棒中,冷却剂中和在有关结构材料中的活化反应都会产生一定数量的、并不希望要的氚.这些氚的相当部分进入环境,成为环境氚源的一部分.因此,氚的计量问题随着其应用范围的扩大和环境问题的日益尖锐而受到重视.氚辐射β粒子的平均能量只有5.67keV,用质量厚度为7×10-3kg/m2的物质即可完全吸收,在空气中的最大射程也只有5mm。氚在探测器中的自吸收会严重影响测量的准确性。氚样品的标准化测量有微量热法、内充气正比计数法和液体闪烁计数法。
  • 摘要:2013年度秦山核电基地外围部分生物样品中有机结合氚含量范围为0.13~6.8Bq/kg,各种食物中有机结合氚(OBT)所致秦山核电基地外围居民年待积有效剂量最大值为>17岁年龄组的8.6×10-2μSv/a,占年剂量约束值(0.25mSv/a)的0.03%.
  • 摘要:在磁约束聚变技术研究中,放电时真空室内实时氚量将高达数百克,氚在等离子体面壁材料(plasma facing materials,PFMs)中的滞留是聚变堆涉氚技术研究中的关键问题之一.钨(W)是ITER偏滤器的结构材料,也是未来DEMO堆的重要候选材料,在ITER运行状态下将受到高达1024/(m2.s)的DT等离子体辐照.因此,通过分析测量W中的氚信息,研究氚在W中的滞留行为是聚变堆PFM研究的重要内容.BIXS(beta induced X-rays spectrum)是一种有效的材料中氚深度分布技术,可实现比直接beta射线测量高2~3个数量级的深度分析.在已开展的研究中,采用辉光放电的方式在HPW(high purityW,99.95%)中注入能量为200eV的氚,并分别在400,500,600,700K下进行退火处理.实验过程中采用BIXS对样品中的氚进行测量,并分析氚在不同条件下的滞留行为.此外,还采用离子径迹模拟程序TRIM对初始氚原子注入深度分布进行了计算.结果表明:在初始状况下,注入的氚均分布在W样品表层约10nm以内,在多次退火下,氚在W中的分布趋于均匀,且在500K下的氚解析率最高.
  • 摘要:BFQT-7型质谱计是一种高分辨率气体同位素质谱计,主要用于H,D和T丰度的分析测量.BFQT-7型质谱计结构复杂,使用和操作方法与同类质谱计不同,根据仪器设计方案和使用经验,对该型仪器的操作方法进行了总结和规范.本文主要介绍了该型仪器的启动和样品分析的操作方法.
  • 摘要:为研究环氧树脂胶在氚气氛中的辐照老化行为,进行了不同氚压、时间下胶体的贮存实验.通过拉曼、质谱等实验方法分析了胶体的结构变化过程,结果表明:在氚衰变产生的β射线照射下,胶体发生了很明显的结构变化,加速了其老化速度.
  • 摘要:通过研究不同金属吸气剂对D2,N2,CH4气体的去除工艺及去除性能,获得了除杂质金属吸气剂和除氘金属吸气剂的优化组合,掌握了组合吸气剂对惰性气氛下微量D2,N2,CH4气体的去除工艺.经500℃、真空度<10-1,2h活化后,Zr2Fe合金在室温下具有较高的除氘效率和循环稳定性.此外,Zr2Fe合金对N2也有较强的吸附能力,但不吸附CH4.
  • 摘要:使用金属吸气剂捕集和净化惰性气氛中的氚,是常用的氚净化方法.随着吸气剂吸收氚量的增加,吸气剂的吸氚性能会逐步下降,降到一定程度时,就需要对金属吸气剂柱进行氚的解吸回收,达到再生活化、恢复吸氚性能的目的.Zr2Fe是常用的氚吸气剂,实验针对该材料进行了模拟氚释放和泵输转移.使用极限真空低于1Pa的转移泵组,在500~700℃下对吸氢量为10%饱和氢容量的Zr2Fe床柱进行的氢回收实验结果表明,温度越高回收速率越快,回收效率也越高,700℃下4.2h内氢回收率可达99.9%.
  • 摘要:低活性铁素体/马氏体(RAFM)钢相对奥氏体钢来说具有更好的抗辐照肿胀性能,被认为是未来液态氚增殖包层的优选结构材料.因此在RAFM钢表面制备阻氚膜层是阻氚涂层研究领域非常重要的研究方向.Al2O3涂层具有较高的阻氚因子、较稳定的物理化学性质,是目前阻氚性能较好的涂层材料.金属铝原位氧化技术是制备Al2O3阻氚涂层常用的方法之一,该方法先在基体材料上制备金属铝层,再通过高温退火及氧化的方法获得FeAl层及Al2O3层,制备的氧化铝涂层与基体材料结合力较好,但首先要在基体上获得致密的金属铝涂层.铝涂层的制备方法有热浸铝、热喷涂、溅射沉积和气相沉积等.电镀铝有自身优势,通过调整电镀工艺参数,可在各种形状结构件内外表面制备致密和厚度可达数百微米且可控的镀层.然而由于铝的标准电位比氢负,因此不能使用水溶液作为电解质进行电镀.离子液体具有较宽的电化学窗口、较强的化学稳定性,近年来被广泛应用于活泼金属的电沉积研究中.
  • 摘要:选择蛭石、粘土、Norcha Petrobond polymer3类材料作为泵油的吸附剂,实验研究了它们的吸附性能,包括吸附剂的吸油率、吸附速度、渗油率、体积膨胀率与抗压能力,确定了它们适用于泵油吸附并具有长期稳定性的油质比.最后经综合考虑,推荐采用膨胀蛭石或Norcha Petrobond N910作为含氚泵油的吸附剂.
  • 摘要:国际热核聚变实验反应堆(ITER)、涉氚核设施退役以及内陆核电站建设均对大规模低氚丰度的氢同位素气体的分离提出了需求.色谱分离具有成本低、工艺相对简单、规模可扩展的优点,是一种潜在的适合于大规模低氚丰度氢同位素分离的方法.本文采用工艺模拟的方法对5A分子筛低温洗提色谱分离低氚丰度氕氚氢同位素的工艺进行了探索.
  • 摘要:国外研究表明,每居里氚生产成本在数美元,而处理和管理费用则要高几个数量级.材料表面氚污染处理主要有从放射性保护的目的从物体表面除氚以减少污染;从重复利用的角度除氚使物体可用于无氚环境;除氚以维持特定地点氚总量限值;从物体表面除氚从而使其可以在更低受限环境中进一步处理,以满足运输、包装和处理的需要几种情况.而无论氚处理是为满足哪种情况,首要考虑的则是安全和成本.本文分析了表面氚污染作用机理,总结介绍了物理方法、化学方法和力学方法(或三者组合)氚污染去污技术研究现状.
  • 摘要:LAT1氨基酸输运体主要负责输运具有支链的中性氨基酸分子,不仅在血脑屏障上,而且在多种恶性肿瘤细胞上有过度表达,因此成为老年痴呆症和癌症研究的重要研究靶标之一.LAT1对氨基酸的输运不依赖于Na+梯度,通过LAT1而输运的氨基酸,细胞流入和流出的比例为1∶1,即输入和输出的氨基酸是等量的.依据LAT1的上述特征,把L-[3H]Phe预先注入到所要研究的细胞内,再把细胞培养在不同的氨基酸营养液中,运用闪烁计数的方法监测细胞内剩余的L-[3H]Phe,就能够实现LAT1对不同种类氨基酸输运能力的评价.
  • 摘要:××充氚工艺是在二级容器内不锈钢高压管道系统中进行,二级容器包容在手套箱内,工艺部件主要由氚罐、初增压铀床、增压钒床和样品小室构成,高压充氘氚使用氚量约2.89×1014Bq.由于氚是一种低能β射线发射体(半衰期12.3年,β射线最大能量18.6keV),其危害主要是通过吸入或渗入体内,造成辐射效应和生物化学作用.虽然氚属于低毒性放射性元素,但长期在氚量较大的环境中工作也会导致氚在体内的累积,造成工作人员的健康风险.因此,在氚靶生产的充氚工艺过程中,必须开展充氚工艺手套箱内的氚浓度在线监测、工作人员的尿氚定期测量、含氚尾气收集处理等有效的辐射防护措施,以保障工作人员的职业卫生安全.在氚靶生产的充氚工艺过程中,必须开展充氚工艺手套箱内的氚浓度在线监测、工作人员的尿氚定期测量、含氚尾气收集处理等有效的辐射防护措施,以保障工作人员的职业卫生安全。
  • 摘要:氚是氢的同位素,也是重要的战略核材料.随着聚变能源技术研究的发展,氚的操作量越来越大,随之产生的含氚废物的处理已成为急待解决的问题.不同于其他核素污染的放射性废物,氚具有较强的渗透性和迁移性,极易透过材料扩散到环境中或进入材料内部,从而破坏材料本身性能.因此对含氚废物进行包装整备时需选择具有较好阻氚性能的包装材料,且需建立能对氚进行较好包容的整备工艺,使包装体的释氚率满足10-5/月的要求.
  • 摘要:低温精馏在20~25K的深冷温度下实现6种氢同位素分子的分离,具有处理量大、分离因子高、连续操作的优势,适合于重水提氚和聚变氘氚循环等大规模氢同位素分离领域.从重水堆内提取氚是一种经济、高效的产氚方法,同时可以大幅降低反应堆操作和环境中氚泄漏风险.加拿大在20世纪80年代建成的DTRF重水除氚装置为20套重水机组服务,处理量为19300m3/d,每年可提氚2kg.韩国于2007年建成的WTRF重水除氚装置为4套重水机组服务,气体处理量为5300m3/d,截至2013年提氚2.5kg.上述两套装置均采用了四柱级联的低温精馏分离工艺.在聚变氘氚循环领域,美国LANL建起了综合性演示装置TSTA,氢同位素分离采用四柱级联的低温精馏系统,1981年投入运行,后期不断提高氚操作量,1986年9月和12月进行2次综合性实验,1987年达到100g氚规模.CFETR氘氚循环中对氢同位素分离需求约500m3/d(不含低品位含氚水处理),氚在精馏系统操作量为100g量级.
  • 摘要:氢同位素的分离对氚的生产和应用工程有着非常重要的意义,无论采用何种分离方法,都离不开相应的分离单元或装置的支持.目前,采用装填有颗粒状催化剂或吸附剂的分离单元是较为普遍的做法,接触孔隙结构有利于充分发挥催化剂或吸附剂的功能.该类分离单元通常在低温、高温或冷热交替的环境下工作,为了对分离方法的效果和可行性进行评估,需要研究单元内的温度分布情况,因此,十分有必要开展分离单元的传热分析.本文以采用热载气吹洗装填分子筛颗粒的分离单元为研究对象,采用FLUENT分析分离单元内的传质传热过程,将单元内堆积的颗粒近似为均匀的多孔材料,用FLUENT的多孔介质模型描述颗粒介质,并且忽略气相与固相颗粒之间的传质作用,重点考虑载气在床体内部的传热,假定外壁与环境的热交换为自然对流。
  • 摘要:材料基因方法旨在于利用目前先进的理论计算方法,探索材料微观结构和宏观性能的内在关联,辅以实验数据的及时反馈,建立多组元材料物理化学性能数据库,为材料研究和系统设计提供更强并更为丰富的计算和分析能力,以期实现将材料研发时间缩短超过50%的目的.本研究利用热力学计算(CALPHAD)和第一性原理计算(ab inito),依托北京有色金属研究总院能源材料与技术研究所工程化开发平台,研究采用由低元到高元逐级进行合金设计的方案,基于第一性原理和热力学计算,得到了Ti-Zr,Ti-Zr-V,Ti-Zr-V-Fe基合金物相结构、吸氢容量、吸氢平衡压力等特性一与成分的关系,确定了多元合金的最佳成分范围,并进行了试验验证,在实际试验数据反馈的基础上,通过进一步优化设计,最终开发出了具有自主知识产权的高容量、高吸氢速率的新一代高性能钛基吸氢材料。
  • 摘要:氢(氘、氚)渗透是聚变堆材料所面临的难题之一,在结构材料表面制备稳定可靠的氧化物涂层,不仅能保证结构材料的性能,又能抑制氢的渗透,是防氢渗透的有效方法之一.本研究采用反应溅射制备技术,在316L不锈钢上制备了Al2O3涂层,研究了涂层厚度与微观结构,以及氢渗透性能之间的关系,并对涂层的热循环性进行了评估.结果表明:Al2O3涂层的氢渗透压力指数为0.52~0.88,说明氢渗透过程机制为表面过程和体扩散过程共同控制,且体扩散过程随温度升高而增强.涂层厚度对涂层表面形貌和氢渗透性能有较大影响,涂层表面质量、阻氢性能都随涂层厚度增加呈先上升后降低的趋势.110nm厚的Al2O3涂层有优良的阻氢性能,热循环前后的氢渗透阻挡因子(PRF)分别达316和298.
  • 摘要:氢的存在形式及位置决定其在氧化物材料中的扩散行为.基于密度泛函理论的第一性原理计算,通过研究α-Al2O3中氢相关可能缺陷的形成能和迁移能垒,确定氢在α-Al2O3中的主要存在形式及其位置.结果表明:在富铝(贫氧)、富氢环境下,氢在α-Al2O3中主要以Hiq和[VAl3--H+]q两种形式存在(缺陷的价态q),但它们的稳定性比α-Al2O3表面的气态氢分子低.当含氢α-Al2O3体系达到热力学平衡状态时,氢在α-Al2O3主要以Hi+形式存在,并伴有[VAl3--H+]2-和Ho+形式存在的氢;VAl3-,Oi2-和Vo0等α-Al2O3的本征缺陷与Hi+相互复合的同时,能够单独存在;Hi+、[VAl3--H+]2-和Ho+等缺陷在α-Al2O3中平衡浓度较低是α-Al2O3能阻碍氢渗透的原因.增强α-Al2O3阻氚渗透性能的关键是增加正电性H间隙的扩散能垒.
  • 摘要:低活化钢是未来聚变堆的主要候选结构材料,聚变燃料氘和氚在材料中的渗透滞留行为事关反应堆的经济性和安全性.聚变堆中的高能中子辐照会在材料中产生各种不同的缺陷,这些缺陷是影响氘和氚渗透滞留行为的主要因素.氢原子在bcc铁中扩散行为的分子动力学模拟有助于理解缺陷对氘和氚的渗透滞留行为的影响机制,并对渗透滞留实验中的一些现象从微观角度给出解释.本文通过分子动力学的方法研究点缺陷(空位和自间隙原子)对氢在体心立方(bcc)铁中扩散的影响机制.
  • 摘要:针对中国ITER测试包层模块(TBM)、未来中国聚变工程实验堆(CFETR)等聚变堆氚增殖包层中的氚渗透、液态金属腐蚀以及磁流体动力学(MHD)效应等技术问题,原子能科学研究院氚材料与技术创新团队(TMT)在ITER专项国内配套项目的支持下,提出了满足锂铅相容性和自修复等长期服役要求的Fe-Al/Al2O3复合涂层设计思路,即在低活化铁素体-马氏体钢(RAFM)基材表面形成α-Fe(Al)相的Fe-Al过渡层,表面铝含量控制在16%~23%.并采用粉末包埋渗铝(PCA)+原位氧化工艺,从Fe-Al过渡层渗铝动力学及扩散动力学特性着手,通过低温高活性渗铝+高温扩散两步法工艺,实现了中国自主研发的氚增殖包层结构材料CLAM,CLF-1钢表面Fe-Al过渡层的铝含量控制;从Cr的第三组元效应着手,解决了相对低温下表面稳态α-Al2O3膜形成的原位氧化气氛控制问题,在满足RAFM钢热处理工艺规范的前提下,制备出具有良好阻氚、耐蚀、电绝缘性能的Fe-Al/Al2O3复合涂层,综合性能指标达到国际先进水平.
  • 摘要:使用分子动力学和蒙特卡洛方法,运用Materials Studio软件,构建纳米二氧化硅颗粒和溴化丁基橡胶长链,通过Amorphous Cell模块,构建了SiO2含量为0%和5%的SiO2/BIIR复合材料模型.计算模拟了H2,D2,T2在SiO2-BIIR中的溶解和扩散行为,运用自由体积理论机理讨论气体分子在聚合物内的扩散机理.结果表明:在氢的同位素中,H2在橡胶材料中的扩散系数最大,T2的扩散系数最小.氢及其同位素在SiO2/BIIR复合材料中的溶解度系数与其在BIIR中的溶解度系数较为接近.而扩散系数却小了1个数量级左右.这为提高材料的阻隔性能提供了一定的理论基础,很好地从微观上解释了小分子气体在SiO2/BIIR复合材料与溴化丁基橡胶中的渗透差异性.
  • 摘要:非晶态合金凭借其特殊的原子结构,具有比传统晶态材料更高的强度,同时与同成分的晶态合金相比,具有更低的密度,从而能为氢及其同位素原子提供更多的占据位置,而且为以上原子在材料内的扩散提供快速通道,进而在氢渗透膜的应用方面具有很大潜能.已有报道显示部分非晶合金膜具有与钯合金膜相当甚至更好的氢渗透性能.因此,结合钯金属对氢的唯一选择透过性,钯基非晶膜的氢渗透性能更值得期待.该课题利用电弧熔炼铜辊甩带的方法制备了Pd71.5Cu12Si16.5的非晶宽带,用常规XRD和短波长X射线应力分析仪进行结构分析,表明它具有完整的非晶结构。
  • 摘要:在本文中,通过磁控溅射过程在多晶硅材料上制备了2种类型的薄膜,常规结构钨薄膜和纳米柱状结构钨薄膜.除了在溅射过程中通过掠射角沉积的方法制备纳米柱状结构钨薄膜外,这2种薄膜的沉积参数基本一样,而这个掠射角为85°.同时一些纳米柱状结构的钨薄膜在1000℃下退火1h.随后,对2种结构的钨薄膜进行了80eV的氘等离子体辐照实验.通过扫描电子显微镜和X射线衍射仪对核辐照后的薄膜进行了表面形貌和微观结构表征.结果发现这2种薄膜显示出了很大的不同.对于辐照后的样品来说,薄膜表面都没有明显的起泡现象.
  • 摘要:核聚变能被公认是能有效解决人类社会未来能源问题与环境问题的主要途径之一.自上世纪80年代确立国际热核聚变实验堆(ITER)计划,并在本世纪初期完成ITER概念设计,核聚变能开发已经从基础研究阶段步入工程可行性阶段.按照预定规划,2019年完成ITER装置建造,2035年启建聚变示范堆(DEMO),2050年左右实现聚变堆的商业化应用.各国研究人员开发了诸多的W基材料。其中,W-K合金具有非常好的抗蠕变强度、韧性和较高的再结晶温度,因而被认为是未来聚变反应堆最有应用前景的面向等离子体材料之一。本文研究不同K含量W-K合金的高能H+粒子(1.95MeV)、低能He等离子体(100eV)及其组合辐照效应。通过扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)的观察,可以发现,W-K合金的抗高能H+粒子辐照性能随K含量的增加而改善。然而,对于低能He等离子体辐照而言,K含量增加的效应却是相反的。
  • 摘要:在未来的氘氚聚变反应中,"氚自持"是维持反应堆运行的关键性问题.同时由于聚变堆运行过程中产生的14MeV的聚变中子以及嬗变产物氢氦等会在氚增殖剂中产生各种缺陷,这些缺陷会影响氚的渗透滞留行为,因此增殖剂中氚的输运是一个非常复杂的过程.本文采用120keV的D+离子辐照Li2TiO3陶瓷材料模拟氚在增殖材料中的释放行为,研究氢同位素在Li2TiO3陶瓷中的动力学机理.对于辐照后的样品进行升温速率分别为5,10,15K/min的热脱附谱(TDS)实验,根据实验获得氘在Li2TiO3陶瓷中的扩散激活能为0.52eV,这被认为是氘与材料中空位的解离能.X射线衍射(XRD)分析结果表明,Li2TiO3晶体受到氘离子辐照后产生损伤,但是没有新的物相生成.TDS实验后样品的XRD分析结果显示,Li2TiO3晶体质量恢复到辐照前的状态,表明热退火可以有效地消除材料中产生的缺陷.扫描电子显微镜(SEM)分析结果表明辐照前后Li2TiO3陶瓷样品的表面和截面形貌没有明显的变化.在TDS实验过程中发现,Li2TiO3陶瓷在真空中退火会变成灰蓝色,而在空气中退火之后,样品又由灰蓝色转变为最初的白色.这一现象,可能是由于真空退火导致氧空位的增多造成的,相关工作还在进行中.本文根据计算出来的激活能并结合氚输运模拟程序(TMAP),进一步研究氢同位素的释放机理以及辐照缺陷对氢同位素释放行为的影响.
  • 摘要:氢同位素在第一壁钨中的渗透行为关系到聚变堆氚(T)系统输运与装置安全.开展氢在不同钨材料中的渗透研究,不仅可以为T输运模拟程序提供基本输运参数以预测装置T系统行为,也可以为第一壁钨材料的选择研发提供参考.由于钨固有的脆性导致渗透实验难于开展,文献中对钨的渗透研究报道较少且数据结果离散,钨中本征缺陷或粒子掺杂对氢渗透影响缺乏深入研究.
  • 摘要:钯的吸放氕、氘、氚的P-C等温线以及基于其给出的热力学参数的差异是钯的氢同位素效应的具体体现.钯-氢体系的同位素效应的根源是同位素气相分子和溶解原子的零点能不同.表征氢同位素效应强弱的参量一一氢同位素分离因子定义为:平衡状态下,重核同位素在气固相中的含量比,除以轻核同位素在气固相中的含量比.钯具有相当大的同位素效应(分离因子),氢同位素分离因子随着温度的升高而减小,不同工作给出的氕氘分离因子差异较大.基于钯的贮氢性能、氢同位素实验条件限制,钯的氢同位素分离因子研究工作主要集中在室温附近,较高温度(>90℃)以及低温(<0℃)的实验研究工作报道不多.
  • 摘要:RAFM钢作为聚变堆中重要的结构材料候选材料之一,在实际工况中面临着氚在其中的驻留现象,氚在结构材料中的驻留一方面导致燃料的暂时损失,另一方面影响结构材料的服役性能.本研究针对国内研发的2种牌号的RAFM钢CLAM和CLF-1钢中氢同位素的输运行为进行研究.
  • 摘要:锆合金因其具有优异的核性能及良好的耐蚀性,常被用作反应堆燃料元件的包壳和堆芯结构材料,是发展核电及核动力舰船不可替代的关键结构材料和功能材料.在核反应堆长期运行时,包壳管逐渐吸氢而析出氢化物,导致其性能降低.为保证反应堆的安全运行,有必要开展锆合金在反应堆中吸氢特性的研究,而堆外实验室条件下的研究是先期工作.为开展堆外相关研究,首先必须获得堆内包壳氢化的模拟样件.锆合金渗氢方法有高压釜渗氢、气相渗氢、电解渗氢等,气相渗氢可实现人为、快速渗氢,操作方便,且制备的试样表面质量良好,对开展后续研究工作无不利影响.本文拟通过大型渗氢设备对小直径薄壁低锡锆合金管开展气相均匀化渗氢工艺探索,制备出分布均匀、低氢含量的无裂纹试样,从而为开展故障复现试验提供样件。同时扩大大型渗氢设备的应用范围,突破传统的气相定量渗氢法对试样外形尺寸和数量的限制
  • 摘要:作为国际热核聚变实验堆中面向等离子体材料的候选材料,钨与氢及其同位素的相互作用受到了人们的广泛关注.近十几年来,国内外研究者开展了许多钨的氘离子注入实验,用以模拟氚在钨中的滞留、聚集、起泡等行为,但这些实验往往不能给出详细的微观过程和明确的物理机制.为了更好地理解氘在钨基材料中的行为,采用动力学蒙特卡罗(OKMC)方法为主体的多尺度模拟方法,研究了纯钨体系中高能氘离子的注入及热脱附行为,针对实验观察到的热脱附谱、滞留量饱和行为以及表面气泡现象做了一系列计算模拟.其中,模拟得到的热脱附谱、注入剂量-滞留量关系曲线与实验结果均能很好地吻合。发现在模拟的实验条件下,氘离子轰击产生的单空位是氘在钨中的主要滞留点.随着注入剂量的不断提高,空位浓度逐渐趋于饱和,总的氘滞留量在注入剂量1022D/m2附近达到饱和.
  • 摘要:纳米层状结构陶瓷(又称为MAX相陶瓷)材料Ti3SiC2和Ti3AlC2具有良好的热/机械性能,以及优异的抗辐照损伤性能,是新一代先进核能系统的重要备选材料之一.然而,对于新型水冷反应堆的事故容错燃料包壳材料或者是新型聚变反应堆的面向等离子体材料的富氢服役环境,MAX相陶瓷Ti3SiC2和Ti3AlC2的耐氢性能是决定其应用的重要指标.本文采用第一性原理计算方法系统研究了氢原子缺陷对Ti3SiC2和Ti3AlC2材料的电子结构特征、纳米层状结构稳定性、弹性性质的影响规律,分析预测了氢原子扩散行为以及氢与空位的相互作用行为,并采用热分析仪对Ti3SiC2和Ti3AlC2材料的高温临氢反应进行测试.研究结果表明,氢原子缺陷对Ti3AlC2结构稳定性具有明显的弱化作用,其弱化效果约为Ti3SiC2材料的3倍;氢原子主要沿MAX相陶瓷的层状结构进行扩散,氢在Ti3AlC2中的扩散能垒低于Ti3SiC2材料;氢原子缺陷明显降低了Al原子空位形成能,氢对Ti3AlC2中Al原子空位形成能的降低幅度比Ti3SiC2材料大.2种材料的高温临氢反应测试结果发现,Ti3AlC2材料在800~1000℃内发生显著的质量损耗,而Ti3SiC2材料在室温~1300℃范围内只有轻微的质量增加.综合分析认为,Ti3SiC2材料比Ti3AlC2具有更好的耐氢性能,理论预测结果与实验结果吻合较好.
  • 摘要:用脉冲激光气相沉积法(PLD波长248nm,脉宽25ns,能量密度6.0J/cm2),改变脉冲频率值,在Al2O3(0001)衬底上制备Zr薄膜.Zr薄膜在923K进行氘化处理,生成氘化物(Zr0.38D0.62).氘化前后Zr薄膜的表面形貌采用SEM表征,氘化之后薄膜表面出现大量纳米级坑道。小坑道的形成与锆薄膜表面的液滴、颗粒优先与氘气作用并发生脱落有关。采用四探针法测试了薄膜氘化前后电阻率的改变值,并测试了反射率的变化。
  • 摘要:Li4SiO4作为中国氦冷球床固态产氚包层的首选增殖剂材料,本文通过Li5AlO4掺杂Li4SiO4来改善其稳定性及氚释放行为.本文使用固相法制备了Li4+xSi1-xAlxO4粉体,通过XRD,SEM-EDS,ICP-AES,拉曼确定了其结构、元素成分及形貌.使用冷冻成形法制备了直径1mm,球形度好,理论密度大于90%的陶瓷微球,压碎强度可达35N.结果表明:Al掺杂固态氚增殖剂Li4SiO4形成了Li4+xSi1-xAlxO4,提高锂原子密度的同时显著改善了其机械性能.
  • 摘要:氘氚聚变能源的开发与利用,必然涉及到从复杂混合气体中分离出氢同位素的问题.由于钯膜高氢透过率与成熟氢同位素分离纯化工艺,钯膜是国际上氢同位素纯化所采用最广泛的分离材料,同时钯膜也是ITER项目排灰气处理阶段所选用氢同位素分离材料.但是该类材料在相转换过程中再结晶、晶格膨胀以及收缩产生的力使钯膜产生缺陷、氢脆;排灰气中某些杂质组分(例如S,CO)造成钯膜中毒;贵金属Pd膜制作成本昂贵等缺点.因此现存的氢同位素分离材料,均在使用上存在一定局限性,限制了材料的应用范围,从而迫切需要寻找一种可以应用到氢同位素分离纯化的新型材料.高温无机质子导体由于其低廉的制造成本,受到人们越来越多的重视.目前所报道的无机质子导体主要是BaCeO3和BaZrO3钙钛矿型.BaCeO3具有高的质子导电性,但是材料能与含CO2和H2O的气氛发生反应,导致材料遭到严重的破坏,影响了材料在氢同位素分离纯化中的应用.助熔剂法(又称熔盐法)是指在高温下从熔融盐溶剂中生长晶体的方法,将固相反应变为液相反应,可以使溶质相在低于其熔点的温度下生长.由于助熔剂法制备简单,适用性强,该方法已经被广泛地应用到材料的制备及单晶生长中.
  • 摘要:在反应堆运行条件下,燃料元件锆合金包壳与高温冷却水发生氧化还原反应,发生腐蚀吸氢.锆合金具有较强的吸氢能力,当吸收的氢超过在α-锆基体的固溶度时,多余的氢将以氢化物的形式析出.氢化物本身为脆性相,使材料的延性降低.研究表明,当吸收的氢含量达到一定程度时,使包壳发生韧脆转变,延性降为零.锆合金包壳吸氢致脆的危害程度不仅受到氢含量的影响,还与氢化物的形貌尤其是取向有关.当氢化物取向为周向时塑性下降较小,而取向为径向或接近径向时,包壳管的塑性明显下降.N36锆合金为中国自主研发的高性能锆合金,本文研究了氢含量和氢化物取向对其周向性能的影响.试验结果表明:随着氢含量的增加,环向拉伸试样的抗拉强度和屈服强度有轻微增加,但延伸率明显降低;当N36锆合金包壳管中的氢含量超过约150ppm后,将使材料的延性较大程度的降低,当氢含量为1000ppm左右时延伸率仅为8%,但仍未发生韧脆转变。氢化物从周向变为径向分布,随着径向氢化物的增加,抗拉强度和屈服强度变化很小,同样是延伸率明显降低,从28%降到8%,可见即使含有较低的氢含量,但氢化物取向呈径向分布时仍然可使N36包壳管的延性大大损失。从断口形貌看,随着氢含量和氢化物取向因子的增加,断口从韧性断裂转变为脆性断口,并观察到不同程度的二次裂纹。
  • 摘要:Li4SiO4和Li2SiO3作为聚变堆的固态氚增殖剂材料,不仅长期承受14.1MeV中子的轰击,还受到动能分别为2.1MeV和2.7MeV的氦、氚的反冲作用.这些高能粒子将导致严重的辐照损伤,使得材料的微结构发生明显变化,产生大量复杂的辐照缺陷如空位、自间隙原子、嬗变元素、位错、裂纹或空洞等.这些辐照缺陷对Li4SiO4和Li2SiO3中氚的滞留和扩散行为,材料的辐照肿胀以及力学性能的退化有重要影响.相关的研究目前尚处于起步阶段,其中涉及的众多物理机制仍不清楚.本工作针对氚增殖剂材料Li4SiO4和Li2SiO3,利用第一性原理分别计算了材料空位和自间隙原子的形成能、迁移能以及材料的表面形成能等热力学和动力学参数。从原子尺度认识了Li4SiO4和Li2SiO3及其缺陷态的基态性质,为辐照肿胀介观尺度的模拟如速率理论模型提供重要的基本物理输入参数,同时这些研究对深入了解固态氚增殖剂辐照肿胀、预测辐照损伤对氚扩散释放行为以及宏观力学性能的影响具有重要意义。
  • 摘要:CFETR设计要求依靠氚增殖包层产生足够的氚,以维持聚变反应自持.CFETR在启动时,氚贮存与供给系统必须预先存一定量的氚,供应堆芯燃烧,随着运行时间的增加,贮存与供给系统中的氚将逐渐分布到CFETR的各个系统中,把系统预存的氚的最小值称为最小氚初始投料量Im.另外,只有当产生的氚大于燃烧、衰变和损失的氚总量时,CFETR才实现氚自持.为保证CFETR的自持运行,氚增殖包层的氚增殖率必须大于氚自持要求的最小氚增殖率TBRreq.因此最小氚初始投料量Im与氚自持要求最小氚增殖率TBRreq是保证CFETR正常启动和运行的两个关键参数,对这两个参数进行准确计算具有非常重要的实际意义.
  • 摘要:氢同位素氚是聚变反应中的重要燃料,将被广泛用于未来的聚变反应堆中.由于氚是一种具有放射性的物质,如果不加控制排入工作场所和环境中,会严重威胁工作人员和公众的健康,因此氚的操作手套箱和房间通常配有除氚系统,使氚排放控制在安全限值之内.最成熟的空气除氚方法是催化氧化吸附法,但这种方法形成的氚水回收工艺复杂,且相关设备庞大,因此专业界普遍希望获得一种不产生氚水的空气除氚方法.气体膜分离技术是以膜两侧的气体压差为推动力,利用不同气体在膜中渗透速率的差异,使不同气体在膜两侧富集实现分离的过程.它具有不产生二次废物、分离效率高、设备简单、操作方便等特点,已成为传统气体分离方法的强有力竞争者.在本工作中,采用气体分离的方法,研究了聚酰亚胺中空纤维膜组件对低浓度含氢空气(500ppm及10000ppm)的分离性能,搭建了中空纤维膜组件气体分离测试系统,获得了中空纤维膜分离低氢浓度空气的数据.研究结果表明,膜组件对氢气具有较高的富集回收能力,较高的氢富集因子需要较低的原料气供给压力.
  • 摘要:ITER-TBM中冷却剂净化系统(CPS)的主要功能之一就是去除氦冷却剂中的杂质气体,如O2,N2,CO,CO2,CH4,H2O等.这些杂质气体主要源于腔室和管路在高温下的出气以及系统可能的微区泄露.CPS除杂床的设计参数为He冷却剂(He∶H2=1000∶1)的流量>1g/s,工作压力为8MPa,工作温度区间:573~773K,杂质气的入口浓度:~10vppm,最终的净化效率要求大于90%.根据这些设计要求,本文主要采用传统的ST909合金为除杂功能材料,通过研究常压下、573~873K温度区间内ST909与杂质气体的反应动力学,通过拟合得到反应速率常数以及激活能等重要参数.结合反应速率方程在完成除杂率>90%时,计算出床体工作部的直径和最短长度.最后,在完成基本功能且增加安全余量的基础上,研制缩比样机进行加速实验来判断出除杂床的寿命以及再生的条件,满足除杂床在ITER-TBM中冷却剂净化系统(CPS)的服役要求.
  • 摘要:氚对辐射工作人员与公众产生的内照射剂量及健康危害的研究在国际上日益受到重视.而空气中,99%的氚以气态氚化水(HTO)的形式存在.本研究基于碳纳米管的独特吸附性能和选择性能以及水凝胶的强吸水性能,将碳纳米管与水凝胶复合,制备一种新型碳纳米管复合水凝胶氚吸附材料,材料具有良好的亲水吸附性能,体积膨胀率小,适合作为个体氚吸收防护材料.材料的合成采用60Coγ辐射两步法.首先,利用辐射接枝技术制备水及有机溶剂分散性优异的碳纳米管.然后,利用辐射交联技术合成碳纳米管CNTs@PAAm复合水凝胶材料.研究发现,接枝后的碳纳米管能够良好地分散到水、乙醇、异丙醇等溶剂中,TEM(透射电子显微镜,)、TGA(热重分析)以及FTIR(傅里叶红外光谱)测试,确定高分子被成功地接枝到碳纳米管表面.制备的碳纳米管复合水凝胶材料,碳纳米管均匀分散到水凝胶中,材料的机械强度显著提高,亲水性能优异,可作为氚吸附防护材料.
  • 摘要:一个完整的连续X射线谱,可以反映X射线管电压、半值层、平均能量和Gy/Sv的转换系数等辐射特性.对于钼靶X射线,国际上多数发达国家计量实验室(例如美国NIST和德国BIPM等)均对其开展了能谱测量,取得了不错的结果.选用标准点源对HPGe探测器进行能量刻度,得出刻度公式为:CH=23.70034E-0.5525(其中CH为对应的道址),转换为能量与道指的关系为:E=0.04219CH+0.02332(其中CH为对应的道址).由测量结果可以看出:实测谱与CCRI理论谱的谱形、特征峰位置都较一致进一步验证了所建立的辐射模型。
  • 摘要:因资源来源充足、不产生高放射性核废料等优点,聚变能是人类未来能源的长期解决方案,氘-氚聚变反应产生中子和氦原子,中子轰击聚变堆结构包层中的锂等物质,在实现氚增殖的同时能释放大量能量.在ITER的研究中聚变堆氘氚燃料循环体系主要包括内外循环两个系统,其中内循环是氚增殖包层系统(TBS),主要是氦气载带出包层中生成的氚,再用杂质床通过吸附、还原等方法回收氚;而外循环是把等离子体室排出的气体进行分离,尽快回收和纯化后再注入托卡马克燃料循环系统.在在线测量燃料循环回路各个子系统中不同气体组分含量时,需建立精确的氚计量衡算和分析检测技术.一方面可了解燃料循环系统中的氚分布,优化运行效率,保证聚变堆的安全运行,另一方面聚变堆使用大量氚燃料需考虑氚的安全防护及经济运行,精确计量氚含量可保证氚的低排放,确保公众免受超剂量暴露等风险.而针对聚变堆氘氚燃料及工艺气中的杂质含量进行快速分析试验研究,需要实现检测时间不高于160s,检测重复性好等高标准分析要求.常规色谱具有毫升量级的进样量,不适用于分析高浓度的含氚气体,故需选用微升量级进样量的微气相色谱对其进行检测分析.
  • 摘要:ITER项目中的TBM涉氚系统,要求在线监测涉氚系统的氚浓度.氚测量系统要求在线氚监测电离室必须满足低记忆效应、低测量下限,宽量程等技术要求.其中氚电离室输出探测电流达到10-14~10-6A范围.本文基于氚电离室内部结构,利用Ansoft Maxweil3D有限元软件,进行电磁场模拟分析,设计了一种电场稳定的多丝结构氚电离室.结果表明,满足TBM涉氚系统的要求.同时设计了相应的弱电流放大电路,经测量验证,测量精度达到10-14~10-6A.
  • 摘要:氚水可参加生物新陈代谢,是氚工艺生产线上辐射防护和环境监测的重点核素.由于氚衰变出的β粒子最大能量只有18.6keV,生物半排期只有10d,所以实现超低本底下低水平的氚活度测量是开展相关研究的关键问题.本文对目前国际主流的液闪三光倍管对称符合测氚技术进行总结,从理论上证明了TDCR(三管符合计数与所有两管符合计数比)可近似为系统探测效率,简化了国内现有TDCR技术先参数迭代求解KB常数后求解效率的实验方法,并基于芬兰Hidex300SL液闪装置对非淬灭标准氚水进行方法验证测量,效率达到72.1%,与刻度结果在1%的精度内相符,该方法减少了实验数据的离线处理程序,有效提高了工作效率.
  • 摘要:随着社会的发展,公众环保意识逐渐增强,核反应堆作为放射性污染的主要贡献源,日益引起社会的广泛关注.近年来,世界各国核工业的迅速发展和大量放射性同位素在国民经济各部门以及各个科研领域的广泛运用,使得环境核污染的潜在风险也越来越大,同时政府监管部门对核设施中放射性流出物的监管力度也越来越紧.针对放射性溶液中氚的测量,研究得出蒸馏法、离子交换树脂处理法对于去除放射性杂质均具有较好效果。对反应堆一回路水样中氚的测量宜采集净化系统后的水样作为待测样品,并进行蒸馏处理,这样可以做到即时测量。对三废处理中排放水的氚测量,由于水样放置时间较长,短寿命核素已基本衰变完,且现在三废处理工艺也可归纳为蒸馏-离子交换树脂处理,因此可以直接取样测量。对于三废系统的原水宜进行蒸馏或离子交换树脂处理后再进行测量。
  • 摘要:在燃料元件堆内功率瞬态试验中,由于氦-3气体吸收中子产生氚,为了保证试验的安全性,因此需设计一个用于捕集氚的装置-氚阱.现有技术中除氚器大多采用催化氧化-吸附除氚法,该方法是把氦-3气体中的氚氧化为氚化水,再通过干燥剂捕集除去,在此过程中,氚化水蒸气或液体可能扩散,导致氦-3气体中依然有氚存在,同时氚化水蒸气HTO的毒性是氚气HT的25000倍,因此将引入新的辐射防护方面问题.因此在氚阱设计中选择贮氚合金作为除氚材料,可解决上述问题.即通过氚与贮氚合金在高温条件下反应,贮氚合金有效将气态的氚变成固态金属氚化合物,进而防止氚再次扩散到氦-3气体中,有效使氚从氦-3气体中分离出来.
  • 摘要:氚为低能纯β衰变核素,β粒子能量低(Emax=18.6keV),准确标定其活度是放射性计量领域公认的难题之一.目前,国内氚化水标准源校准依据为国家计量检定系统《液体闪烁放射性活度计量器具》(JJG2042-89),国家基准装置为4πβ(LS)活度基准装置(单管和双管符合),测量氚化水的合成标准不确定度为3%.近年来,国际上根据液闪源发光、光子在计数器中经历物理过程发展一种理论模型,即自由参数模型,可以通过实验数据和理论计算得到待测源的活度.基于自由参数模型,发展了液闪三双符合比(TDCR)方法和CIEMAT/NIST(C/N)方法,国际计量局(BIPM)已将这两种方法作为参考方法组织了多次国际比对,已成为国际十几个国家计量实验室基准方法.其中,液闪C/N方法使用的是商用双管液闪仪,利用示踪核素和理论计算确定待测样品的活度值,属于相对测量方法.但由于所用的示踪核素为54Mn,活度值可溯源至4π(X,e)-γ符合绝对测量装置.因此,液闪C/N方法虽然是相对测量方法,也可以用于氚水活度浓度的标定.液闪TDCR方法需要实验室自行研制装配三管液闪仪,是一种绝对测量方法,可以直接根据实验样品测量数据得到被测核素活度值.
  • 摘要:自然界中氢以1H(氕)、2H(氘)、3H(氚)3种同位素的形式存在,相对丰度分别为99.985%,0.015%,10-15%.其中,氕和氘是氢的稳定同位素,氚是氢的放射性同位素.氘、氚是核武器与核燃料循环重要材料.氢同位素分析技术对氢同位素交换动力学研究、氢同位素分离研究、轻核聚变材料生产使用、贮氢材料研究乃至同位素化学学科发展均有十分重要意义.目前,氢同位素分析主要有质谱法、气相色谱法、气相色谱-质谱联用法和激光拉曼光谱法等.本文主要论述了氢同位素的分析方法及其在环境监测、食品安全等领域的应用进展.
  • 摘要:氚光源,是采用放射性核素氚(气态)在衰变过程中放射出的β粒子激活发光材料发光的原理.此外,氚光源在恶劣的自然环境条件下也能正常发光、超长工作寿命、不需外界提供任何能源、冷光可躲避卫星遥感监测、不危害人体等优点.20世纪70年代末,国外成功地利用人造放射性制剂,特别是纯β辐射体,如氚(3H)制作氚光源.此法的主优点是辐射很容易用薄保护层进行防护,对发光基质材料的破坏作用小,也有利于环境保护.美国西门子电气公司制造的氚原子灯,已应用于航海仪表、飞机库、机场跑道、着陆信号以及高速公路等方面;而中国这类发光材料开发和研制起步较晚.20世纪80年代,中核四○四结合"保军转民"以及日本、英国、瑞士等国氚光源生产情况,通过实验室试验选择氚光源生产的最佳工艺流程、试验条件和原材料,在国内首家研制生产出了氚光源样品,填补了国内空白,技术达到了国际水平.在现有的技术基础上,研究氚气与苯乙炔的加成反应机理,探索试验工艺条件,减少氚的放射性沾污对环境的影响,并借鉴国际先进技术,研制出了关键设备并建立试验系统。
  • 摘要:文章分析了环境大气中氚的来源,并描述了环境大气氚浓度测量系统的组成与测量原理.研究了累积氚取样装置中催化炉的催化温度和气体流速对催化效率的影响、冷阱冷却温度对氚回收率的影响,刻度了氚电解浓集装置的回收率,在此基础上测定了某核设施周围环境大气氚浓度.结果表明:在催化温度为350℃、催化效率为98%、电解浓集装置平均回收率为54%的实验条件下,本测试方法可高灵敏度地测定特定范围内外环境低水平大气氚浓度变化,探测下限可达0.1Bq/m3.
  • 摘要:四极质谱仪是一种采用四极杆质量分析器的小型动态质谱,结构简单、分析速度快、使用维护方便,较适合用于在线测量.国内外已有不少关于四极质谱仪分析氢同位素气体的报道,但其定量分析涉及仪器的固有特性和分析对象的差异等诸多问题,对具体问题需要有针对性的解决方案.本文在德国在线质谱公司(IPI)的GAM400四极质谱仪上开展了氢同位素气体同位素丰度定量分析技术的研究.研究选定了定量分析的优化条件,即采用较低的样品压力和灯丝发射电流,较高的阴极电压同时加强离子源的聚焦能力。在优化条件下,使用已知配比的校验气体对四极质谱仪进行校准,然后用氘丰度5%-95%的氕氘混合气样品对定量分析的可靠性进行了验证。该结果表明:通过合理的控制分析条件,四极质谱仪可以胜任氢同位素气体同位素丰度的定量分析;在较理想的情况下,分析结果的相对扩展不确定度可以控制在2%以内(置信水平0.95)。
  • 摘要:探索氚水β射线照射对细胞及动物的生物学效应.以0,1,10,100μCi/mL的氚水(HTO)照射人血液B淋巴细胞AHH-1细胞株,照后24h用CCK-8测定细胞增殖活性,流式细胞术检测细胞凋亡,双核淋巴细胞微核率(MN)及单细胞凝胶电泳(彗星实验)分别检测HTO对细胞染色体及DNA的损伤效应,比色法测定细胞匀浆液丙二醛(MDA)的含量,以探讨β辐射对细胞的损伤效应及其机制.以15μCi/g的HTO腹腔注射BALB/c小鼠,于注射后1,2,4,6d和10d测外周血白细胞总数及骨髓嗜多染红细胞微核率.结果表明:随着氚水浓度的增加,其对细胞增殖毒性、凋亡率、MDA含量、淋巴细胞微核率及彗星尾部DNA百分含量均相应的增高;小鼠注射氚水后外周血WBC随时间呈先降后升,骨髓嗜多染红细胞微核率随时间先升后降.氚水β射线能损伤B淋巴细胞染色体及DNA,促进脂质过氧化,促进细胞凋亡,从而抑制细胞增殖;氚水β射线对机体内照射损伤不容忽视.
  • 摘要:本文通过(CarboliteMTT12/65/900型氚碳燃烧炉)有机氚制样装置的样品制取调试试验过程所出现情况的分析,总结了有机氚样品制备的复杂过程,对有机氚样品制备有借鉴指导作用,对有机氚制样装置的加工研制也有一定的指导作用.
  • 摘要:氢同位素气体的定量分析在国防、能源和国民经济领域中都至关重要,其分析方法有气相色谱法、质谱法、红外光谱法等,而拉曼光谱法是唯一能在较短的时间内,定性和定量在线分析所有氢同位素分子(H2,HD,D2,HT,DT,T2)的检测手段.在很多著名实验室(如JAERI,SRS和KIT等)和国际合作项目中(如ITER)都已经开始应用.本工作以无损、在线分析气固反应过程中气体含量的变化为目的,建立了激光拉曼光谱在线分析氢同位素系统,标定了不同氢同位素的标准曲线,成功实现了氢同位素混合气体的无损在线分析.
  • 摘要:氚(3H)衰变发射的β射线最大能量为18.6keV,最可几能量3.8keV,在空气中射程极短,因而可以从其与探测器工作气体作用产生的初始电离空间分布获得氚污染分布的信息.本文设计了一种基于延迟线的位置灵敏无窗流气式正比计数器,灵敏面积85mm×65mm,位置分辨能力(FWHM)约为2.5mm.位置灵敏多丝使阳极丝平面由30根(Φ)25μm镀金钨丝组成,丝间距2mm.X方向阴极平面由30根间距2.5mm,直径(Φ)60μm镀金钨丝组成,X方向与阳极丝平行.Y方向阴极平面由PCB板蚀刻而成,包括40根镀金导电条,导电条宽1.8mm,中心间距2mm,阴极平面与阳极平面间距离2mm.延迟线为DDD公司1520型无源延迟线模块,特性阻抗200Ω,相邻抽头间的延迟时间5ns.基线下方为探测器阴极感生信号经延迟线和电流型前置放大器后波形,基线上方为阳极丝感生信号经电荷灵敏前放后波形.
  • 摘要:通过染色体非稳定性畸变的变化和淋巴细胞双核微核的发生率来研究低剂量氚水β射线的剂量效应关系和生物效应.将人体外周血与氚水混合培养24h和48,72h后收获人体外周血淋巴细胞得到与氚水作用后染色体畸变的频率并与相同剂量下60Coγ射线的细胞效应对比.将实验结果进行回归方程拟合,得到HTOβ射线的最佳回归方程是Y=0.001+0.062D+0.053D2;通过比较HTO与γ射线的最佳回归方程可知,方程系数的主要区别在a值,提示在低剂量的情况下β射线诱发畸变的能力更强,β粒子通过一个电离径迹导致两个染色单体分别发生断裂的效率要高于γ、X射线.
  • 摘要:对氚与泵油的作用过程采用FLUENT计算软件的相关模型进行了气液流体作用模拟计算.结果表明:具有一定流速的T2流入油介质,经过一段时间后,一定比例的T2将扩散到油介质中,造成T2在抽真空过程中的耗散.另外以甲烷为代表,采用密度泛函理论计算氚取代泵油中主要有机物不同位置官能团进行模拟计算,相对能量计算结果表明:对烷烃类基团取代容易程度为:CH2>CH3>CH4;对单烯烃取代容易程度,CH>CH2>CH3;相同碳原子数的直链氧化物取代容易程度:醇>酸>醛>酮;芳香化合物:有支链烷烃基团>芳香基团;支链烷烃基团中:醇>酸>醛>酮.芳香环上的取代位置由于所连接的基团不同存在差异.另外进行了实验验证.结果表明:氚易与有机物作用并进行自由交换进入有机物中,氚取代有机物的位置主要由该有机物基团的键能决定.
  • 摘要:本文研发了一种适用于秒级实验进程中氢同位素气体的在线分析方法.通过气路的设计以及工艺参数的优化,可将实验过程中气体组分变化情况暂时"封存"在采样管中,从而将实验过程中气体组分随时间的变化转换成采样管中气体组分沿采样管轴向长度分布的变化,所采集样气在载气的推动下进入热导检测器进行测量,从而实现了秒级实验进程中气体的在线检测.以H2,HD,D2气体为样气开展实验,集中考察了样气在采样气路中的混合情况、进样压力与气体流出时间的关系、检测信号与气体组分含量的关系等.结果表明:前后进样两种不同组分的氢氘气体,其混合区段所占整体采样管长度的比例不超过5%,且与单一气体充注信号响应值相比,多种气体充注的信号响应值相差率均低于5%,说明多种气体充注情况下前后采集的气体之间混合程度较低,采样系统能够区分不同充注气体的次序;进样压力与分析流出时间服从线性关系(线性相关度约0.9997),且与样气组分无关;氢氘含量与热导检测器响应值的关系是确定的,在线检测系统对未知浓度的氢氘气体的测量准确率可以达到95%以上.将上述分析方法应用于氢氘交换实验,时长约6s,成功获得了实验进程中氢氘丰度的流出曲线,测量误差约为6%.
  • 摘要:本文对核电厂液态流出物和气载流出物排放氚的可能的化学类别进行了初步分析,并根据调研和估算,给出了可能的排放浓度或排放量.结合对环境生物、空气监测中采用的相关设备的调研,分析了开展核电厂液态流出物和气载流出物中不同化学类别氚的监测的可行性.最后提出了开展相关监测和剂量评估模式改进的有关建议.
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