空心玻璃微球热扩散法充Ar

采用热扩散法研究高温高压充Ar技术。研究结果表明，当温度低于500℃时，玻璃微球球内基本检测不到Ar；在600℃高温条件下可实现微量Ar气的渗透；在外压1.0MPa、24h条件下，球内Ar最高含量为0.003MPa；延长充气时间和增加外压均不能使微球内Ar量增加；随着充气温度升高，微球表面粗糙度由原来的不到20nm增加到50～100nm，微球损失也增大；在600℃、1.0MPa条件下，玻璃微球开始出现形变或破裂，微球损失超过50％。     

塑料微球强度和渗氘性能测量

摘要：针对激光惯性约束聚变物理实验打靶所需的氘氚燃料塑料微球靶进行微球强度和渗氘性能初步研究,测量了塑料微球球壳在20（室温）、40、60℃下的压缩强度,并实验测得了塑料微球在20、60℃下的氘气渗透率。     

惯性约束聚变低温冷冻氘氚靶制备技术

低温冷冻氘氚靶对于惯性约束聚变研究至关重要,主要有塑料微球靶、金属铍球靶、泡沫球壳靶等。根据微球球壳材质的不同,采用不同的低温冷冻氘氚靶制备技术。塑料微球靶采用“高压充氘氚-冷冻法”或“充气管充气法”;金属铍球靶采用“低温、低压冷凝法”或“高温、高压扩散连接半球壳法”;多孔泡沫球壳靶采用“球壳材料吸附氘氚液体法”。本文简述上述技术和方法的发展状况和趋势。     

钒的活化及钒氢化物性能研究

真空条件下,金属钒长时间高温除气、反复吸放氘气,最终活化并饱和吸氘到氘、钒原子比接近2.0。实验确定的活化条件为：真空度2～3Pa,活化温度400℃,活化时间4h,初始吸附温度80～100℃,初始吸附压力0.6～3.4MPa,2～3次反复吸放纯化氘气。实验测得钒氢化物性能参数为：室温平衡压,0.2MPa;饱和吸附容量,0.47L/g;500℃时保留量,6.1%;200℃时平衡压,60MPa。实验研制的钒氢化物高压气源已成功用于惯性约束聚变高压充氘氚实验。     

高压充氘氚气体的金属系统研制

描述了建造高压充氘氚金属系统的基本过程.15 MPa时,系统漏率为(3.7～4.8)×10-4 Pa*L/s.经微球充气实验证实用该系统操作大量的氚(2.8×1014 Bq)是极其安全、可靠的.     

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。     

钛吸氕、氘和氚的热力学同位素效应

在金属氢化物热力学及动力学测试系统上测定了钛吸收氕、氘和氚单质气体的压力-组成等温线(p-c-T曲线),并根据范德荷夫方程得到了钛吸收氕、氘和氚形成不同物相时的热力学参数△H^0和△S^0。实验证明,钛吸收氕、氘和氚单质气体时有显著的热力学同位素效应,在相同温度、相同原子比下,吸气平衡压力从低到高依次是氕、氘和氚,但其反应焓变和熵变从小到大依次是氚、氘和氕。     

空心玻璃微球D2/Ne混合气体充气工艺

本工作主要研究空心玻璃微球对D₂和Ne气体渗透系数的差异，以及研究采用热扩散法在高压充气系统上向空心玻璃微球充入D₂/Ne混合气体的充气工艺。利用干涉条纹法测量了在充气和保气时Ne的气体渗透系数，它们分别为K_Ne,350℃=2.6×10^-18和K_Ne,25℃=8.0×10^-22mol•m^－1•s^－1•Pa^－1。根据D₂的气体渗透系数确定了玻璃微球充D₂/Ne混合气体的充气方法和充气平衡时间，平衡时间以充纯Ne时间为准。此外，还研究了空心玻璃微球充入混合气体后的保气性能。     

堆内辐照氚增殖剂球床有效热导率分析

氘-氚聚变反应堆中,固态氚增殖剂包层能不断为聚变反应提供氚核素,是实现聚变反应堆商用的关键技术之一。由锂陶瓷小球堆积形成的球床形式的固态氚增殖剂包层具有比表面积大、产氚效率高等优点,是我国重点发展的氚增殖剂包层形式。氚增殖剂球床须能支撑在堆内辐照时的高温环境,这就要求氚增殖剂球床有较好的导热特性。球床的有效热导率在球床设计和辐照过程中的安全分析十分重要,因此在中国先进研究堆（CARR）开展了氚增殖剂球床在堆内辐照环境下的有效热导率测量实验。根据MCNP计算得出的球床发热功率,结合实验测量的球床温度分布反推得到氚增殖剂球床的有效热导率,并与广泛应用于球床有效热导率计算的改进型ZBS模型计算结果以及堆外实验结果进行对比分析,理论值与实验值能较好吻合。     

堆内辐照氚增殖剂球床有效热导率分析

氘-氚聚变反应堆中,固态氚增殖剂包层能不断为聚变反应提供氚核素,是实现聚变反应堆商用的关键技术之一。由锂陶瓷小球堆积形成的球床形式的固态氚增殖剂包层具有比表面积大、产氚效率高等优点,是我国重点发展的氚增殖剂包层形式。氚增殖剂球床须能支撑在堆内辐照时的高温环境,这就要求氚增殖剂球床有较好的导热特性。球床的有效热导率在球床设计和辐照过程中的安全分析十分重要,因此在中国先进研究堆(CARR)开展了氚增殖剂球床在堆内辐照环境下的有效热导率测量实验。根据MCNP计算得出的球床发热功率,结合实验测量的球床温度分布反推得到氚增殖剂球床的有效热导率,并与广泛应用于球床有效热导率计算的改进型ZBS模型计算结果以及堆外实验结果进行对比分析,理论值与实验值能较好吻合。     

UTx老化释氦研究

为研究老龄氚化铀释放氦的规律,对室温贮存多年的老龄UT0.9~1.2释放的氦压力与组分进行了分析.结果表明,氚化铀经过6~7 a老化,氚衰变产生的3He气体约有38.1%~45.3%释放至贮氚铀床空腔内,其纯度为99.9%,贮氚铀床空腔气体压力达1.11~1.36 MPa;部分He保留在固相中,He和U的原子比为0.177~0.201.     

铀吸、放氘/氚的热力学同位素效应

实验测定了铀吸收氘和氚单质气体的p-c-T曲线及解吸氘和氚气体的p-t曲线,获得了不同温度下吸气和解吸的平衡压,根据范德荷夫方程得到了铀吸收和解吸氘、氚的热力学参数ΔHΘ和ΔSΘ。数据显示,铀吸收氘和氚气体时,在相同温度相同原子比下,吸氘的平衡压比吸氚的平衡压低,解吸氘的平衡压也比解吸氚的平衡压低,且存在明显的滞后效应。从反应的焓变和熵变来看,铀吸、放氘/氚气体时存在较小的热力学同位素效应。     

氚纯化装置的研制及性能验证研究

铀是一种传统的贮氚材料,在铀粉瓶中贮存的氚会不断衰变产生氦气,导致使用时氚的纯度下降,影响标记化合物产率。本研究设计了氚纯化装置,对装置进行安装调试,并对该装置中的铀床进行活化,利用该装置测定铀吸收氘单质气体的p-t曲线及在400~550 ℃范围的解吸氘气体的p-t曲线。应用调试好的系统对长期存放贮氚铀粉瓶中的氚进行纯化。结果表明,设计的氚纯化装置系统密封性好,经氦质谱检漏测定值为7.8×10^-13 Pa•m³/s;利用该装置测定氘的吸附饱和曲线,氘完全解吸时铀对氘的吸附量为240 mL/g。验证实验回收了久置铀粉瓶中的氚为1.44×10¹³ Bq,利用氦气体积推算出久置铀粉瓶中含氚质量百分率为53.1%。实验结果证实了系统纯化氚的可行性,可为氚标记化合物制备提供可靠的氚源。     

氚纯化装置的研制及性能验证研究

铀是一种传统的贮氚材料,在铀粉瓶中贮存的氚会不断衰变产生氦气,导致使用时氚的纯度下降,影响标记化合物产率。本研究设计了氚纯化装置,对装置进行安装调试,并对该装置中的铀床进行活化,利用该装置测定铀吸收氘单质气体的p-t曲线及在400~550℃范围的解吸氘气体的p-t曲线。应用调试好的系统对长期存放贮氚铀粉瓶中的氚进行纯化。结果表明,设计的氚纯化装置系统密封性好,经氦质谱检漏测定值为7.8×10~(-13 )Pa·m~3/s;利用该装置测定氘的吸附饱和曲线,氘完全解吸时铀对氘的吸附量为240mL/g。验证实验回收了久置铀粉瓶中的氚为1.44×10~(13 )Bq,利用氦气体积推算出久置铀粉瓶中含氚质量百分率为53.1%。实验结果证实了系统纯化氚的可行性,可为氚标记化合物制备提供可靠的氚源。     

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。     

带自动控制功能的除氚系统

针对氚工艺尾气处理的需求和源项实际情况,根据化工原理和氚特性设计含自动控制功能除氚系统的主要部件、自动控制功能和初步性能测试,得出催化反应器、氚水吸附床等部件的结构尺寸,催化剂、干燥吸附剂的装填量等参数及控制软件界面;通过除氘和除氚实验初步测试了除氚系统的处理性能。结果表明,在循环处理模式下,1m3密闭容器中氘体积比6.0×10–4–2.8×10–2范围内时,35min内氘气浓度降低两个量级;5次对30L密闭容器内不同浓度的含氚气体处理,60min内对氚的去除效率均达到95%以上。     

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。     

充氚不锈钢中氦泡长大行为的加热效应

以室温贮存经历的充氚不锈钢试样为研究对象,计算了充氚不锈钢中氚、氦浓度的深度分布,利用透射电镜观察了充氚不锈钢在加热过程中氦泡的演化行为。结果表明:在氚压0.131MPa、780℃充氚8h后,不锈钢中氚在深度方向分布均匀,平均浓度为110μL/L;在空气室温环境下放置6a后,不锈钢中氚衰变的氦浓度在深度方向分布均匀,平均浓度为60μL/L;对充氚不锈钢加热处理后,在550℃/1h时效即可观察到氦泡;在950℃/1h和1050℃/1h时效时,氦泡明显长大,大的可达100nm,小的可达30nm,在晶界、晶内和位错处均可见氦泡。     

炉内成球技术制备PS-PVA双层球

本工作研究采用炉内成球技术制备惯性约束聚变用靶丸聚苯乙烯-聚乙烯醇（PS-PVA）双层球。以乳液法制备PS微球，利用炉内成球技术在PS微球表面制备PVA层。研究表明，在PVA质量浓度为5％、炉内为空气、炉温473～523K条件下，可制备出PS-PVA双层球。双层球直径范围250～550μm，PVA层厚度范围1.0～2.4μm，PS-PVA双层球表面光洁度3～10nm，微球充氩气的最低温度350～360K，室温条件下对氘气的保气半寿命1～5h。     

LaNi_(4.25)Al_(0.75)吸氕、氘、氚热力学同位素效应

采用自制的全金属氢化物吸放氢实验装置,恒温等容条件下测定LaNi_(4.25)Al_(0.75)材料吸氕、氘、氚单质气体的压力-组成等温线(P-C-T曲线),并根据Van’t Hoff(范特霍夫)方程得到LaNi_(4.25)Al_(0.75)吸氕、氘、氚形成氢化物相的热力学参数焓变ΔH分别为:-44.5、-45.0、-47.1kJ·mol-1,熵变ΔS分别为:-118.0、-121.8、-127.5J·mol~(-1)·K~(-1)。结果表明:LaNi_(4.25)Al_(0.75)材料吸收氕、氘、氚单质气体,在温度较低时,同位素效应不明显;温度高于100℃时,热力学同位素效应显著。相同温度、吸气容量条件下,吸气平衡压力从低到高依次是氕、氘和氚,其反应焓变和熵变从小到大依次是氚、氘和氕。结果表明,LaNiAl合金吸氢的热力学同位素效应依赖于温度的变化。