氘在钛中的扩散行为

对以氘化钛形式吸附在金属钛中的氘的扩散行为进行了研究。样品经电子束加温至３４３℃，用＾４Ｈｅ－Ｄ前向反冲方法测量氘化钛分解后氘在钛表面和内部的浓度分布。由扩散方程求得吸附的氘化钛样品中氘的扩散系数和表面复合系数，并与通过向钛中注入氘的方法得到的结果进行了比较。     

Ti-Mo互扩散界面吸氢同位素效应的离子束分析研究

为探究Ti-Mo互扩散对金属吸氢的影响,本文采用离子束分析方法对Ti-Mo薄膜的膜-基互扩散界面的吸氢同位素（H和D）效应进行了研究。通过氩离子刻蚀减薄的方法有效降低了表面碳、氧杂质对样品吸氢的影响。吸氢结果表明,对于表面洁净的样品,氢化后固相中氢或氘的浓度均沿着深度随钼原子含量的增加而减小。在单一气体吸氢实验中,氢原子浓度减小的趋势较氘原子缓慢;而在氢氘混合气体吸氢实验中,当容器中的氢氘压强比p(H2)∶p(D2)≥05∶1时,固体中氘氢浓度之比随钼浓度的增加而降低,但当p(H2)∶p(D2)<05∶1时,氘氢浓度之比随钼浓度的增加而升高。因此,由于Ti Mo界面的互扩散,吸氢出现了显著的氢同位素效应,钼的存在不利于体系对氢同位素气体的吸收。     

钯合金膜分离器级联氢同位素分离研究

提出了一种基于钯合金膜分离器串联(PMSCS)的氢同位素分离系统的初步设计,建立了评估该分离方法分离效果的数学模型,根据此模型和前期关于分离器分离系数的测定结果,估算了多级氢同位素分离系统分离级数与分离产品气、尾气中氘和氕之间的关系.结果表明,分离系统所串联的分离级数量越大分离效果越好.对于一个5级串联分离系统(单级分离器分离系数q=1.8),当以50%H-50%D混合气体为原料气时,若产品气的提取比例为40%,产品气中的D含量将达到约92%,产品气得到了充分富集;若尾气的提取比例为40%,尾气中的氢含量将达到约99.95%,尾气中的氘得到了充分的贫化.与低温蒸馏、热循环吸附分离和钯合金膜分离器级联分离比较,钯合金膜分离器串联系统具有结构简单、氚的贮留量小等优点,适用于氢同位素混合气体的分批次操作分离.     

D+注入Li4SiO4的表面化学状态及其热解吸行为

锂陶瓷氚增殖剂的氢同位素行为是聚变堆固态产氚包层关心的重要课题。本文将3 keV D⁺注入Li₄SiO₄,采用X射线光电子能谱在线分析注氘前后材料表面的化学状态,同时采用热解吸谱（TDS）实验技术,研究注氘后Li₄SiO₄中氢同位素的热解吸行为。实验结果表明：D⁺注入会改变Li₄SiO₄表面的化学环境,产生多种辐照缺陷和化学键合状态;氘滞留量和热解行为受注氘时样品的温度影响较大,可在一定程度上预测产氚包层中氚的滞留行为。     

85Sr、134Cs和60Co 在黄土中吸附和迁移的研究

本文通过静态实验和动态实验，了＾８５Ｓｒ、＾１３４Ｃｓ和＾６０Ｃｏ在黄土中的吸附和迁移行为以及核素浓度、ＰＨ和温度对分配系数的影响。     

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。     

氢同位素催化交换过程影响因素研究

氢-水催化交换反应是研究氢同位素分离的重要手段,对反应过程中各影响因素的研究是氢同位素分离工作中的重要内容。在自行设计的不锈钢催化交换柱中,装填一定体积比的疏水催化剂与亲水填料,进行H-D体系气液催化交换实验。观察反应温度、气液摩尔比、不同原料水氘浓度对传质系数的影响,讨论了气体流速对床层压力降的影响情况。结果表明,不同气液比下,反应温度为45°C时传质系数最高。传质系数随原料水氘浓度(5.05 20.1)×10 3增加而降低,传质系数在0.58 1.17和2.65 3.56随着气液摩尔比而增加,催化交换柱床层压力降随气体流速而增加。研究发现,反应温度、气液摩尔比和氘浓度等因素均会影响氘的传质系数。     

材料中氢同位素行为热脱附谱实验方法研究

材料中氢同位素行为研究是确保聚变堆安全和经济性的关键问题和重要研究方向。为研究材料中氢同位素的扩散、释放、居留等特性,建立了一种联合四极质谱仪（QMS）的热脱附谱（TDS）实验方法,解决了TDS系统超高真空、低氢同位素质谱本底、线性升温速率控制以及灵敏度标定等关键科学技术问题。通过涡轮分子泵和二级溅射离子泵实现了优于1×10^-7Pa的超高真空,本底H₂分压降至1×10^-9Pa。通过MCGS直流PID控温程序实现样品升温速率在1～100 K/min范围可调,采用漏率可变的特制通导型玻璃漏孔标定TDS系统的氘气脱附速率灵敏度,确定该灵敏度系数α和最小可检测氘气热脱附速率（脱附速率灵敏度）分别为6.22×10²⁴s^-1·A^-1、1.24×10^-10s^-1。采用镀镍Zr-4合金吸氘样品验证了TDS方法的有效性,初步分析了Zr-4中的氘热脱附特性。     

水相环境对239Pu在高庙子膨润土中吸附行为的影响

以高庙子膨润土作为吸附介质,通过静态吸附实验,研究了高庙子膨润土在不同水相环境中对核素²³⁹Pu的吸附行为。探讨了接触时间、水相pH值、离子种类以及离子浓度等因素对吸附行为的影响。研究结果表明：高庙子膨润土对钚具有很强的吸附能力,吸附率达到99%以上,且吸附速率较快,4 d即可达到吸附平衡。随着水相pH值增大,膨润土对钚的吸附能力逐渐增强。水相中CO₃^2-、Fe³⁺和Ca²⁺对钚吸附有较强抑制作用,并且当离子浓度小于0.02mol/L时,随着浓度的增大,分配系数K_d值逐渐减小;当离子浓度大于0.02mol/L时,分配系数K_d值基本趋于稳定。     

铯、锶在地层中迁移的研究

通过静态吸附和动态模拟试验,本文研究了放射性核素铯。锶在砂土介质中的分配系数Kd和滞留因于R_d。静态实验的结果表明:当溶液中核素浓度较低时,铯、锶的分配系数Kd基本保持不变;当溶液中核素浓度较高时,分配系数Kd随浓度的增加而减小。此外,分配系数随溶液pH值升高以及其它阳离子浓度增加而减小。动态试验表明:在砂土中Cs的迁移速度远远小于Sr的迁移速度。文章指出,虽然动态试验的分配系数Kd与静态试验的Kd有一定差异,但在变化规律上是一致的。因此,从理论上来讲,继续开展静态吸附试验是必要的。另一方面,为对现场试验提供有意义的指导,室内动态模拟试验的工作应大大加强。在静态试验和动态试验中,应对溶液中核素浓度加以控制。     

材料中氢同位素的多维扩散行为计算

研究了氢同位素在材料中多维扩散行为的有限差分计算方法。对二维扩散问题的交替方向隐式有限差分解法进行了推导,并用数值解和乘积法求出的解析解计算了圆柱体不锈钢样品一次充氘的浓度分布,两者的计算结果相近。无论是解析方法,还是数值方法,多维扩散问题都可以分解为多个较简单的一维扩散问题。     

低活化铁素体/马氏体钢CLF-1氢氘的渗透行为

低活化铁素体/马氏体钢(RAFM钢)作为聚变堆结构材料中最有前景的候选材料,其氢同位素渗透行为备受关注。采用氢同位素气相驱动渗透的方法,对中国低活化铁素体/马氏体钢CLF-1的氢同位素渗透行为进行了研究,研究了温度、气体压强、样品表面状态等因素对其渗透行为的影响。结果表明:氢、氘在RAFM CLF-1钢中渗透扩散过程为体扩散控制,渗透率与温度的关系式均遵循Arrhenius关系;在实验测试过程中,由于样品表面发生氧化现象和缺陷捕获造成H₂和D₂渗透实验中渗透通量出现下降的现象。     

吸附温度低于273 K的Pd/k柱TCAP全回流实验研究

为满足实验室规模的氢同位素分离需求,对少量氚（小于3.7×10¹³ Bq）的高效氢同位素分离方法进行了研究。采用TCAP全回流工艺,将钯/硅藻土（Pd/k）填充色谱柱（长2 m,外径6 mm）吸附H-D混合气体（D丰度为50%）的温度控制在273 K以下,经多次加热 冷却循环后,从分离柱前、后两端加热各提取15%样品气,利用低温色谱法对样品气进行氢同位素丰度分析,对色谱柱的分离性能进行评价。研究结果发现,原料气进入填充柱后（全回流之前）尾端提取气的氘丰度约为98.5%,经5个全回流循环（循环总时间为1.25 h）后,尾端提取气的氘丰度达99.9%。经15个全回流循环后,前端提取气的氘丰度由50%（原料气氘丰度）降至13.6%。通过实验数据对柱中氘分布进行了理论模拟,发现进样速率过快可能是导致前端提取气氘丰度过高的主要原因,柱中氘丰度最低点可能出现在色谱柱的中部。     

85Sr、134Cs和60Co 在黄土中吸附和迁移的研究

本文通过静态实验和动态实验,研究了85Sr、134Cs和60Co在黄土中的吸附和迁移行为以及核素浓度、pH和温度对分配系数的影响.静态实验结果表明,16个样品测定的85Sr、134Cs和60Co的分配系数的均值分别为82、7.4×103和5.4×103mL/g;pH值的变化对三种核素的分配系数有较大影响.动态实验结果表明,三种核素的绝大部分滞留在土柱中,只有少部分从土柱中流出来;三种核素在土柱中的迁移速度从快到慢的顺序为85Sr＞134Cs≈60Co.     

237Np在黄土和石英砂中迁移的影响因素

通过静态实验和动态实验,研究了放射性溶液活度、液-固比、pH值、碳酸盐、离子强度和黄土粒度等对超铀核素^237Np在黄土中的吸附分配系数的影响,以及有机质HA对^237Np在石英砂柱中迁移的影响。     

钨中氘氦行为的高分辨热脱附谱实验方法研究

氢同位素在材料中的扩散、捕获和滞留等行为可通过热脱附谱实验方法进行研究。为实现对同时含有氘氦的钨材料进行热脱附测量并研究钨中氘氦滞留行为,搭建了1套基于高分辨四极质谱仪的热脱附实验系统HiTDS。HiTDS实现了1.2×10^-6 Pa的高本底真空度,速率为1 K/s的精确线性升温,最高加热温度达1423 K,能准确测量样品中气体元素的脱附速率和脱附量。通过配备高分辨四极质谱仪,HiTDS可快速分辨氘氦元素并测量其脱附速率。HiTDS经过调谐校准、标定系数标定后,对氘氦等离子体辐照钨样品进行了热脱附测量。测得的氘氦热脱附谱显示,纯氘脱附量与剂量正相关,而氦的引入显著抑制氘滞留并使其趋于饱和。热脱附实验结果与类似辐照条件的其他研究成果基本一致,检验了该实验方法的有效性。     

慢正电子探针研究离子注入硅（100）产生的缺陷及其退火行为

用慢正电子探针分别检测了Ｐ＋注入和Ｐ注入Ｓｉ（１００）的两组样品。与基底样品相比较，注入样品中的缺陷导致了正电子湮没参数的显著变化。由湮没线形参数的变化拟合了两组样品注入损伤的深度分布、缺陷对正电子的捕获系数，讨论了Ｐ＋和Ｐ注入损伤缺陷的差别和它们在退火过程中的不同行为。     

超大容量氢同位素色谱分离系统的概念设计

在多年从事色谱分离氢同位素技术研究的基础上,设计了一套超大容量氢同位素分离系统,包括系统的总体设计,以配气及纯化、三级色谱柱、气体流路及自动控制和载气回收为主的单元设计,以及调试实验方案设计。该系统的特点是可以根据氢同位素分离解吸谱图的信息比较直接地计算出解吸过程的动力学参数,即在实验数据的支持和适当的假设条件（平衡再吸附、均匀表面）下,依靠解吸速率方程、形状参数和解吸活化能的计算便可比较系统地描述其复杂的动力学过程。在以前的工作中,虽然已经证实了采用5A分子筛柱在77 K的低温下,可以连续富集氢 氘混合气中的氘、天然氢中的氘,甚至含氚重水中的氚的可行性,但本工作仅是初步的概念设计,其可行性还须通过实验结果来验证。     

ITER氦冷固态实验包层模块第一壁氢同位素双向输运数值分析

氦冷固态实验包层模块(HCCB-TBM)安装于国际热核聚变实验堆(ITER)中,用以验证HCCB包层概念的氚增殖能力与热移出能力。HCCB-TBM第一壁用于承受堆芯等离子体粒子轰击和包容内部功能材料。外侧等离子体驱动氘、氚粒子渗透与内侧氢分压驱动渗透的同时存在,形成了第一壁的双向氢同位素输运。此双向输运可能对第一壁外表面再循环系数、包层增殖氚的纯化产生重要影响。基于商业软件COMSOL建立第一壁双向氢同位素输运模型,研究第一壁的氢同位素的输运特征。仿真结果表明：第一壁中的冷却剂流道具有强的氢同位素移出能力,使得双向输运解耦合;在ITER等离子体脉冲周期中,放电过程中已扩散到材料内部的氚在等离子体关停时扩散回流到真空室侧,关停时的回流将降低向冷却剂流道的氚渗透损失。     

~(85)Sr、~(134)Cs和~(60)Co在黄土中吸附和迁移的研究

本文通过静态实验和动态实验 ,研究了85Sr、13 4Cs和60 Co在黄土中的吸附和迁移行为以及核素浓度、p H和温度对分配系数的影响。静态实验结果表明 ,16个样品测定的85Sr、13 4Cs和60 Co的分配系数的均值分别为 82、7.4× 10 3 和 5.4× 10 3 m L/g;p H值的变化对三种核素的分配系数有较大影响。动态实验结果表明 ,三种核素的绝大部分滞留在土柱中 ,只有少部分从土柱中流出来 ;三种核素在土柱中的迁移速度从快到慢的顺序为85Sr>13 4Cs≈60 Co