氢同位素的交换与置换

固体表面吸附的氢同位素具有自发与气相氢同位素交换并达到某种程度平衡的性质,这种交换作用在金属氢化物表面同样存在.由于金属氢化物体系一般具有氢同位素效应,使得交换平衡时气-固相间的同位素丰度发生变化.利用这种性质可以进行金属氢化物柱内氢同位素间的置换,实现工程方面的应用.     

氢同位素的交换与置换

固体表面吸附的氢同位素具有自发与气相氢同位素交换并达到某种程度平衡的性质，这种交换作用在金属氢化物表面同样存在。由于金属氢化物体系一般具有氢同位素效应，使得交换平衡时气-固相间的同位素丰度发生变化。利用这种性质可以进行金属氢化物柱内氢同位素间的置换，实现工程方面的应用。     

金属氢化物柱内氢同位素的快速排代

为寻找能实现快速排代的金属氢化物,对ZrCo、LaNi5、LaNi4.7Al0.3和Pd材料的填充柱进行了氢氘间的一维排代实验研究,结果表明排代速率与温度、固相比表面积及分离因子等因素有关;室温下Pd氢化物具有最快的排代速率,其次是LaNi5,LaNi4.7Al0.3,ZrCo.通过微观的气-固交换过程分析,定性揭示了影响排代速率的因素和条件.高流速排代实验证明,用Pd作柱填充材料,可以实现氢同位素的快速排代.     

气相色谱法在氢同位素分离中的应用

简要介绍了气相色谱法分离氢同位素的原理,重点阐述了利用气相色谱法分离氢同位素的几种主要工艺(洗提色谱法、氢置换色谱法、自置换色谱法和前沿置换色谱法)及其应用进展,并对气相色谱法在氢同位素分离中的应用前景进行了评述。     

低温精馏氢同位素分离技术及其应用

低温精馏是大规模分离氢同位素的有效手段,本文对该工艺涉及的气体纯化、制冷与真空、测量与控制、安全防护等关键技术进行简要介绍。对该工艺在重水生产、重水升级和除氚、聚变堆氘氚燃料循环、武器用氚等领域的国外应用做了回顾。分析了国内对该技术的需求,提出今后开展的研究方向。     

色谱分离氢同位素的尾气处理

介绍了重水提氚工艺中色谱分离系统的尾气处理方法,即从氦气中去除氢同位素的方法,着重介绍了适合目前处理量、适合闭环运行的催化氧化法及低温吸附法。实验数据显示,催化氧化法在没有外加空气或氧气的情况下,几乎不能去除氦中的氢,在外加一定流量空气的情况下,可以得到99.99%~99.999%的高纯氦;其缺点是必须加氧或加空气,不仅增加了处理过程及设备的复杂性,而且不可避免地会将过量的氧气或空气留在氦气中,因此氦如果要循环使用还需要进一步除氧。而低温吸附法处理后的氢气中约含1%~2%的氦气,满足下一级氢氧复合的要求,但在低温吸附的过程中及解吸初期释放出的氦气中含氢量约1%,达不到作载气的要求,因此必须经过下一级处理,如低温吸附或经过消氢催化剂。     

钯在氢同位素分离和纯化工艺中的应用

在迄今所知的金属-氢体系中，钯氢体系的同位素效应最强，因此，钯被广泛用于氢同位素处理工艺中。文章简述了钯氢体系的同位素效应，综述了钯及其合金在氢同位素分离和纯化工艺中的主要应用及其发展。     

TCAP氢同位素分离装置的小型化及分离性能

根据TCAP氢同位素分离原理及系统小型化要求,设计了一套小型氢同位素分离装置。采用分离柱外室中螺旋型电阻加热器对Pd/K分离柱进行加热,利用低温恒温槽中的低温无水乙醇在外室中循环冷却分离柱。采用西门子PLC模块,根据程序设定对TCAP分离过程进行自动控制。在参数优化的条件下,研究了全回流及生产模式下的分离效率。研究发现,设计的小型氢同位素分离系统实现了稳定的分离柱加热-冷却循环,循环时间为0.25 h。在生产模式下,由氘纯度为80%的原料气可分离出氘纯度99.5%产品气,生产效率可达8.7 mL/h。低氘含量H-D混合气（D%=20%）同样能实现明显的氘浓缩效果（产品气D含量达99.0%）。     

钛膜中氢同位素的深度分布

为评估氢同位素效应对其在贮氢金属中深度分布的影响,对H/D-Ti、D/T-Ti、D-Ti及T-Ti样品用7.4MeV的4He离子束进行30°方向弹性反冲(ERD)分析.由H/D-Ti样品ERD能谱获得其1.7μm深度的D分布,结合D-Ti样品ERD能谱的～3 μm深度的H、D分布进行了模拟分析.结果表明,H、D含量均随深度增加,其分布曲线基本一致,说明在Ti中H、D的分布互不干涉,样品制备过程中其同位素效应不明显.用同样的方法对DT-Ti样品中的D、T分布进行了模拟分析.结果表明,在1.7 μm深度内D、T的分布基本均匀,但由于D、T的能谱过于靠近,其解谱误差较大.用3.0 MeV的质子对HD-Ti和D-Ti进行的质子背散射(PBS)分析表明,两样品中的D分布趋势一致,证明了Ti中H、D的分布互不干涉,样品制备过程其同位素效应不明显的结论.     

氧化锆检测器在微量氢同位素色谱分析中的应用研究

针对氦气与氢同位素气体热导性差异较小的问题,以氧化锆原电池为气相色谱检测器、改性γ-Al_2O_3为填充柱,在液氮温度(77K)下系统研究了氧化锆检测器测量氢同位素的影响因素,对氦气中微量氢同位素气体进行了分离测试。结果表明,氧化锆检测器的最佳工作温度约为700℃,在载气流速为60mL/min条件下,仪器测量的相对标准偏差小于1%,该方法对H2的检测下限可达15ppm,对D2的检测下限可达40ppm,样品检测的相对误差小于5%。以上结果表明,氧化锆检测器可用于氦气中微量氢同位素的分析测量。     

重水中氢氧同位素的质谱分析

用高分辨率质谱计分析了重水中氢与氧的同位素组成；分析了重水的分子组成、质谱中的单电荷离子；利用高分辨率质谱峰相对强度，计算了重水中的氢氧同位素组成。结果表明，高分辨率质谱法分析重水，可同时分析其中的氢同位素和氧同位素，并且用样量小，结果可靠。     

贮氢金属中氢同位素的离子束分析方法评估

文章介绍用离子束方法分析贮氢金属中氢同位素含量与分布的实验条件与设计，并分析各自的优、缺点。通过实验测量与分析表明，用离子束分析方法可获得氢同位素含量与分布的丰富信息和精确数值。用6.0MeV的O离子束进行ERD分析的优点是截面为卢瑟福截面，所用的Mylar膜薄，能使H、D、T明显分开，测量精确，缺点则是对样品制备要求高，分析深度小；用7.4MeV的⁴He离子束进行ERD分析能得到H、D、T的分布信息，对Ti的分析深度可达到3.0μm，缺点则是三者的谱图相互重叠，模拟解谱的误差较大；用3.0MeV的质子进行PBS分析，只能获得D、T的分布信息，但分析深度更深。      

低温制备气相色谱法分离氢同位素

介绍了采用低温制备气相色谱法以Al2O3装填分离柱进行氢同位素分离的装置。研究了氢同位素分离色谱柱(Al2O3分离柱)的制备和操作步骤，并对其分离效果进行了讨论。实验结果表明：经分离、净化后，氘纯度可达99．9％以上。该装置具有结构简单、操作费用低、一次性投资少等优点，在那些对氢同位素纯度要求高，用量小的部门或实验室有良好的应用前景。该装置不仅可用于氢氘分离，还可用于氘氚分离。     

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。     

扫描电子显微镜结合热电离质谱测定单微粒中铀同位素比值

单微粒铀同位素分析是核保障环境监测技术的重要手段。作为现阶段应用最可靠且广泛的微粒分析技术之一,裂变径迹-热电离质谱(FT-TIMS)技术需依赖反应堆辐照,分析步骤繁琐,效率较低。扫描电子显微镜结合热电离质谱(SEM-TIMS)在保持原有TIMS的高测量精密度的同时,由扫描电子显微镜结合X射线能量色散谱仪(SEM-EDX)完成含铀微粒的寻找和鉴别,由微操作系统进行微粒转移,缩短了分析流程,提高了分析效率。本文应用建立的SEM-TIMS分析方法对已知同位素组成的单分散铀氧化物标准微粒进行了测量,测量结果与其标称值一致。     

改装元素分析—稳定同位素比值质谱联用仪测定固体样品硫同位素

本文对元素分析—稳定同位素比值质谱联用仪(EA-IRM S)进行改装,并利用其测定不同形态硫同位素标准物质和样品.结果表明,在色谱柱后加装SO2气体捕集管,可捕集氧化还原产生的SO2气体,并重复调用作为参考气使用,无需外部引入高纯SO2气体,减小了其对仪器管路腐蚀和实验室环境危害;硫酸钡进样量约400μg时,捕集管中的...     

氘气中氢同位素的低温气相色谱法测定

针对高纯氘气中H₂、HD与D₂等氢同位素气体间不易分离分析的特点,以5A分子筛微填充石英毛细管色谱柱,在－95℃下对氢同位素进行分离,以气相色谱-脉冲放电氦离子化检测器对氢同位素进行分析。研究建立的H₂、HD与D₂等同位素气体测定方法精密度小于15%,最小检出摩尔分数为1×10^－6。