利用D-D核反应研究氘在钯中的沉积行为

摘要

钯(Pd)是一种非常重要的储氢材料，具有较强的吸氢能力。钯在氢同位素的分离过程中也起着非常重要的作用，它能够制成透过膜用于氢与杂质的分离以获得高纯度的氢。钯还可以在储氢材料的制备中作为氢化催化剂来提升其储氢性能。因此，需要对氢同位素与钯的相互作用，如氢、氘在钯中的沉积行为（扩散、吸附/解析附，表面复合等）进行研究。
　　本工作将氘离子束注入钯中，并利用氘离子诱发D-D核反应的方法研究了氘在钯中的动态和静态浓度。实验首先将能量为14-20keV/D的D+3强束注入钯箔，同时监测出射质子产额，当产额不随注量发生变化时即认为靶内氘浓度达到饱和，通过质子产额即可获得靶内动态氘浓度；在每一次注入之后停束一段时间，利用能量为75keV/D的D+弱束诱发的D-D核反应监测停束后钯靶中的静态氘浓度。进一步，根据氘在钯靶中的扩散、吸附/解吸附、表面复合等行为建立了理论模型，其中动态氘浓度由注入达到饱和后的自由扩散态氘浓度CD、非稳定束缚态氘浓度CA以及稳定束缚态氘浓度CT组成，且静态氘浓度为稳定束缚态氘浓度CT。通过该模型计算了在各注入能量下钯靶中三种类型的氘浓度的深度分布及其时间演化。结果表明：
　　(1)钯靶中稳定束缚态氘浓度（CT）存在饱和值(2.9±0.2)×1020/cm3，其原子密度之比nD/nPd为(0.42±0.03)at.％。
　　(2)注量~1017/cm2后，钯靶中自由扩散态氘浓度（CD）及非稳定束缚态氘浓度（CA）达到动态平衡，CD/CA约为1/600。当停束后，该部分氘迅速减少直至消失。
　　(3)本实验中，根据模拟计算得到吸附系数（kA）和解吸附系数（kD）分别为39s-1和6×10-2s-1。
　　本工作利用D-D核反应分析法对自吸收钯靶中的氘浓度进行了实时分析，所建模型能较好地符合实验结果，该方法可用于其它材料中氘沉积的实时分析。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 氢沉积行为的研究方法

1.3 本文研究内容

第二章 相关理论和方法

2.1 氘在材料中的动态过程

2.2 氘浓度的分析方法

2.3 本文研究方法

第三章 实验设备及方法

3.1 实验设备

3.2 实验方法

3.3 实验结果

第四章 结果分析和讨论

4.1氘浓度的实验结果

4.2 扩散模型

4.3 分析和讨论

第五章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

在学期间的研究成果

致谢

附录A 部分实验数据汇总

附录B TrapModel程序