H原子在Zr(0001)表面吸附的第一性原理研究

结合蒙特卡洛(MC)模拟和第一性原理密度泛函理论(DFT)方法,从Zr-H体系微观结构、吸附概率、吸附能、Mulliken电荷布居数以及电子态密度等方面对H原子在α-Zr(0001)表面的吸附位点和吸附机理等进行计算分析。结果表明:H原子在Zr(0001)表面首先产生物理吸附,然后由物理吸附转变为化学吸附,吸附过程中电荷不断由Zr(0001)表面原子向H原子转移,最后趋于稳定。另外,稳定吸附后的H原子直接与Zr(0001)表面最表层原子生成化学键,且主要由H(s)、Zr(s)和Zr(d)轨道的电子态做贡献。综合分析得到H原子在Zr(0001)表面的吸附位点优先级顺序为密排六方间隙位(hcp位)>面心立方间隙位(fcc位)>桥位(bridge位),顶位(top位)不会产生吸附。     

放射性核素在氧化物、磷酸盐和黏土矿物表面吸附：热力学和微观结构认识

本文主要以放射性核素在氧化物、磷酸盐和黏土矿物表面上吸附研究为例,概括了放射性核素在固液界面上吸附行为研究的系统方法。主要分为以下7个步骤进行介绍:(1)吸附剂结构、形貌、拓扑性质的表征;(2)吸附剂表面电荷性质表征;(3)表面质子化和去质子化反应的平衡常数;(4)pH、离子强度、吸附质浓度和天然有机质等对放射性核素在固液界面吸附影响;(5)放射性核素在固液界面上的微观形态和空间结构等信息;(6)利用表面配位模型探讨放射性核素在固液界面的吸附机理;(7)采用先进光谱表征技术和量子计算技术对所得吸附机理进行分子或原子水平上的论证。     

H原子在γ-U(100)表面吸附与扩散的密度泛函研究

采用密度泛函理论方法研究了H原子在γ-U(100)表面的吸附和扩散。结果表明：H原子在γ-U(100)表面的最佳吸附位依次为穴位、桥位和顶位,吸附能分别为2.696、2.597和2.017 eV;H原子在γ-U中的最佳间隙位为四面体间隙,其次是八面体间隙,吸附能分别为1.534 eV和0.991 eV;H原子在铀表面以及近表面层的不同吸附位之间的扩散需克服不同的势垒,相比于间隙位,H原子更倾向于在γ-U(100)表面吸附聚集。     

用密度泛函理论研究氚在高温气冷堆核级石墨的吸附与解吸附行为

为研究氚在高温气冷堆核级石墨上的吸附和解吸附行为,本文利用密度泛函理论,采用氢原子代替氚原子的办法,通过理论计算得到了氚在高温气冷堆核级石墨上的结合能,通过模型分析得到了氚在高温气冷堆核级石墨上的吸附、解吸附机理与相应的份额,并得到HTR-10在20年寿期末各部分氚的累积量及事故工况下氚释放量的估计值。本文结果为研究估算高温气冷堆氚释放的机理提供了一条新思路。     

放射性核素在花岗岩上的吸附行为

综述了放射性核素在花岗岩上吸附作用的研究现状和进展。相关研究表明:(1)花岗岩的物化性质(包括形貌、化学组成及表面酸碱特性)对放射性核素的吸附有一定的影响;(2)放射性核素在花岗岩表面的吸附速率普遍较快,吸附可在较短时间内完成;(3)各种环境因素如pH值、离子强度、温度、地下水中的主要离子、天然有机质、低氧条件等对放射性核素在花岗岩表面吸附的影响因吸附质离子不同而变化各异;(4)建立在基本吸附数据基础上的表面配位模型可以用于间接探讨相应的吸附机理,拓展了研究核素迁移的思路;(5)采用先进光谱表征技术如XPS可对放射性核素在花岗岩上的吸附机理进行分子或原子水平上的论证。     

锝和碘在矿物上的吸附研究

为了寻找能阻滞锝、碘迂移的地质材料。本工作研究了黄铜矿,方铅矿、稀土赤铁矿,辉锑矿,辉钼矿,黄铁矿等六种矿物对碘和锝的吸附和解吸。结果表明黄铜矿,方铅矿对碘的吸附较好(R_d≈100mL·g~(-1)),辉锑矿对锝的吸附能力相当强(R_d≈2×10~3mL·g~(-1))。吸附是不可逆的,被吸附后的核素牢固地留在矿物上。     

氯化钠-乙酸钠水溶液中放射性核素在粘土矿物和沸石上吸附机理的研究

一、前言 放射性核素在各种屏障材料上吸附分配比的测定及吸附机理的研究,是当前环境放射化学中的重要研究课题之一。放射性核素在硅酸盐矿物上的吸附机理,通常看作是阳离子交换反应。根据离子交换平衡理论,在水相pH值恒定及含有大量钠离子的条件下,放射性核     

Pu化合物电子结构的密度泛函理论计算

为了从电子层面揭示δ相Pu中化学吸附原子与Pu原子间的化合过程,提出相应的Pu金属表面抗腐蚀技术。采用局域密度近似(LDA)+U(Hubbard U参数是对Coulomb排斥相互作用的修正)方法研究了PuH2、PuH3、PuC、PuN、PuO、β-Pu2O3、PuO2、PuS的偏态密度(PDOS)和差分电荷密度,通过PDOS分析了Pu 5f、6d状态和H 1s、C 2p、N 2p、O 2p、S 3p状态间的杂化和混合效应,以及Pu原子与化合物原子间的化学成键行为。计算结果表明:PuH2具有金属特性,PuH3中Pu—H化学键本质上是离子性的,Pu—C化学键具有共价行为,Pu—O、Pu—N和Pu—S化学键具有离子性行为,β-Pu2O3和PuO2中Pu—O化学键具有共价行为,研究结果与其他研究结果一致。     

酿酒酵母对放射性核素铯的生物吸附

实验研究金属Cs⁺在酿酒酵母上的生物吸附特性,包括生物吸附动力学、吸附平衡、吸附等温线以及菌体吸附Cs⁺前后红外光谱的变化。实验结果表明,Cs⁺在酿酒酵母上的生物吸附可分为两个阶段,第一阶段为物理吸附,在20min内达到平衡。Cs⁺在酵母上的吸附过程可很好地用准二级动力学方程来描述（R²=0.989）,平衡吸附量q_e为7.18mg/g,动力学参数k₂为3.56×10^－3g/(mg•min)。Cs⁺在酿酒酵母上的生物吸附可用Langmuir和Freundlich方程来描述,最大吸附量q_max为10.13mg/g。酿酒酵母吸附Cs⁺后,红外光谱峰形基本保持不变。可见,吸附过程未破坏吸附剂的结构,但某些吸收峰发生了漂移。     

放射性核素在天然黏土和人工纳米材料上的吸附机理研究

核能的利用过程中产生的放射性核素不可避免的释放到环境中,给环境污染和人类健康带来重大危害。本文简单综述了近年来我国关于放射性核素在环境天然黏土材料和人工纳米材料上的吸附以及不同表征方法如X-射线吸收精细结构光谱(X-ray absorption fine structure spectroscopy,XAFS)、荧光时间衰减光谱(time resolved laser fluorescence spectroscopy,TRLFS)、X射线光电子能谱(X-ray photoelectric spectroscopy,XPS),并结合表面络合模型和理论计算化学,研究和分析放射性核素在固体界面相互作用机理国内研究进展。通过本文综述,可以为我国开展放射性核素在环境中的化学行为研究提供一些参考。     

衰变和吸附对放射性核素在花岗岩

为了获取关键核素在北山花岗岩中的有效扩散系数,依据125I-在甘肃北山深部花岗岩中的一维扩散曲线,用参数拟合方法得到了125I-在北山花岗岩中的有效扩散系数,并依据扩散方程讨论了衰变和吸附对扩散曲线的影响.研究结果表明,衰变常量和吸附速率常数对一维扩散曲线的影响各不相同,衰变常量的大小影响扩散曲线的形状,吸附速率常数的大小则影响扩散曲线的走势,不同核素的扩散曲线可有很大的差别.     

Measurement of Diffusion and Sorption of Radionuclides in Rocks

The diffusion of Cs, Sr, Am and Np into granite tablets has been examined. Sorption of these nuclides on the five kinds of rock: granite, granodiorite, basalt, andesite and rhyolite was measured and expressed as a function of interstitial water of the rock. The interstitial water was measured by weighing the penetrated water and also by counting the penetrated ^99mTc. Technetium counting represents that the sorption is affected by the rocks and does not correspond linearly to the interstitial water content.

The ratio K_p , amount of sorbed nuclide per unit of interstitial water divided by amount of nuclide per unit of solution, is introduced to make clear the relationship between nuclide sorption and interstitial water. Results indicate that there is a correlation between the sorption of nuclides and the amount of interstitial water. However, mechanisms that retard the movement of the nuclide are different from each other. Americium shows nearly equal K_p values with different rocks. In contrast, Np varies greatly.     

Analysis of Sorption Behavior of Cesium Ion on Mineral Components of Granite

The influence of pH and ionic strength on the sorption of Cs by quartz, biotite, and microcline was investigated to understand the Cs sorption process onto the granite host rock. Cesium sorption by each mineral increased with increasing pH, and reached a constant value at high pH. The Cs sorption decreased in the presence of sodium perchlorate as a matrix ion, and the apparent K_d decreased with an increasing initial concentration of Cs. In the analysis, a two-site model either giving or not giving consideration to the presence of the triple layer was applied to the results of each mineral, and the model parameters were determined. By taking the obtained parameters, the model was used to predict the distribution coefficient K_d of cesium on granite. The simulated K_d values were discussed by comparing themselves with the reference ones for granite.     

Distribution Coefficient in the Sorption of Radionuclides onto Ando Soil in the Presence of Humic Acid

Influence of humic acid (HA) on the sorption of ⁶⁰Co, ⁸⁵Sr and ²⁴¹Am onto Ando soil was examined with respect to HA of various molecular sizes. Distribution coefficient (K _d) in the sorption of ⁶⁰Co on this type of soil was only slightly affected by the presence of HA. The K _d of ⁸⁵Sr as the HA concentration increased. The K _d of ²⁴¹Am decreased as the HA concentration increased and the K _d of HA showed a similar trend. In the solution, ²⁴¹Am selectively formed stable compounds with an HA ranging from 30,000 to 100,000 in molecular weight (MW), whereas ⁶⁰Co and ⁸⁵Sr Preferentially but weakly interacted with HA fractions smaller than 100,000MW. These results suggest that the K _d in the case of ⁶⁰Co and ⁸⁵Sr is mainly controlled by sorption of both cationic species and humic compounds, while the K _d of ²⁴¹Am is controlled by the sorption of HA.     

熔态GeO2结构的XAFS研究

GeO2是光电领域内的重要材料，也是玻璃形成体基础材料之一。晶体GeO2有六方对称的石英结构(q-GeO2)和四面体对称的金红石结构(r-GeO2)。前者是重要的压电和光学材料，后者是半导体Ge的良好封装材料。两种晶态GeO2的熔点不同：q-GeO2的熔点为lll5℃，而r-GeO2的熔点为1086℃。本工作解决了高温氧化物熔体XAFS实验中的困难，尝试了高温熔体XAFS实验的一种新的实验方法，采集了两种晶体形态GeO2熔化后不同温度的XAFS谱，并对照晶体和非晶体的室温XAFS谱，探讨了不同结构状态的熔体不同温度下的结构及其关联，特别是两种熔点之间的熔体结构状态。     

110Agm在大亚湾表层沉积物上的吸附和解吸

为了解放射性核素110Agm在大亚湾水域中的迁移和运输,采用批次法研究了4个大亚湾表层沉积物在天然海水中对110Agm的吸附和解吸行为.在吸附反应体系中,Ag+的质量浓度为1.3 ng/mL,110Agm的放射性浓度为10.0 Bq/mL,海水的pH为8.20,盐度为32.0,固液比为1.0 mg/mL时,在短时间(约40 s)内,110Agm的吸附率即达到28.6%.说明大亚湾表层沉积物对110Agm存在一个快速吸附过程;在吸附时间1 h以内吸附率变化很小,4个沉积物的平均吸附率为30.0%;从1 h～5 d,吸附率可上升至64.4%;5 d以后吸附趋于平衡,吸附分配比平均为1.86×103 mL/g,与解吸实验达到平衡时的吸附分配比1.90×103 mL/g相同.在固液比为4～250 mg/L时,110Agm的吸附分配比随固液比的增加而减小,在250～1 000 mg/L内,随固液比的增加而增加,当固液比大于1 000 mg/L时,分配比基本上保持一个恒定值.     

关于新疆某些煤矿辐射水平审管限值的初步探讨

通过煤矿氡浓度及γ辐射剂量率限值的初步探讨,为编制科学和实用的煤矿辐射水平审管标准提供理论依据;为进一步加强对煤矿的辐射监管,促进煤炭开发利用事业的发展,保护环境、公众和工作人员健康,都具有十分重要的意义,也为提出伴生放射性矿的审管标准限值提供借鉴。     

Pu在花岗岩中的吸附行为

为了解Pu在甘肃北山地区地下深度约为600 m的花岗岩中的吸附行为,研究了各种水质(重蒸水、模拟地下水、BS03井地下水)、pH值(3.0~10.0)、CO32-离子浓度(4.0×10-3~1.0×10-1mol/L)、氧浓度等因素对吸附的影响。通过对吸附后水相物化参数(如pH值、Eh、电导率等)、Pu的价态、固相表面特征参数(比表面、孔径、总孔容等)等数据的比较以及解吸实验结果,推测可能的吸附机理:Pu在花岗岩上以表面配合物的形式吸附,且可用Freundlich吸附等温式描述。     

Pu在Ca-膨润土上的吸附

以甘肃北山BS03井地下水为水相,研究了Pu在Ca-膨润土上的吸附行为。结果表明,Ca-膨润土对Pu具有较强的吸附能力,可用Freundlich吸附等温式描述;Pu在Ca-膨润土上的吸附为不可逆吸附;吸附平衡后,Pu在水相和固相中的价态主要为四价;随着溶液pH值和离子强度的升高,Pu的吸附能力增强;地下水中无机离子(包括阳离子和无机阴离子)浓度增大,有利于Ca-膨润土对Pu的吸附;地下水中DOC浓度增大,不利于Pu的吸附。