PdY合金管束的氢渗透性能

PdY合金膜因其具有良好的透氢性能与机械性能,有望应用于聚变堆氢同位素纯化工艺。基于PdY合金膜的服役参数及氚安全要求,有必要研究在低氢压下PdY合金膜的氢同位素渗透特性,为后续设计氢同位素纯化组件提供数据支撑。本工作基于直管外压式PdY扩散器,研究了低氢压(<50 kPa)、工作温度为350～450℃条件下,厚度为80μm的PdY合金薄膜管的氢渗透速率与膜两侧压力、工作温度的关系。结果表明,低氢压下,PdY合金膜的氢渗透规律符合■,且压力指数n等于0.9,渗透速率控制机制主要表现为表面过程控速;提高工作温度使得合金膜的渗透通量增大,且温度对扩散过程的影响更大,使渗透过程更加趋于表面控速。此外,计算了该工作温度范围下的渗透系数,并通过阿伦尼乌斯公式推导求得渗透活化能约为24.54 kJ/mol,渗透常数Φ₀为5.86×10^-6 mol/(m·s·kPa^0.9)。低氢压下,该厚度膜的渗透系数可由5.86×10^-6e~(-24.54/(RT)) mol/(m·s·kPa^0.9...     

基于双塔式氢氦/氚氦混合气的快速分离技术

氢氦/氚氦混合气快速高效地分离与回收是产氚工艺的关键技术之一。利用液氮温度下吸附剂对氢同位素与氦吸附能力的差异,搭建了双塔式固定床低温吸附-解吸分离氢氦/氚氦的实验装置,通过该实验装置开展了不同组成的氢氦、氚氦混合气的分离实验。实验结果表明:采用双塔式固定床低温吸附-解吸法可以实现不同组成的氢氦、氚氦混合气的快速分离,分离后氦中氢的体积分数低于1.2×10-5,氦的纯度可达到99.998 8%,吸附柱的脱氚率大于97%;双塔式固定床低温吸附-解吸法的解吸氢中含有较高浓度的氦,不适于回收氢;在氚氦分离中采用固定床低温吸附柱是可行的,可作为钯膜分离器的辅助单元。     

径向流氦氢分离床穿透特性实验与模拟分析

为系统深入研究径向流氦氢分离床的吸附穿透性能,指导结构设计,本研究借助COMSOL Multiphysics软件耦合材料吸氢动力学方程、流体流动动量方程和质量传递方程,建立了径向床穿透数学模型,并结合实验验证了模型的可靠性,利用模型对特性参数进行参数化扫描,分析其对穿透性能的影响。结果表明,穿透实验结果与模拟数据符合较好,模型可靠。通过分析温度、高径比及孔隙率等参数对床体穿透性能的影响,推荐氦氢分离床床体参数如下：床体吸附温度为室温～343 K,在该温度范围内升高温度对传质区长度及出口处浓度-时间曲线影响较小;随着高径比的增加,床体效率明显下降,其中高径比为2.00～8.33时,维持高效率的时间较长;随着孔隙率的增加,床体吸附效率明显下降,考虑床层的吸附效率、压阻效应及粉末的装填难度,粉末孔隙率推荐0.56～0.64。以上结果表明,本研究建立的模型可较好地预测床体的吸附分离性能,可用于床体结构设计以及工艺参数的优化。     

PdY合金吸氢微观机制正电子湮没研究

在室温下，采用正电子湮没寿命方法，对氢浓度为0、0．16、0．24、0.3、0．38的5组PdYHx合金样品进行研究。     

氢氦在钨中的影响的第一性原理研究

采用PBE形式的广义梯度近似(GGA)的第一性原理计算方法研究了氢或氦在钨中产生点缺陷的形成能以及缺陷形成后对钨的弹性的影响;采用同样的方法研究了空位和自间隙原子这两种缺陷。经计算发现:氢氦掺杂在钨的晶体结构中会引起晶体体积的变化,其变化结果跟掺杂的位置有关,在四面体或八面体处的掺杂会使晶体体积增加,替位掺杂会引起晶体体积减小;从形成能来看,氢掺杂在钨中最占优的位置是四面体处,而氦最占优的则是替位掺杂。在几种缺陷中,形成能最小的是氢的四面体掺杂,形成能最大的则是钨的自间隙原子形成;钨中若含有氢或氦的点缺陷,晶体的体弹模量和剪切模量会发生改变,当钨中含有氢替位或自间隙原子时晶体会向塑性改变,含有其他点缺陷时晶体会沿着脆性方向转变。但总体来说带有缺陷的钨仍然具有延展性。值得注意的是,氢或氦在钨中会引起晶体的各向异性,其具体结果与缺陷所处位置相关,只有缺陷属于替位时才不会发生各向异性。本文的研究工作可为第一壁材料的开发提供理论参考。     

高温气冷堆氦净化及氦辅助系统丝网气水分离器分离效率理论分析

氦净化及氦辅助系统是确保高温气冷堆安全运行的重要系统之一。该系统中,丝网气水分离器用于分离含氚废水及事故后除湿,是关键设备之一。本文基于理想流体流动模型和Carpenter的网垫级模型,建立丝网气水分离器分离效率计算模型,在此基础上编制了SEP-WMME计算程序,计算结果与实验结果吻合较好。利用SEP-WMME程序对球床模块式高温气冷堆（HTR-PM）氦净化系统工程验证试验回路中氦净化再生系统丝网气水分离器进行理论分析,结果表明：对于氦净化再生系统的丝网气水分离器,进气速度是一重要物理量,当进气速度达到3.0 m/s以上时,能获得较高的分离效率;丝网层数对分离效率有显著影响,但丝网层数达到一定程度后,效率提高不明显,需同时考虑压力损失,选择合适的层数;丝径也是影响分离效率的重要参数,丝径越小,分离效率越高。本文结果对氦净化及氦辅助系统中丝网气水分离器的结构设计、优化、安全运行具有重要作用。     

还原法制备LaNi4.15Al0.85合金及其吸氢性能研究

以Ｌａ,Ｎｉ和Ａｌ的氧化物为原料,在高温和氢的气氛下用ＣａＨ２还原制得ＬａＮｉ４．１５Ａｌ０．８５贮氢合金。Ｘ射线衍射证实此法制得的ＬａＮｉ４．１５Ａｌ０．８５的体相结构与熔炼法制备的相同。ＸＰＳ能谱数据显示在ＬａＮｉ４．１５Ａｌ０．８５原始表面上有一层活性镍。     

氦屏蔽效应的实验与分析

为了解氦屏蔽效应的机现,进行了储氢材料的表面分析工作。结果表明,Ａｒ＾＋与储氢材料间没有可察觉的电相互作用。提出了一个将吸氢过程分为整体流和扩散流两阶段的模型,用以描述整个吸氢过程。该模型能够解释吸氢全过程。     

Investigation on Retention and Release Behaviors of Hydrogen and Helium in Vanadium Alloy

Vanadium alloy is proposed as an attractive candidate for first wall and blanket structural material of fusion reactors. The retention and release behaviors of hydrogen and helium in vanadium alloy may be an important issue. In the present work, 1.7 keV deuterium and 5 keV helium ions are respectively implanted into V-4Cr-4Ti and V-4Ti at room temperature. The retention and release of deuterium and helium are measured with thermal desorption spectroscopy (TDS). When the helium ion fluence is larger than 3 ×1017 He/cm2, the retained helium saturates with a value of approximately 2.5 ×1017 He/cm2. However, when the ion fluence is 1×1019 D/cm2, the hydrogen saturation in vanadium alloy does not take place. Experimental results indicates that hydrogen and helium retention in vanadium alloy may lead to serious problems and special attention should be paid when it is applied to fusion reactors.     

α-铁中氦缺陷对氢原子的俘获

体心立方结构的金属铁(α-铁)是聚变反应堆重要的候选结构材料,受氢和氦原子的辐照后可能会发生力学性能的退化。了解氢和氦原子在铁中的聚集行为是反应堆聚变材料研究的重点。本文采用密度泛函理论计算了α-铁中HeHn集团的稳定性,揭示了替代位氦缺陷俘获氢原子的过程和机制,结果表明,1个氦原子最多可俘获4个氢原子,被俘获的氢原子占据氦原子周围的八面体间隙位,且氢原子倾向于彼此聚拢。对氢原子俘获能的计算表明,氢原子足量时,HeH4是α-铁中主要的氢氦集团构型,反之则以HeH2为主。     

基于氢同位素研究商用钯银合金膜的渗氚性能

钯银合金膜可用于熔盐堆尾气中气态氚（HT和T₂）的分离与纯化。本文研究了厚度为80 μm的钯银合金膜在纯H₂气氛中及Ar气存在下对H₂的分离效果。结果表明,渗氢过程中氢原子在膜内部的体相扩散是控制速率的关键。Ar气存在时,在钯银合金膜工作温度为480 ℃、混合气体进气流速为100 mL/min、氢分压差为20～100 kPa的条件下,钯银合金膜对H₂气的渗透通量随氢分压差的增大而增加,随Ar气浓度的升高而减小。在氢分压差相同的条件下,纯氢的渗透通量明显高于Ar-H₂混合气的渗透通量,说明钯银合金膜受Ar气的影响分离效果变差。渗氢后的钯银合金膜表面变得光滑,有晶界形成。     

氦中痕量H2、D2组分的高精度气相色谱分析

为满足聚变堆氘氚燃料循环工艺气体中痕量氢同位素组分的特殊检测分析要求,需建立快速、高精度的在线分析方法。针对氦中痕量H₂、D₂组分,本工作以高纯氦为载气,在液氮温度下,使用自制改性Al₂O₃毛细管柱进行分离,放电氦离子化检测器进行检测。结果显示,氢氘组分的检测限不高于1×10^-8,保留时间不高于180 s,氢氘组分色谱峰峰面积响应值的相对标准偏差不大于1.0%,分离度大于1.0。本方法具有分析灵敏、快速的优点,为聚变堆包层在氘氚燃料注入系统和氢同位素分离系统中微量氚的安全分析与精确计量提供了一种有效的测量技术。     

氚老化对钯钇合金膜氢渗透性能的影响

在聚变堆燃料循环系统中,钯合金膜将被用于氢同位素与杂质气体间的渗透分离以及含氚杂质中氚的催化回收。长期连续的氚操作将使合金膜体内因氚衰变而累积3He,产生氚老化效应。本工作研究了贮氚老化对Pd8.5Y0.19Ru（原子百分数）合金膜的氕、氘渗透性能的影响。研究结果表明：对于膜内体氦浓度He/M为0.042的氚老化膜,在573～723K温度范围内,氕、氘渗透率被严重降低,膜的氕氘渗透分离系数则有所提高。     

氦对Fe-Cr-Ni合金和Fe-Cr-Mn合金辐照损伤的影响

利用超高压电镜与高能离子加速器连接装置 ,研究了氦 (He)对Fe Cr Ni和Fe Cr Mn两类奥氏体型合金辐照损伤行为的影响。观察了辐照过程中二次点缺陷的演变、空洞的形成以及辐照诱导晶界处溶质元素浓度的变化。实验结果表明 :He能促进两类合金空洞核心的增加 ,但空洞尺寸和密度不同 ;He能有效抑制辐照诱起晶界元素偏析 ,但对不同原子尺寸的溶质原子抑制效果不同。该差别是由于He的注入提高空位移动激活能和改变点缺陷与溶质原子相互作用的效果     

氦对低活性Fe-Cr-Mn(W,V)合金辐照损伤影响

采用低能离子加速器和超高压电镜相连接复合辐照装置,研究注入He后经电子束辐照,观察低放射性Fe-Cr-Mn（W,V）合金的辐照损伤特征;研究He对辐照过程中产生二次缺陷,空洞肿胀,诱起晶界偏析的影响。实验结果证明He的存在,增加辐照初期位错密度,促进空洞核心形成及空洞肿胀增加,抑制晶界近旁溶质元素偏析。