A1-NaI放射性嬗变靶材的制造及其性能研究

摘要

由于核能的深入研究及广泛应用,目前世界上积攒了成千上万吨的核废料,长寿命核废料的处理一直是人们面临的一大难题。分离-嬗变技术可以将长寿命的核废料嬗变为短寿命或稳定的核素,为解决核废料难题提供了可行性方案。本文针对核废料嬗变的需要,研究嬗变用靶材。
　　 采用粉末冶金法在氩气保护气氛下制备了不同NaI含量的Al-NaI放射性嬗变靶材,并使用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、X射线光电子能谱仪、AAS-800原子吸收光谱仪等材料分析测试方法对嬗变靶材的物相、显微组织、元素分布及水化学稳定性等性能进行测试分析,研究NaI的含量变化对Al-NaI放射性嬗变靶材的致密度、抗弯强度、布氏硬度、导电性能的影响。采用螺纹和焊接两种密封方法对嬗变靶材进行密封,使用MSE-4000氦质谱检漏仪对密封件进行检漏,检测其密封性能。
　　 研究发现:烧结过程中Al和NaI未发生反应,随着NaI含量的增多,Al-NaI放射性嬗变靶材的致密度、抗弯强度降低,布氏硬度和电阻率升高。采用螺纹密封方法可以得到漏率值为10-5～10-6pa·m3／s的铝包套真空靶材密封件,采用焊接方法可以得到漏率值为10-8～10-9pa·m3／s的不锈钢包套的非真空靶材密封件,满足嬗变率测量要求。
　　 对烧结和未烧结的试样分别在20℃、50℃、80℃的蒸馏水中进行浸出试验,得出结论:NaI的浸出率随温度的升高而增大。在浸出试验的前24小时,靶材的浸出率较大,随着浸出时间的增加,靶材的浸出率逐渐减小。未烧结的嬗变靶材NaI浸出率较大,尤其当温度达到80℃以上时,96小时后NaI的质量浸出率超过了80％。烧结后的Al-NaI嬗变靶材NaI浸出率明显减小,烧结可以大幅度改善Al-NaI嬗变靶材的水化学稳定性,满足安全性要求。

目录

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第一章 绪论

1.1 核能概述

1.1.1 核能的发展历史

1.1.2 核能的主要特点

1.1.3 核废料的处理方法

1.2 核材料在核能发展中的作用

1.2.1 核材料的定义

1.2.2 核材料在核能中的应用

1.3 复合材料综述

1.3.1 复合材料的定义

1.3.2 复合材料的特点

1.3.3 复合材料的分类

1.3.4 复合材料的复合效应

1.4 金属基复合材料

1.4.1 金属基复合材料的定义及分类

1.4.2 金属基复合材料的主要性能特点

1.5 复合材料在核工业中的应用

1.6 课题研究的意义和主要内容

第二章 复合材料嬗变靶材的原材料选择

2.1 复合材料嬗变靶材基体材料的选择

2.1.1 几种常用金属的物理性能及中子辐照性能比较

2.1.2 嬗变靶材基体材料的选择

2.2 复合材料嬗变靶材中碘化物的选择

2.2.1 常见碘化物的基本性能

2.2.2 NaI、MgI2选择性实验

2.3 本章小结

第三章 低含量NaI嬗变靶材的制备及性能研究

3.1 低含量NaI的Al-NaI嬗变靶材的制备

3.1.1 实验原料

3.1.2 样品的制备工艺

3.2 Al-NaI复合材料嬗变靶材的物相分析

3.3 Al-NaI复合材料嬗变靶材的显微组织观察

3.4 成分含量对Al-NaI嬗变靶材基本性能影响

3.4.1 成分含量对Al-NaI嬗变靶材致密度的影响

3.4.2 成分含量对Al-NaI嬗变靶材复合材料硬度的影响

3.4.3 成分含量对Al-NaI嬗变靶材复合材料抗弯强度的影响

3.4.4 成分含量对Al-NaI嬗变靶材复合材料电阻率的影响

3.5 本章小结

第四章 高含量NaI嬗变靶材的制备及其水化学稳定性研究

4.1 高含量NaI嬗变靶材的制备

4.1.1 泡沫铝简介

4.1.2 高孔隙率通孔泡沫铝的制备

4.1.3 高含量NaI嬗变靶材的制备方法及工艺

4.2 高含量NaI嬗变靶材的水化学稳定性研究

4.3 本章小结

第五章 Al-NaI嬗变靶材的密封及嬗变辐照实验

5.1 嬗变靶材的密封方法

5.1.1 纯铝包套螺纹真空密封

5.1.2 316#不锈钢套焊接密封

5.2 靶材密封件的密封性能检测

5.2.1 氦质谱检漏原理

5.2.2 靶材密封件检漏

5.3 靶材密封件的优缺点比较及其使用环境

5.3.1 靶材密封件优缺点比较

5.3.2 靶材密封件的使用环境

5.4 Al-NaI嬗变靶材辐照实验及辐照后靶材性能测试

5.4.1 嬗变辐照实验

5.4.2 嬗变靶材辐照冷却后待测量的性能

5.5 本章小结

第六章 全文总结

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文