氚处理设备敷面材料的选择

本实验研究了15种金属和非金属材料表面对氚气的吸附、转化(为氚化物)和转移(进人体)的性能。结果表明,在所检查的7种金属材料中,氧化膜保存完好的硬铝吸附、转化和转移氚的能力较弱,氧化膜破坏后这种能力则大为增强;在8种非金属材料中,以聚四氟乙烯吸附、转化和转移氚的能力为最低,其次是聚乙烯和普通玻璃。氚处理设备应尽量选用硬铝、聚四氟乙烯、玻璃和聚乙烯作表面结构材料,或者用这些材料敷面,以减少工作人员对氚的吸收。     

氚气在弹性复合材料中的溶解、扩散和渗透性能的测量

本文根据氚气具有很强渗透性能及其在不同材料中渗透性能的差异,用正比计数测量技术对氚气在各种材料中的渗透性能进行测量、比较,从中选出最佳复合形式,提供生产制造防氚手套。     

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。     

贮氢材料在氚技术中的应用

简要介绍了在氚技术中应用贮氢材料的意义和在氚技术中应用的贮氢材料的研究现状、典型贮氢材料的特性、贮氢材料用于氚技术的优点，及贮氢材料在工业规模的氚处理技术中的应用情况。     

我国聚变堆结构材料表面阻氚涂层的研究进展

阻氚涂层是聚变堆实现氚自持及氚安全的关键科学与技术问题之一。我国通过国家磁约束聚变能发展研究专项依托国内优势单位部署了阻氚涂层基础问题及工程化技术研发工作。本文介绍了国内外聚变堆结构材料表面阻氚涂层研究进展,重点评述了近几年我国在阻氚涂层的材料选择、制备技术及阻滞氢渗透机制三个科学技术问题的研究进展,提出今后的研究方向。目前我国阻氚涂层材料类型以氧化物涂层为主,涂层制备工艺技术在不断优化和更新。Al2O3/FeAl阻氚涂层的电化学沉积铝(ECA)、粉末包埋渗铝(PC)及热浸铝(HDA)等方法的工艺处理规模及涂层阻氚性能在国际上均相对领先。发展了研究阻氚涂层阻滞氢渗透作用机理的方法,将通常基于Fick定律的表象研究方法向原子级方法前推了一步。未来需在考虑涂层制备工艺与基体材料成分、性能的关系及其在复杂形状结构件的适用性基础上,开发长寿命、高阻氚性能的阻氚涂层材料及制备工艺。     

IBIL在氚增殖材料研究中的应用

在氚增殖材料辐照效应的研究中,离子激发发光(ion beam induced luminescence,IBIL)是一种高效实用的实时分析技术。本文介绍了国外MeV离子束对多种氚增殖材料的IBIL研究。研究表征了样品中的辐照缺陷特征及其演变情况,对辐照缺陷的产生机制进行了讨论,并提出辐照过程中的相关动力学模型。最后,介绍了北京师范大学串列加速器上IBIL装置应用现状,并对IBIL应用在氚增殖材料研究中的前景进行了讨论。     

用氢同位素估算氚在熔盐堆结构材料中的渗透

熔盐堆产生的氚在高温下透过结构材料管壁进入大气环境。为降低此危害,研究氚在堆结构材料中的渗透过程十分必要。针对熔盐堆常用的结构材料Hastelloy N、GH3535、Hastelloy C230、Hastelloy C276,本研究采用压力差驱动法,在400-700 oC和5-40 k Pa的试验条件下,获得了氕、氘的渗透系数,并初步估算氚在该结构材料中的渗透。结果表明:氕、氘在镍基合金中的渗透通量与气体压力的平方根成正比,渗透系数随温度增大,与温度倒数的关系符合阿伦尼乌斯公式;氕、氘在成分相似的GH3535和Hastelloy N中渗透系数接近,与其它两种合金材料中渗透系数都在一个数量级内,在相同温度下两者渗透系数比值接近1.4,符合经典扩散理论;在400-700 oC内,氚在4种镍金合金中渗透过程的指前因子为1.1×10-7-1.6×10-7 mol·m-1·s-1·Pa-1/2,活化能为59-62 k J·mol-1。     

氚在真空贮存容器材料中的吸附和渗透行为

研究了贮存氚靶约4 a和20 a的两个316 L不锈钢真空贮存容器(以下简称贮存容器)及其垫片材料对氚的吸附行为,并对氚在贮存容器材料中的渗透速率进行了测量和分析。结果表明,贮存容器外表面氚污染为几十Bq/cm2,不锈钢与陶瓷中吸附的氚活度均为106Bq/g;热解吸至1 273 K过程中,材料中99%的氚释放出来;在解吸出的氚中,陶瓷中的HTO比例高于不锈钢;贮存温度对氚靶贮存容器的渗氚速率有较大影响,夏季约为冬季的4倍。上述结果提示,氚在贮存容器材料内表面吸附后,一部分会向晶格扩散并滞留下来;另一部分则透过材料向外环境渗透,其中温度是影响氚向外环境渗透的主要因素之一。     

聚乙烯醇膜材料氚衰变辐照效应研究

利用FTIR、XRD、AFM等方法,分析了聚乙烯醇（PVA）膜材料在不同氚气氛下的氚衰变辐照效应,表征了氚衰变β射线对PVA中氢与氚同位素置换的诱导激化作用,明确了PVA中的氚取代主要发生在C-H基团,而醇羟基O-H基团因强烈的氢键作用而未发生氚取代;材料的表面形貌、结晶度等均发生了变化。通过PVA膜拉伸力学性能实验,测定了不同氚衰变辐照下PVA膜材料的拉伸强度和伸长率。结果显示,与其微观结构变化趋势一致。     

单斜相偏锆酸锂陶瓷氚增殖材料研究

单斜相偏锆酸锂是聚变堆中最有前途的氚增殖材料之一。该材料具有较高的锂原子密度和优异的氚释放行为，成为近年来最受重视的陶瓷氚增殖材料。在Ｌｉ２Ｏ－ＺｒＯ２二元系中，存在九种不同的锆酸锂相，因此制备单一相的锆锂陶瓷十分困难。本文作者以干法制备工艺为基础，从热扩散的角度分析了Ｌｉ２ＺｒＯ３的形成机理，改进了制备工艺，成功地制备出了单斜相Ｌｉ２ＺｒＯ２陶瓷材料粉末样品。     

氚在注入铝,氧和钼,铬离子的铀中的扩散渗透行为研究

一、引言铀与氚有较强的化学反应,这种反应随氚的压力和温度的增加而加剧。当氚在金属(?)中的浓度低于铀对氚的固溶极限时,氚与铀发生非常缓慢的氚化反应,这时,氚从高浓度端     

Tritium permeation experiments using reduced activation ferritic/martensitic steel tube and erbium oxide coating

Low concentration tritium permeation experiments have been performed on uncoated F82H and Er₂O₃-coated tubular samples in the framework of the Japan-US TITAN collaborative program. Tritium permeability of the uncoated sample with 1.2 ppm tritium showed one order of magnitude lower than that with 100% deuterium. The permeability of the sample with 40 ppm tritium was more than twice higher than that of 1.2 ppm, indicating a surface contribution at the lower tritium concentration. The Er₂O₃-coated sample showed two orders of magnitude lower permeability than the uncoated sample, and lower permeability than that of the coated plate sample with 100% deuterium. It was also indicated that the memory effect of ion chambers in the primary and secondary circuits was caused by absorption of tritiated water vapor that was generated by isotope exchange reactions between tritium and surface water on the coating.     

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。     

氚在RAFM钢中的渗透

采用气相渗透方法，开展了国产低活化铁素体/马氏体钢（RAFM钢?）之一的CLAM钢的氚渗透实验，研究了影响渗透的关键因素，建立了可靠的实验方法。在573~823?K温度范围内，得出氚的渗透率F_T为2.57×10-8exp(-38639/RT)，氚溶解度S_T为2.2×10-1exp(-38639/RT)，扩散系数D_T?为1.17×10-7exp(-22011/RT)。另外，氘氚混合渗透时存在明显的正同位素效应，在实验温度范围内，推导得出的氘氚渗透分离系数α_DT为1.42，氕氚渗透分离系数α_HT为3.76。      

氟盐冷却高温堆氚输运特性瞬态分析

氚是熔盐堆运行过程中的固有产物，具有强腐蚀性和渗透性，是限制熔盐堆技术发展的瓶颈问题之一。本文围绕氟盐冷却高温堆（FHR）中氚输运特性在事故工况下的瞬态响应开展研究，主要讨论在无保护反应性引入（URI）及无保护冷却剂入口过冷（UOC）事故下，熔盐堆一回路中的氚产率、石墨吸附量、熔盐溶解量、腐蚀与沉积反应以及氚向二回路的扩散等特性。研究发现，瞬态条件下氚输运特性较稳态时更为复杂多变，呈现出强烈的动态耦合特点，这对氚控设备的性能提出了更高的要求。计算表明，在URI和UOC事故下，氚向二回路的扩散速率均降低，不需投入额外的氚控安全设施。     

Numerical Study on Tritium Behavior by Using Isotope Exchange Reactions in Thermochemical Water-Splitting Iodine—Sulfur Process

One potential problem in the hydrogen production system coupled with the high-temperature gascooled reactor (HTGR) is transmission of tritium from the primary coolant to the product hydrogen by permeation through the heat transfer tubes. Tritium accumulation in the process chemicals in the components of a hydrogen plant, a thermochemical water-splitting iodine-sulfur (IS) process, will also be a critical issue in seeking to license the hydrogen plant as a non-nuclear plant in the future. A numerical analysis model for tritium behavior in the IS process was developed by considering the isotope exchange reactions between tritium and the hydrogen-containing process chemicals, i.e., H₂O, H₂SO₄ and HI. The tritium activity concentration in the IS process coupled with the high-temperature engineering test reactor (HTTR), the HTTR-IS system, was preliminarily evaluated in regard to the effects of some indeterminate parameters, i.e., equilibrium constants of the isotope exchange reactions, permeability of tritium through heat transfer tubes, tritium and hydrogen concentrations in the secondary helium coolant, and the leak rate from the secondary coolant loop. The results describing how the tritium activity concentration changes with variations in these parameters and which component has the maximum tritium activity concentration in the IS process are described in this paper.     

防氚高分子复合材料的制备及其性能

利用氯化聚乙烯、聚偏二氯乙烯(Polyvinylidene chloride,PVDC)、高密度聚乙烯等高分子材料复合防氚材料。采用渗透实验测量氚气渗透率;通过测量断裂强力和剥离力测量力学性能;通过测量浸泡化学试剂前后的溶失率、断裂强力下降率、剥离力下降率等表征材料的耐化学性能。结果表明,氚气在防氚高分子复合材料中的渗透率为3.44×10-10 m3/(m2?s);与PVC相比,氚气渗透率降低约70倍。PVDC薄膜复合后断裂强力提高约20倍,经纬向断裂强力为721 N。防氚高分子复合材料浸泡5种化学试剂后,最大溶失率为0.29%、断裂强力最大下降率为5.1%,其力学性能、耐化学性能均满足《防护服装酸碱类化学品防护服》(GB24540-2009)等相关标准的要求。     

CLAM钢中氕氘的渗透与去除

低活化铁素体/马氏体钢（RAFM钢）是聚变堆产氚包层的优选结构材料。氢同位素在结构材料中的扩散渗透特性关系到产氚回收率、燃料循环及运行安全。本工作对国内研发RAFM钢之一的CLAM钢进行了气体驱动的氘渗透实验,得到573～873 K温度范围内氘的宏观溶解度S（mol/(m³•Pa^0.5)）为0.264exp(-22 447/RT),扩散系数D（m²/s）为1.38×10^-7exp(-17 271/RT),渗透率Φ（mol/(m•s•Pa^0.5)）为3.64×10^-8exp(-39 718/RT)。还进行了氕氘气体混合物的渗透实验,确认了渗透同位素效应;探索了钢中溶解氘的真空热释放去除。     

中子辐照后6Li-Al合金靶片中氚的测量方法研究

建立了流气式系统捕集和化学转移法测量^6LiAl合金靶片在中子辐照过程中的渗漏氚和辐照后靶片中总氚量的方法。渗漏氚的捕集方法是：在流气式系统中，用含少量氢的惰性载气将渗漏氚载带出来，经高温催化氧化后被乙二醇鼓泡器捕集；靶片中的氚转移法是用NaOH溶液将合金靶片溶解，气相中的氚采用渗漏氚的捕集方法捕集，液相中的氚则蒸馏到馏分中。最后用液体闪烁计数器分别测量乙二醇鼓泡器和馏分中的氚量。测量结果与理论氚产量基本相符。