三氧化二铝PLOT柱气相色谱法分离氢同位素自旋异构体

氢同位素核自旋异构体正-仲态比例影响氢同位素的低温物性,有必要对其比例进行测定。本文利用活性三氧化二铝多孔层开管(Porous Layer Open Tubular,PLOT)柱实现了正-仲氢同位素(氕、氘)的基线分离,发展了一种可在液氮温度下测定同核分子正-仲态比例的色谱分析技术。研究结果表明,与传统三氧化二铝填充柱相比,高效PLOT柱实现了正、仲氕(o-H_2、p-H_2)以及正、仲氘(o-D2、p-D2)的基线分离(分离度R_s大于1.5),当流量为5 m L·min-1时,分离度R_s(p-H_2,o-H_2)=6.9,R_s(o-D2,p-D2)=1.8。正仲态分离度与进样量、流量均有关系。根据峰面积的积分结果,常温(298 K)下正、仲氕比例为2.77:1,正、仲氘比例为1.78:1,与理论测算值基本符合。HD与o-H_2实现了部分分离,R_s(o-H_2,HD)=0.5,根据理论预测,实现HD与o-H_2的基线分离(R_s达到1.5),理论塔板数需要达到3.9×105。     

V-Ni合金制备及吸氘性能研究

采用磁悬浮感应熔炼法制备了1组V100-xNix(x=0.5,1.0,2.0,4.1,8.3)合金。XRD和ICP-AES分析表明,所制备的合金均为bcc结构的固溶体,物相单一、成分均匀。在室温和1.0MPa氘气压力下的合金吸氘性能测试结果表明:掺杂改性后的金属V活性明显改善,第1次活化均能快速大量吸氘,其中,x=8.3的合金第1次吸氘即可完全活化,其余合金仅需1次吸放氘循环即已完全活化。Ni含量从0.5%(原子百分数,余同)增加到1.0%时,首次吸氘和完全活化后饱和吸氘量逐步提高;当Ni含量超过4.1%时,饱和吸氘量明显下降,仅为理论值的50%左右;x=1.0的合金活化性能最为优良,首次活化可达到理论吸氘量的96.6%,完全活化后,吸氘速率和饱和吸氘量均高于其它样品。对活化除气后的样品进行结构分析观测到,x=8.3的金属经多次吸放氘循环和高温处理后物相发生变化,影响吸氘性能。     

微管可控充气技术研究

本文采用基于燃料室和靶室独立控温的温度梯度法实现了燃料可控注入,验证了通过内径5 μm充气微管注入燃料的充气技术路线可行性,并研究了初始充气压力、靶室温度和燃料室温度对充气过程的影响。结果表明,初始充气压力为86 kPa、靶室温度恒温至19.5 K时,控制燃料室温度即可控制燃料注入量。     

聚乙烯醇膜材料氚衰变辐照效应研究

利用FTIR、XRD、AFM等方法,分析了聚乙烯醇（PVA）膜材料在不同氚气氛下的氚衰变辐照效应,表征了氚衰变β射线对PVA中氢与氚同位素置换的诱导激化作用,明确了PVA中的氚取代主要发生在C-H基团,而醇羟基O-H基团因强烈的氢键作用而未发生氚取代;材料的表面形貌、结晶度等均发生了变化。通过PVA膜拉伸力学性能实验,测定了不同氚衰变辐照下PVA膜材料的拉伸强度和伸长率。结果显示,与其微观结构变化趋势一致。     

Ni掺杂对金属V抗毒化性能的影响

采用磁悬浮感应熔炼法制备VNi_0.01合金,完全活化后,在含0.5%CO₂的1.0 MPa毒化气氛中进行吸氘反应。在反应初期VNi_0.01合金与纯V相比,仍保持较快的吸氘速率,随后合金吸氘速率迅速下降直至为零。样品毒化后经加热除气处理,样品室内再次充入1.0 MPa高纯氘气,VNi_0.01合金吸氘速率已恢复至完全活化时的水平,而纯V的吸氘速率则低于初次活化时的吸氘速率。合金经活化后测得其增压性能在300～400 K范围内均优于纯V,因而合金有望用于增压化学床。这些研究结果将为该材料的应用提供直接依据。     

温度梯度对冷冻靶微管充气过程的影响

采用基于燃料室和靶室独立控温的温度梯度法开展了冷冻靶微管可控充气技术研究。理论计算结合实验研究了不同尺寸靶球充气过程中温度梯度对燃料注入过程的影响。结果表明,充气结束时燃料室最终温度变化对燃料初始注入量的差值影响随靶球尺寸变化不明显,即通过温度梯度法实现燃料可控注入的途径对任何尺寸靶球均适用。随着靶球尺寸的增大,燃料在充气管处液化时所需温度梯度越小,燃料注入过程温度梯度控制范围越大,燃料注入量控制精度越高。对于内径2 mm的靶球、1.6 mL燃料室,当燃料室温度升至75 K时,燃料注入量控制精度达±3 μm/K。这些结果为冷冻靶燃料高精度加载技术研究提供了重要基础。     

带管道铀床回收氘气过程分析

在ICF实验用微球靶充气工艺系统中,通过测试管道中氘气压强p与时间t的变化关系,研究了室温下铀床回收氘气的动力学过程。用数据处理软件Origin拟合p-t曲线,得到了氘气吸收速率方程,讨论了速率方程中各参数的物理意义以及影响因素。9×10-4m3氘气罐中初始压强p0=0.6MPa的氘气通过长2.3m、孔径1～2mm不锈钢管道,与铀床反应30s后压强降为0。通过计算流体平均雷诺数Re发现,随着压强不断下降,氘气在管道中流动状态逐渐从湍流向层流转变。压强随时间的变化规律符合一次指数衰减曲线,t=0～12s时湍流状态下的速率方程满足p(t)=y0+A1exp(-t/t1)(y0=0.05～0.1MPa,为非湍流状态下铀床的吸氘量;A1=0.5～0.6MPa,为反应初始氘气量;t1=3.3～3.7s)。该过程可看作一级反应,决速步骤为氘气在管道中的扩散,反应速率常数k=1/t1,半衰期τ=t1ln2。在室温(20℃)下,减少铀床中初始氘含量可提高反应速率常数k。层流状态下的回收过程需进行进一步探讨。     

TCAP氢同位素分离装置的小型化及分离性能

根据TCAP氢同位素分离原理及系统小型化要求,设计了一套小型氢同位素分离装置。采用分离柱外室中螺旋型电阻加热器对Pd/K分离柱进行加热,利用低温恒温槽中的低温无水乙醇在外室中循环冷却分离柱。采用西门子PLC模块,根据程序设定对TCAP分离过程进行自动控制。在参数优化的条件下,研究了全回流及生产模式下的分离效率。研究发现,设计的小型氢同位素分离系统实现了稳定的分离柱加热-冷却循环,循环时间为0.25 h。在生产模式下,由氘纯度为80%的原料气可分离出氘纯度99.5%产品气,生产效率可达8.7 mL/h。低氘含量H-D混合气（D%=20%）同样能实现明显的氘浓缩效果（产品气D含量达99.0%）。