中子与γ射线辐照对B4C/环氧树脂屏蔽材料性能的影响

中子与γ射线辐照对屏蔽材料性能的影响直接关系到了核设施的运行安全性。本研究以B4C/环氧树脂屏蔽材料作为研究对象,对比了在1 MGy γ射线及叠加1.19×1015cm-2中子辐照两种辐照环境下屏蔽材料力学性能、断口组织形貌、特征化学产物及热稳定性能的变化规律。结果表明：持续约11.6 d的γ射线辐照及叠加持续约3 h的中子辐照后屏蔽材料力学性能持续降低,但均未降低到辐照前的50%以下,屏蔽材料在此条件下产生了辐照降解,但未发生失效。与单独的γ射线辐照相比,叠加中子辐照后屏蔽材料1H-NMR图谱δ=7附近峰的强度没有明显变化,说明未继续发生苯环上C-H键的断裂。屏蔽材料热失重50%质量损失温度T50%由辐照前的526.3℃降低到了γ射线辐照后的453.2℃及γ射线叠加中子辐照后的463.9℃,屏蔽材料辐照后热稳定性降低。     

碳纳米管/聚丙烯酰胺复合水凝胶的制备及性能

通过活度2.072×1015 Bq、剂量率2 k Gy·h-1的钴-60进行辐照接枝和辐照交联两步法制备了碳纳米管复合水凝胶。使用傅里叶红外光谱(Fourier Transform Infrared spectroscopy,FTIR)、热释重分析(Thermal gravimetric analysis,TGA)、透射电子显微镜(Transmission electron microscope,TEM)、X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)、BET比表面积(Brunauer-Emmett-Teller Specific Surface Area)等方法对样品进行了表征。结果显示,改性后的碳纳米管(Carbon nanotubes,G-CNTs)的管壁出现了明显的链段,其傅里叶红外光谱在1 452 cm-1和1 726 cm-1处多了两个吸收峰;碳纳米管复合水凝胶的BET值(30 m2·g-1)比聚丙烯酰胺水凝胶的(12 m2·g-1)提高了一倍多。实验结果表明丙烯酸被成功接枝到CNTs的管壁上。G-CNTs在凝胶中均匀分散,并提高了复合水凝胶的比表面积和机械强度。     

环氧树脂对伽马射线的屏蔽分析及耐辐照效应

本文以环氧树脂为研究对象,分析了环氧树脂对能量范围在0.001~100 MeV的伽马射线的屏蔽性能,测试了环氧树脂对⁶⁰Co伽马射线的屏蔽性能,并对其进行了总剂量为93.5 kGy的伽马射线辐照处理,对辐照前后环氧树脂的密度、光学照片、力学性能、断面微观形貌、耐热性能和红外光谱进行了分析。结果表明：环氧树脂对低能(E<0.01 MeV)伽马射线的衰减主要是光电吸收作用,对中能(0.01 MeV60Co伽马射线的屏蔽性能一般。93.5 kGy伽马射线辐照导致环氧树脂老化、密度和最大耐热温度降低、力学性能增大、破坏程度低,环氧树脂可耐93.5 kGy伽马射线辐照。     

纳米Y2O3/环氧树脂复合材料辐射防护性能及正电子寿命研究

传统的屏蔽X/γ射线材料一般为铅或含铅材料，存在有毒、质量重、不易成型、价格较高等缺点，而高分子复合材料被认为是未来能够有效防护核辐射的新型材料。环氧树脂（Epoxy Resin,EP）作为基材具有诸多优点，如耐腐蚀、力学性能好、耐磨性强、绝缘性优良及耐辐照性较强等，稀土材料对20～88 keV能区的X/γ射线有比较好的屏蔽效果，能够弥补铅的弱吸收区，同时可规避铅的毒性。为验证纳米稀土三氧化二钇/环氧树脂（Y₂O₃/EP）复合材料对X/γ射线的屏蔽性能，首先采用Y₂O₃填充到环氧树脂中制备了不同氧化钇含量的Y₂O₃/EP复合材料。然后利用正电子寿命谱、X射线衍射、扫描电镜研究了材料的微观结构，用热重分析仪及差示扫描量热仪测试了材料的热稳定性，用维氏硬度计及万能拉力机测试了材料的机械性能。最后利用蒙特卡罗程序对样品的辐射防护性能进行了模拟计算。研究结果表明：Y₂O₃填充到环氧树脂中可提升复合材料的热稳定性、硬度及杨...     

中子吸收材料Fe-TbFeO_3-DyFeO_3的制备及性能研究

采用粉末冶金工艺制备了Fe-TbFeO_3-DyFeO_3块体材料。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和透射电子显微镜对球磨粉末和烧结块体进行了微观组织分析,测试了块体材料的热物理性能、耐腐蚀性能和离子辐照性能。实验结果表明,通过球磨可获得混合均匀的Fe-Tb_4O_7-Dy_2O_3纳米尺寸颗粒的混合粉末。高温下Tb_4O_7转变成Tb_2O_3,烧结块体中的Tb_2O_3和Dy_2O_3的含量随烧结温度升高而降低,在1 200℃烧结24h可获得Fe-TbFeO_3-DyFeO_3块体材料。Fe-TbFeO_3-DyFeO_3块体材料具有高的热导率和低的热膨胀系数,腐蚀性能较差。在400~600℃辐照至25dpa,随辐照温度升高辐照肿胀率逐渐降低,400℃辐照肿胀率最大为0.5%。     

辐射法制备壳聚糖/聚丙烯酸水凝胶及其溶胀性能研究

采用电子束对壳聚糖和丙烯酸混合水溶液进行辐照，制得了壳聚糖／聚丙烯酸（CS／PAAc）共聚物水凝胶。研究了pH值、各组分配比和辐照剂量等因素对产物溶胀率的影响。结果表明，水凝胶具有pH敏感性，在强酸性（pH≈1）和碱性（pH〉7）条件下均表现出较好的溶胀性；而在pH2-5范围内溶胀率较小。同时，随着辐照剂量的增大，产物的溶胀率也随之增大，在酸性条件下表现并不明显，而当pH〉6时增大效果较显著。     

耐温屏蔽复合材料的研制及性能研究

为满足核电站、乏燃料存储设施等对防护材料的耐温性、热稳定性、耐辐照性能等要求,研制四官能环氧树脂基(AGA型)耐温屏蔽复合材料。首先对基体材料的热稳定性进行分析,由热重分析(thermogravimetric analysis,TG)曲线得到其起始分解温度为353.5℃,200℃恒温储存170 h后,基体材料失重1.22%。动态热机械性能分析(dynamic thermomechanical analysis,DMA)表明,随着钨(W)含量的增加,AGA型耐温屏蔽复合材料的玻璃化温度向高温区移动并且峰型变宽。用⁶⁰Co放射源辐照50 kGy剂量,当AGA型耐温屏蔽复合材料的W含量10.5 wt%,B₄C含量3 wt%时,其辐照前后冲击强度均为最优。用²⁵²Cf中子源测试2 cm厚AGA型耐温屏蔽复合材料的屏蔽性能,当加入3 wt%的B₄C时,AGA-4耐温屏蔽复合材料的快中子透射率为50.00%。实验结果表明,AGA型耐温屏蔽复合材料具有一定的耐温性和耐辐照性能,并且密度较小。     

石墨烯量子点对环氧树脂抗辐照性能的影响

探究高能辐照下环氧树脂损伤降解机理,以提高环氧树脂在辐照环境下的稳定性。本研究将石墨烯量子点(GQDs)作为自由基清除剂,减缓γ辐照环境下环氧树脂的降解,并研究了GQDs对环氧树脂抗辐照性能的影响机制。结果表明：经过辐照后环氧树脂力学性能下降49%,玻璃化转变温度下降4.4℃;石墨烯量子点/环氧树脂(GQDs/EP)复合材料的力学性能下降35%,玻璃化转变温度下降2.2℃;GQDs的引入使得辐照后的GQDs/EP复合材料产生的自由基含量显著低于纯树脂自由基的含量。GQDs纳米颗粒也改善了辐照前后环氧树脂的力学性能和热学稳定性。因此,GQDs纳米颗粒可以作为自由基清除剂,有效地提高环氧树脂的辐照稳定性。GQDs清除自由基机制与sp²碳域和表面的官能团有密切相关。本研究为提高环氧树脂在γ射线辐照下的稳定性提供了新的思路和方法。     

贫化铀用于舰艇核动力装置辐射防护的屏蔽性能分析

贫化铀的合理利用和安全处置是国际核工程界长期存在的难题,用作舰艇核动力装置的一次屏蔽结构材料是贫化铀利用的一条途径。文章对贫化铀材料主要是DU混凝土作为辐射防护材料的物理、化学、力学、屏蔽等方面性能进行了调研综述,结合舰艇核动力装置对辐射防护的具体要求,针对舰艇反应堆四层三维屏蔽结构简化模型,利用蒙特卡罗方法模拟计算了贫化铀材料对中子、γ射线的屏蔽性能,通过与铅、钨、铸钢等材料进行对比分析,初步说明了贫化铀或贫化铀混合物用于舰艇核动力装置辐射防护材料的可行性。     

多氨基协效的偕胺肟基吸附材料制备及其铀吸附性能

海水中的有机物易于与铀酰离子络合成稳定的化合物,从而影响铀吸附材料的吸附性能。本研究使用聚丙烯/聚乙烯无纺布（PP/PE SNW）为基材,通过辐射诱导接枝聚合（RIGP）在基材表面引入甲基丙烯酸缩水甘油酯（GMA）单体后,分别与三亚乙基四胺（TETA）、四亚乙基五胺（TEPA）以及五乙烯基六胺（PEHA）进行开环反应引入氨基,与丙烯腈进行加成反应后,再进行胺肟化反应制备出具有多氨基协效官能团的偕胺肟基（AO）吸附材料P-TETA-AO、P-TEPA-AO、P-PEHA-AO。对制得的材料进行了结构表征、吸附性能探究以及吸附机理分析。实验结果表明：成功在基材表面修饰了3种不同链长功能高分子链,制备出目标偕胺肟基吸附材料;3种材料P-TETA-AO、P-TEPA-AO、P-PEHA-AO的铀吸附行为均符合准二级动力学模型以及Langmuir等温吸附模型;24 h内3种材料对铀的吸附容量分别为66.1 mg/g、63.22 mg/g、65.62 mg/g,在pH为5～9范围内表现出良好的吸附性能;5次吸附-解吸实验中材料的铀吸附率仅下降6%,解吸率维持在95%以上,具有良好的可再生性;模拟海...     

磷钼酸铵/聚丙烯酸复合凝胶吸附剂的合成及对铯的分离

以丙烯酸为基底合成了磷钼酸铵/聚丙烯酸复合吸附剂(AMP-PA)。采用红外光谱（FTIR）、X射线衍射（XRD）等方法对AMP-PA进行表征。研究了振荡时间、酸度、Cs⁺ 浓度对铯吸附的影响,及多种离子存在下吸附剂对铯离子的选择性吸附。静态实验结果表明：AMP-PA吸附铯大约5 h达到平衡;HNO₃浓度在0~3.0 mol/L范围内对铯的吸附量影响不大,吸附过程符合Langmuir方程,计算得到的最大吸附量达到4.7 mg/g;采用3.0 mol/L NH₄Cl+1.0 mol/L HNO₃解吸,解吸率大约为70%;多种离子存在下对铯离子具有选择性吸附。动态柱实验发现,AMP-PA对铯的吸附量为4.32 mg/g,解吸率约为50.4%。在高浓度杂质离子Na⁺、K⁺、Sr²⁺、Co²⁺、Fe³⁺、Zn²⁺、Ca²⁺存在下,AMP-PA柱可以选择性分离铯,在铯的淋洗液中Co²⁺低于检测限,含量最高的Fe³⁺分离因子为3,浓度比起始浓度降低四个数量级。     

磷钼酸铵/聚丙烯酸复合凝胶吸附剂的 合成及对铯的分离

以丙烯酸为基底合成了磷钼酸铵/聚丙烯酸复合吸附剂(AMP-PA)。采用红外光谱（FTIR）、X射线衍射（XRD）等方法对AMP-PA进行表征。研究了振荡时间、酸度、Cs⁺ 浓度对铯吸附的影响,及多种离子存在下吸附剂对铯离子的选择性吸附。静态实验结果表明：AMP-PA吸附铯大约5 h达到平衡;HNO₃浓度在0~3.0 mol/L范围内对铯的吸附量影响不大,吸附过程符合Langmuir方程,计算得到的最大吸附量达到4.7 mg/g;采用3.0 mol/L NH₄Cl+1.0 mol/L HNO₃解吸,解吸率大约为70%;多种离子存在下对铯离子具有选择性吸附。动态柱实验发现,AMP-PA对铯的吸附量为4.32 mg/g,解吸率约为50.4%。在高浓度杂质离子Na⁺、K⁺、Sr²⁺、Co²⁺、Fe³⁺、Zn²⁺、Ca²⁺存在下,AMP-PA柱可以选择性分离铯,在铯的淋洗液中Co²⁺低于检测限,含量最高的Fe³⁺分离因子为3,浓度比起始浓度降低四个数量级。     

除Sr、Cs无机交换剂的制备及性能

为去除废液中的Sr、Cs等裂变产物,用制备的亚铁氰化铜钾和亚铁氰化钴钾无机交换剂进行了初步研究。结果显示,亚铁氰化铜钾交换剂对Sr、Cs离子的静态饱和交换容量最大值分别为80、160mg／g,对Sr、Cs离子的动态交换容量最大值分别为17、130mg／g;亚铁氰化钴钾交换剂对Sr、Cs离子的静态饱和交换容量最大值分别为80、70     

18-冠-6/LA/Fe3O4复合磁性纳米粒子的制备及其吸附性能研究

Fe₃O₄磁性纳米粒子（MNPs）比表面积大、吸附能力强,且在外磁场作用下易于液固分离,冠醚具有对铀酰离子选择性配位的能力。本研究制备了兼具两者特点和优势的18-冠-6/LA/Fe₃O₄复合磁性纳米粒子。其结构经红外（IR）、扫描电镜-X射线能谱（SEX/EDX）、振动样品磁强计（VSM）、热综合分析仪（TGA）进行表征,表明18-冠-6/LA/Fe₃O₄复合磁性纳米粒子的粒径为12～23 nm,饱和磁化强度为56.34 emu/g。用制得的复合磁性纳米粒子对溶液中铀酰离子进行初步吸附实验,在选定的条件下,平衡吸附率达95%,操作方法快速简便,吸附后的磁粒子可方便地进行富集和回收。     

Preparation of Zn/TiO2 powder and its photocatalytic performance for oxidation of P-nitrophenol

Zn-doped TiO2 catalysts were prepared using a sol-gel method and characterized by XPS,UV-Vis, BET, XRD in this study. Under the irradiation of simulant sunlight, the photocatalytic activity for the degradation of p-nitrophenol was studied too. After irradiation for 2.5 h, the degradation percentage of p-nitrophenol could rise to more than 80 %. The results showed that the spectrum absorption band edge of Zn/TiO2 powder does not broaden obviously comparing with pure TiO2 powder. Zinc exists as Zn （11）. When calcined at 973 K, there is a new phase as ZnTiO3 in Zn/TiO2 catalyst. The order of photocatalytic activity of Zn/TiO2 catalysts calcined at different temperatures for p-nitrophenol is 773 K 〉 673 K 〉 873 K 〉 573 K 〉 973 K and the photocatalytic activity of Zn/TiO2 catalyst calcined at 773 K is better than TiO2 catalysts heated at the same temperature, and outclasses that of commercial TiO2 catalyst. It also showed that the photocatalytic degradation of p-nitrophenol follows first-order kinetics under the irradiation of simulant sunlight.     

层状金属硫化物硫化锡钾的制备及其对Sr2+的吸附性能研究

本文用水热法合成了硫化锡钾（KSnS）,利用扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）仪等对KSnS的形貌和组成进行了表征分析,并通过静态吸附实验分别研究了pH值、接触时间、共存离子和Sr²⁺初始浓度对KSnS吸附Sr²⁺的影响。结果表明,在40 ℃、pH=7.25、Sr²⁺初始浓度为5.5 mg/L的条件下,KSnS对Sr²⁺的吸附平衡时间约为35 min,Sr²⁺去除率为99.62%。吸附反应可操作pH值范围较宽,52+去除率保持在80%以上。溶液中含有K⁺、Na⁺、Ca²⁺和Mg²⁺等共存离子时,二价离子的干扰大于一价离子。KSnS对Sr²⁺的吸附动力学行为可用准二级动力学方程描述,吸附过程属于化学吸附。通过Weber-Morris模型和Boyd模型分析可知,液膜扩散是主导吸附速率的步骤。     

Electrodeposition of Uranium and Transuranic Elements onto Solid Cathode in LiCl-KCl/Cd System for Pyrometallurgical Partitioning

A pyrometallurgical partitioning process is being developed for recovering transuranic elements (TRUs) from high-level liquid waste. In the process, actinides are separated from fission product, especially rare earth elements (REs), by means of an electrorefining technique or a reductive-extraction technique. In this study, electrorefining experiments were carried out in LiClKCl/Cd system to recover actinides from salt bath containing actinides and REs. Uranium and neptunium could be depleted from the salt bath and recovered onto a solid cathode with high collection efficiency and high selectivity. Plutonium and americium, however, were difficult to be recovered at high current efficiency because reduction of Nd³⁺ to Nd²⁺ at about—1.7V consumed cathodic current prior to the deposition of Pu or Am. The rotation of the cathode had rather negative effect against deposition of Am and Pu in case of coexistence of much amount of Nd because Nd²⁺ was removed from the cathode surface quickly and the reaction of Nd³⁺ to Nd²⁺ was promoted. At higher current density, Pu and Am could be recovered onto solid cathode but current efficiency became too low. The result indicated that electrorefining technique in the pyro-partitioning was effective for U and Np but not for Pu and Am.