氢同位素在一些材料中的溶解度系数、扩散系数和渗透率

研究了氚在金属材料、陶瓷材料、玻璃、弹性材料和聚合材料中的溶解度系数、扩散系数和渗透率;介绍了国外一些作者关于氢同位素在一些材料中的溶解度系数、扩散系数和渗透率及这些参数随温度变化的经验公式;论述了氚在金属材料、陶瓷材料和玻璃中的扩散渗透视理;总结了氚和氢在316L不锈钢中的扩散系数和渗透率。     

氚在聚四氟乙烯中的渗透率

【荷兰《核材料杂志》1981年第99卷第320页报道】许多有机材料广泛用于封闭氚的次级系统。其中,有机聚合物可用来制作密封垫、手套和防护衣等。为此实验研究了氚在聚四氟乙烯中的溶解度、扩散系数和渗透率。实验结果如下:(1)氚的溶解     

放射性氚水示踪技术测量高聚物环氧薄膜和聚氯乙烯薄膜的透湿性

本文介绍利用放射性氚水示踪技术测定环氧薄膜和聚氯乙烯薄膜的透湿系数P_v、透湿量Q_v、扩散系数D和溶解度系数S。它是一种新的测试方法,适用于各种非亲水性高聚物材料透湿性的测定,操作简便,准确度高。     

氚在RAFM钢中的渗透

采用气相渗透方法，开展了国产低活化铁素体/马氏体钢（RAFM钢?）之一的CLAM钢的氚渗透实验，研究了影响渗透的关键因素，建立了可靠的实验方法。在573~823?K温度范围内，得出氚的渗透率F_T为2.57×10-8exp(-38639/RT)，氚溶解度S_T为2.2×10-1exp(-38639/RT)，扩散系数D_T?为1.17×10-7exp(-22011/RT)。另外，氘氚混合渗透时存在明显的正同位素效应，在实验温度范围内，推导得出的氘氚渗透分离系数α_DT为1.42，氕氚渗透分离系数α_HT为3.76。      

厚度和湿度对氚在一些橡胶和塑料中的渗透率的影响

为了研究材料结构的完整性及其湿度对氚的渗透率的影响,我们在过去工作的基础上,进行了材料厚度和湿度对氚在一些橡胶和塑料中的渗透率的实验测量工作。     

氚处理设备敷面材料的选择

本实验研究了15种金属和非金属材料表面对氚气的吸附、转化(为氚化物)和转移(进人体)的性能。结果表明,在所检查的7种金属材料中,氧化膜保存完好的硬铝吸附、转化和转移氚的能力较弱,氧化膜破坏后这种能力则大为增强;在8种非金属材料中,以聚四氟乙烯吸附、转化和转移氚的能力为最低,其次是聚乙烯和普通玻璃。氚处理设备应尽量选用硬铝、聚四氟乙烯、玻璃和聚乙烯作表面结构材料,或者用这些材料敷面,以减少工作人员对氚的吸收。     

化学蚀刻法测定氚在不锈钢材料中的分布

采用化学蚀刻法测定了氚在不锈钢材料中的纵向分布.结果表明,此法能较好地定量评估氚在不锈钢材料中的分布情况;在长期充氚不锈钢样品中,分布在晶格中的氚量以室温时的溶解度为限,其余的则以"气态氚"的形式被附近的陷阱捕获,"气态氚"含量比晶格中的固溶氚大许多倍.     

硅酸锂球床传热传质特性与吹扫气体流动的DEM-CFD耦合模拟

氦冷固态增殖包层是中国聚变工程实验堆（CFETR）的3种候选包层概念之一,氚增殖球床是包层的核心部件,采用硅酸锂颗粒作为氚增殖材料。球床结构对氚在球床内的输运行为及流动和传热均有重要影响。本文基于离散单元法（DEM）生成了满足氚增殖球床填充率要求的随机堆积结构,通过CFD计算获取了球床结构下氚在吹扫气体内的等效扩散系数及吹扫气体的流动特性,包括速度分布、压力分布及进出口压降;开展了外加热流及有内热源两种工况下球床等效导热系数的模拟。计算结果表明,球床结构下氚在吹扫气体内的等效扩散系数为二元气体扩散系数的40%;受球床结构影响,球床内存在流动迟滞区,壁面出现流动加速;拟合得到Ergun方程的黏性阻力系数C1=87;有内热源工况下的球床等效导热系数低于外加热流工况下的球床等效导热系数。     

CLAM钢中氕氘的渗透与去除

低活化铁素体/马氏体钢（RAFM钢）是聚变堆产氚包层的优选结构材料。氢同位素在结构材料中的扩散渗透特性关系到产氚回收率、燃料循环及运行安全。本工作对国内研发RAFM钢之一的CLAM钢进行了气体驱动的氘渗透实验，得到573～873 K温度范围内氘的宏观溶解度S（mol/(m³•Pa^0.5)）为0.264exp(-22 447/RT)，扩散系数D（m²/s）为1.38×10^-7exp(-17 271/RT)，渗透率Φ（mol/(m•s•Pa^0.5)）为3.64×10^-8exp(-39 718/RT)。还进行了氕氘气体混合物的渗透实验，确认了渗透同位素效应；探索了钢中溶解氘的真空热释放去除。     

氚在一些弹性材料和聚合材料中渗透率的测量

在制造氚容器、氚操作系统(如手套箱)的材料中,弹性材料和聚合材料是十分重要,而且几乎是不可缺少的材料。例如,各种橡胶、塑料和密封用的粘接材料都广泛应用于制造手套、垫圈、维修用帐篷以及氚防护服等。氚在这些材料中的渗透率一般都比在金属中     

氚在Li-Al合金中的扩散

【荷兰《核材料杂志》1983年第116卷第2-3期第141页报道】日本原子能研究所测定了氚在 Li-Al合金中的扩散系数。发现在铝中添加0.02%的锂以后,氚的扩散系数变为 D=8.5×10~(-5)exp[-43.9±14.8(千焦/摩)/RT](厘米~2/秒)该值比氚在纯铝中的扩散系数低一个数量级。进一步增加锂含量,会进一步降低氚的扩散系数。原因是氚与锂发生化学反应而被束缚。     

防氚高分子复合材料的制备及其性能

利用氯化聚乙烯、聚偏二氯乙烯(Polyvinylidene chloride,PVDC)、高密度聚乙烯等高分子材料复合防氚材料。采用渗透实验测量氚气渗透率;通过测量断裂强力和剥离力测量力学性能;通过测量浸泡化学试剂前后的溶失率、断裂强力下降率、剥离力下降率等表征材料的耐化学性能。结果表明,氚气在防氚高分子复合材料中的渗透率为3.44×10-10 m3/(m2?s);与PVC相比,氚气渗透率降低约70倍。PVDC薄膜复合后断裂强力提高约20倍,经纬向断裂强力为721 N。防氚高分子复合材料浸泡5种化学试剂后,最大溶失率为0.29%、断裂强力最大下降率为5.1%,其力学性能、耐化学性能均满足《防护服装酸碱类化学品防护服》(GB24540-2009)等相关标准的要求。     

Al_2O_3(SiO_x)/PVC复合材料的研制和防氚性能测试

本文介绍了三种无机/有机防氚复合材料,即SiOx/PVC复合材料、Al2O3/PVC复合材料、Al2O3/SiOx/PVC复合材料的制备,并与普通PVC材料进行了防氚效果测试比较。结果显示,在1atm,氚气浓度为7.48×108Bq/L的情况下,三种复合材料对氚的渗透率分别为2.88×104Bq/(cm2·h)、2.09×104Bq/(cm2·h)、0.64×104Bq(/cm2·h),较普通PVC材料氚渗透率7.18×104Bq(/cm2·h)明显降低;三种复合材料氚渗透达到稳态的延迟时间分别为18.8、20.1、63.7h,明显大于普通PVC的2.1h。说明相对于普通PVC材料,三种复合材料对氚的渗透率低、延迟时间长、有较好的阻氚性能。其中Al2O3/SiOx/PVC复合材料的性能最好,明显优于氯丁橡胶。     

氚在305铝合金及其预生膜中渗透率的研究

文章叙述了氚在305铝合金及其预生膜中渗透率的测量方法,推导出计算氚在305铝合金及其预生膜中的渗透率的经验公式。实验结果表明氚在镀预生膜的铝中的渗透率低,在100-250℃铝表面镀层阻挡氚渗透效果极为明显,而且温度越高效果越显著。     

同位素示踪法测定水在有机溶剂中的溶解度

以氚水为示踪剂，测定了氚在有机相和水相间的分配比。给出了以分配比计算水在有机溶剂中的溶解度的关系式。据此，测定了水在几种常见溶剂中的溶解度，并测定了不同浓度的ＴＢＰ／煤油中水的溶解度，得到了水的溶解度与ＴＢＰ浓度的关系式。     

复合防氚材料阻氚性能的测定

本文介绍借助以水捕集渗透氚的方法测定复合防氚材料阻氚性能的原理、实验装置和结果。实验结果表明,不同的复合防氚材料相对于74~#氯丁像胶的氚气渗透率约为1/(29)—1/(16),说明这些材料的阻氚性能普遍优于氯丁橡胶。     

用飞行时间法测量氚的深度分布

氚在材料中的浓度、深度分布及其在材料中的扩散行为,是从事核聚变研究者最为关心的问题之一。氚(钛)靶是14MeV中子发生器的主要部件,精确地分析氚在靶中的行为,可以为合理地设计氚靶的厚度提供依据,并使靶的寿命和密封的中子发生器的寿命得以延长。因此,研究一些可行的方法来分析氚在基质材料中的行为有着应用的价值。用离子背散射     

^3H和^90Sr示踪剂在土壤包气层示踪实验中的应用

本工作测定了土壤包气层中3H和90Sr在天然条件和人工喷淋条件下的扩散系数,并研究了3H和90Sr示踪剂在黄土包气层中的迁移行为.结果表明,在华北地区黄土高原天然条件下,包气层中氚示踪剂以0.03cm/d速度迁移,纵向扩散系数Dx为0.52cm2/d;在2m×2m实验坑中,以5mm/h喷淋强度每天喷淋3h的条件下,氚示踪剂以2.27cm/d的速度向下迁移,纵向扩散系数Dx为7.75cm2/d.包气层中天然条件下90Sr基本没有迁移;人工喷淋条件下,90Sr以3.7×10-3cm/d速度迁移,纵向扩散系数Dx为0.03m2/d.     

氚在真空贮存容器材料中的吸附和渗透行为

研究了贮存氚靶约4 a和20 a的两个316 L不锈钢真空贮存容器(以下简称贮存容器)及其垫片材料对氚的吸附行为,并对氚在贮存容器材料中的渗透速率进行了测量和分析。结果表明,贮存容器外表面氚污染为几十Bq/cm2,不锈钢与陶瓷中吸附的氚活度均为106Bq/g;热解吸至1 273 K过程中,材料中99%的氚释放出来;在解吸出的氚中,陶瓷中的HTO比例高于不锈钢;贮存温度对氚靶贮存容器的渗氚速率有较大影响,夏季约为冬季的4倍。上述结果提示,氚在贮存容器材料内表面吸附后,一部分会向晶格扩散并滞留下来;另一部分则透过材料向外环境渗透,其中温度是影响氚向外环境渗透的主要因素之一。     

氚废气的回收技术研究

采用了高温催化氧化法处理含氚废气。处理过程如下:在干燥氩气(含少量H2)的载带下,含氚废气通过高温催化氧化床转化为氚水,然后用蒸馏水或合适的干燥剂吸收。在400℃,氧化床穿透之前,Hopcalite氧化剂对H2的氧化效率接近100%;在500℃,Hopcalite氧化床对HT的氧化效率大于99%。实验测定了回收氚的分子筛在存放过程中,不同规格分子筛的氚释放系数以及存放条件与释放系数的关系。结果表明,3种分子筛在吸收氚水后的氚释放系数为(1.9～5.5)×10-6d-1·g-1。其中,4A钠型分子筛的氚释放系数最小,5A钙型分子筛的氚释放系数最大;3种分子筛在吸收氚水后释放的氚的化学形式绝大部分是氚化水(HTO),氚气(HT)含量不超过1.2%;含氚分子筛的贮存气氛对氚的再释放有一定影响,在纯氩气中氚释放系数比在含2%氢的氩气中的低。