聚变能源中的氚化学与氚工艺研究进展及展望

核聚变被认为是人类社会未来的理想能源,对社会、经济的可持续发展具有重要的战略意义。氘氚聚变反应具有反应截面大、反应速率高、点火温度低及释放能量大等优点,是目前聚变研究的主要目标,而高效的氘氚燃料循环工艺与技术是实现聚变能源商业应用的基础。本文主要介绍氘氚燃料循环所涉及的等离子体排灰气中氚的快速回收、氚的增殖与提取、大规模氢同位素分离、氚测量等相关氚化学与氚工艺的研究进展及展望,以期对未来聚变能源氚工厂相关技术的研究提供借鉴和参考。     

氘-氚分馏系数法确定氚的电解回收率

天然水中氚含量很低,一般采用电解浓缩-液闪计数法进行测量。电解水样时,氚的电解回收率可由水样的浓缩倍数和氚分馏系数来确定。而电解过程的氚分馏系数和氘分馏系数存在一个近似的关系,即lnβ=ηlnα。采用氚标准水进行电解实验,可得到氚分馏系数,采用光腔衰荡激光同位素法测量电解前后的氘含量可以获得氘的分馏系数。电解条件为低碳钢-镍电极装置,以Na2O2为电解质,电解过程温度为0.5℃。实验得到η为1.27。在电解水样时,可根据lnβ=1.27 lnα可得到氚分馏系数,从而获得本批次每个水样的电解回收率。     

含氚废水的处理与处置

本文介绍了氚的来源和含氚废水的处理、处置现状以及发展趋势。     

氚靶生产现场氚监测系统的构建

氚靶生产过程中的氚监测是保障工作安全进行的有力条件。通过建立1套中央控制多区域监测子系统,并辅之以便携式监测仪器及取样设备,构建成1套完整的氚靶生产现场氚监测系统。系统在氚靶生产过程中得以应用,结果表明,中央控制多区域监测系统的响应时间小于10s,其它设备运行正常,能很好地满足氚靶生产现场的监测要求。     

氚靶片核素组成对氘氚中子源强的影响

氘氚中子源通过氘离子束轰击氚靶片引发氘氚聚变反应,产生14.1 MeV高能中子。高能中子调控后亦可产生宽能谱中子场,是先进核能及核技术交叉应用研究的重要实验平台。作为中子源的核心部件,氚靶片由靶片基底和储氚薄膜组成,其中储氚薄膜的核素组成会影响氚原子密度与入射氘离子射程,最终直接关系到中子源强的高低。本文基于MATLAB和SRIM软件建立氘氚中子源强计算模型,对比计算了不同新型储氢金属材料组成的储氚薄膜(TiT_2、MgT_2、Mg_2NiT_4、VT_2、LiBT_4和LaNi_5T_6)和不同氘离子能量对中子源强的影响。计算结果表明,在同等束流条件下,MgT_2的中子源强相比TiT_2可提高30%以上,且制备工艺较为成熟,是氘氚中子源的优秀储氚薄膜材料。     

氘和氚标记ST—1435的制备

在氘或氚化溶剂中,16-次甲基-17α-乙酰氧基-19-羧基-孕甾-4-烯-3、20-二酮(Ⅰ)通过脱羧反应制得[10-~2H]ST-1435或[10-~3H]ST-1435(Ⅱ)。氘标记ST-1435经质谱分析表明有1—3个氘原子掺入到ST-1435分子中去,其中m/e 371(M~+)的氘掺入率为22.6％。氚标记ST-1435的比活度为52.5TBq/mol,放化纯度>95％。     

含氚废水的处理与处置

本文叙述了氚的特性,含氚废水的处理与处置方法以及我国高通量工程试验堆(HFETR)含氚废水的处置。     

氚污染不锈钢暂时性封闭材料研究

在对氚污染不锈钢进行去污、解体时,污染物表面的氚极易因轻微扰动而逸出。为防止氚的这种扩散给环境和工作人员带来二次污染,在其表面覆盖一层对氚具有阻挡作用的涂层、内部填充一种对氚具有阻挡作用的填充物是很有必要的。对中性硅酮胶和泡沫混凝土封氚效果进行了研究,结果表明：静态条件下,中性硅酮胶膜的封氚率>85%;动态条件下,自制泡沫混凝土的封氚率>99%。中性硅酮胶膜和泡沫混凝土对氚污染样品均具有较好的封闭效果,可作为氚污染部件去污、解体时的暂时性封闭材料。     

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。     

强流中子发生器除氚净化装置的研制

本文在研究、确定除氚工艺参数的基础上,研制成强流中子发生器除氚净化装置。该装置采用两级串接方式,在200℃温度下净化因子不低于10~4。     

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。     

氚靶污染的监测及防护

一、引言利用_要~3H(d,n)~4He反应,加速器可以产生高注量并且近于单能的快中子(14MeV)。这种加速器中子源在辐射育种及活化分析方面得到了越来越广泛的应用。     

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     

立体定向伽玛射线全身治疗装置治疗室的屏蔽设计

根据立体定向伽玛射线全身治疗装置的结构和原理，计算了治疗室内散射线的能量分布，并据此对某一实际治疗室的墙壁、顶棚和防护门进行了屏蔽设计。     

一个放射性氪、氙净化装置简介

本文介绍了放射性氪、氙净化装置的功用、特性和概况。实验数据表明,活性炭吸附氪的透过时间计算方法是正确的。