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.     

金属氢化物柱内氕氘间的排代

在ZrCo,LaNi5,LaNi4 .7Al0 .3和Pd等常用金属的氢化物上 ,进行了气 固间氕氘的一维相互排代实验 ,结果表明 :排代效果与温度、气相流速、固相比表面积及分离因子等因素有关 ;室温下Pd氢化物具有最好的排代性能 ,其次是LaNi5,LaNi4 .7Al0 .3,ZrCo。理论研究表明 ,气 固界面的同位素交换规律决定排代效果 ,排代流出曲线可以用塔板理论模型来描述 ,塔板高度是排代效果优劣的标志。决定塔板高度的首要因素是交换平衡程度 ;同等交换平衡程度下 ,氢同位素效应对板高有重要影响。     

LaNi_(4.7)Al_(0.3)合金贮氘氚后的老化效应

将氘氚装载到LaNi4.7Al0.3合金样品中并在室温下贮存480d或1120d，发现LaNi4.7Al0.3合金贮合金几乎能保留所有的衰变子体氦－3。通过氘氚化物的解吸等温线，观察到该合金存在显著的氚老化效应；坪压降低，坪斜增加，可逆容量减少及被称为“渣”（heel）的深捕陷氢同位素形成。实验还发现623K下除气可以部分消除这些老化效应。     

LaNi5-xAlxDy的中子衍射研究

分别测量了LaNi4.25Al0.75和LaNi4.75Al0.25两种合金样品在未吸氘及不同含氘量的氘化物样品的中子衍射谱,用Rietveld程序拟合出它们的晶体结构,并观察到了一些过去未曾注意的现象.LaNi4.25-Al0.75在吸氘过程中,氘原子优先占据的原子坐标为(0.17,0.32,0.45).     

LaNi5-xAlxDy的中子衍射研究

分别测量了LaNi4.25Al0.75和LaNi4.75Al0.25两种合金样品在未吸氘及不同含氘量的氘化物样品的中子衍射谱，用Rietveld程序拟合出它们的晶体结构，并观察到了一些过去未曾注意的现象。LaNi4.25Al0.75在吸氘过程中，氘原子优先占据的原子坐标为（0．17，0．32，0．45）。     

氘氚燃料气体氕纯化系统设计及工艺初探

在惯性约束聚变氘氚冷冻靶制备中,对氘氚原料气中氕含量有严格限制。为控制少量燃料中氕含量,有必要开展相关氢同位素分离研究及工程研制。根据热循环吸附(Thermal Cycling Absorption Process,TCAP)原理及前期冷实验数据,研制了一套小型纯化热实验系统。系统内配置了一根长2 m、外径6.4 mm的钯/硅藻土填充柱用于对氕的过滤。按照纯化工艺设计,占总吸附量10%的原料气从填充柱一端输入,经过一次加热冷却循环后从柱另一端输出,氕在色谱柱内累积,进而实现原料气的纯化。经过纯化工艺初步探索,连续输入33次原料气后,柱内氕含量由12%累积到了52%,产品气中氕含量由12%降至3%,氘氚燃料回收率为82.5%,实现了柱内氕的有效富集,以及氘氚气体中氕的有效过滤。     

LaNi5合金长期贮氚的老化效应

为探究金属氚化物老化效应的机理，利用一个装载氘氚老化了2140天的LaNi5床开展实验研究，LaNi5合金贮氘氚2140天后能将几乎所有的衰变^3He保留在晶格内，从氘化物的解吸等温线中可以观察到显著的氚老化效应：（1）等温解吸线右移；（2）坪斜增加；（3）可逆容量减少；（4）被称为“渣”（heel）的深捕陷氢同位素的形成，实验发现，当衰变^3He在1230K高温消除后，这些老化效应完全消失，这就为氚老化效应的氦致机理提供了一个直接的证据。     

DFT方法研究LaNi5M（M=0，D，Al）的晶体结构和电子结构

根据密度泛函理论(Density functlional theory-DFT),利用总体能量平面波赝势技术,以平面波为基集,计算了LaNi5M(M=0,D,Al)型贮氢材料的晶体结构和电子结构,获得了不同材料的总体能量、键结构、态密度以及Mulliken布居值.根据计算结果,分析并得到了LaNi5、LaNi5D和LaNi4Al电子结构的变化规律,Al取代LaNi5中部分Ni原子时优先取代晶胞中3g位的Ni原子,讨论了LaNi5在吸氘前后键结构和态密度变化情况,并用MS(Material Studio)中的Reflex模块对所建立的模型进行了模拟计算,获得了材料的中子衍射谱图.经比较与实验谱符合较好.     

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。     

LaNi5－xAlxDy（x＝0.1，0.25，0.3，0.45，0.5，0.75）微观结构中子衍射研究

在室温下分别测量了一系列LaNi5－xAlx（x＝0.1,0.25,0.3,0.45,0.5,0.75）合金及其氘化物的中子衍射谱,利用FullProf程序对LaNi5－xAlx合金的衍射数据进行了精修,确定了它们的空间群为P6/mmm,得到了合金的晶胞参数、晶胞体积以及原子的占位,发现Al仅替代了部分处于3g位置的Ni,随着Al含量的增加,晶胞体积的变化量与Al替代量之间基本呈线性关系。对LaNi5－xAlxDy衍射数据的精修确定了氘化物的空间群仍为P6/mmm,分析了充氘后的相成分及晶胞参数、晶胞体积变化,得到了氘原子在晶胞中的占位和分布。     

LaNi_(4.9)Al_(0.1)热力学性能的氚老化效应

测定了LaNi4.9Al0.1热力学性能的氚老化效应。结果表明,吸氚1120d后,LaNi4.9Al0.1氚化物的解吸等温线表现出坪台压力和可逆吸氢容量随时间的增加而降低,并形成残留氚（tritium hell);坪斜和热力学焓变△H和熵变△S随时间的增加而增加。     

镧镍-5和铀的氚老化效应的XRD分析

对长期贮氚后镧镍-5(LaNi5)和铀(U)的老化粉末进行了XRD分析。实验发现：老化镧镍-5的图谱峰有了显著展宽，表现出严重的氚老化效应；当衰变氦-3在1230K高温消除后，这种展宽也随之消失，表明上述改变主要是由衰变氦-3引起的。相比之下，老化铀的XRD分析发现图谱峰没有明显的展宽，表明铀的氚老化效应要小得多。     

LaNi_(4.9)Al_(0.1)D_x去氘化动力学性能的氚老化效应

测定了不同材料的LaNi4.9Al0.1Dx去氘化动力不数，评价了Chuan老化对LaNi4.9Al0.1Dx去氘化动力学性能的影响。研究结果表明，反应速率常数随老化时间的延长而降低；Chuan老化不改变LaNi4.9Al0.1Dx去氘化的反应级数；支氘化反应级数a（由氘压决定）和b（由氘浓度决定）分别为0．5和1；活化能随老化时间的延长而增加，老化1120d，速率常数降低了2个数量级，活化能约增加30％。     

LaNi4.25Al0.75合金的吸放氚性能研究

在真空系统中,对LaNi4.25Al0.75合金的氘活化特性进行测试.测定了该合金在不同温度下的吸放氚速率曲线和P-C-T曲线,获得了LaNi4.25Al0.75T x吸、放氚的标准焓值和标准熵值.LaNi4.25Al0.75T2.5合金的生成标准焓值和标准熵值分别为(-31.8±0.8) kJ·mol-1和(-76.5±2.4) J·mol-1·K-1,其解析值分别为(-36.5±0.5) kJ·mol-1和(-84.2±1.5) J·mol-1·K-1.用四极质谱计测定了材料吸附氚气和贮存7 d时释放氚的纯度,并进行了比较.     

LaNi4Al贮氢合金的晶体结构

通过Ｘ射线衍射分析，利用ＰｏｗｄｅｒＩｎｄｅｘｉｎｇ程序计算了ＬａＮｉ４Ａｌ的晶胞参数和晶胞体积。开发应用计算机软件Ｃａｓｔｅｐ计算了ＬａＮｉ４Ａｌ合金的单胞、双胞及八胞体系的单点能（Ｅｓｐ），确定了Ａｌ对ＬａＮｉ５晶胞中不同位置的Ｎｉ的取代是随机的，其晶体结构与ＬａＮｉ５相同，都属Ｐ６／ｍｍｍ空间群。研究结果为探讨Ｌａ－Ｎｉ－Ａｌ系材料的贮氦机制、贮氢机制提供了依据。     

LaNi4.7Al0.3材料的吸、放氘行为研究

ＬａＮｉ４．７Ａｌ０．３材料的吸，放氘的行为，给出了吸附容量，保留量，等温曲线，温度与平衡压的关系曲线，计算了热力参数△Ｈ和△Ｈ，为ＬａＮｉ４．７Ａｌ０．３材料的应用提供了理论依据。     

LaNi_(4.25)Al_(0.75)吸氕、氘、氚热力学同位素效应

采用自制的全金属氢化物吸放氢实验装置,恒温等容条件下测定LaNi_(4.25)Al_(0.75)材料吸氕、氘、氚单质气体的压力-组成等温线(P-C-T曲线),并根据Van’t Hoff(范特霍夫)方程得到LaNi_(4.25)Al_(0.75)吸氕、氘、氚形成氢化物相的热力学参数焓变ΔH分别为:-44.5、-45.0、-47.1kJ·mol-1,熵变ΔS分别为:-118.0、-121.8、-127.5J·mol~(-1)·K~(-1)。结果表明:LaNi_(4.25)Al_(0.75)材料吸收氕、氘、氚单质气体,在温度较低时,同位素效应不明显;温度高于100℃时,热力学同位素效应显著。相同温度、吸气容量条件下,吸气平衡压力从低到高依次是氕、氘和氚,其反应焓变和熵变从小到大依次是氚、氘和氕。结果表明,LaNiAl合金吸氢的热力学同位素效应依赖于温度的变化。     

LaNi_(4.9)Al_(0.1)热力学性能的氚老化效应

测定了LaNi4 .9Al0 .1热力学性能的氚老化效应。结果表明 ,吸氚 112 0d后 ,LaNi4 .9Al0 .1氚化物的解吸等温线表现出坪台压力和可逆吸氢容量随时间的增加而降低 ,并形成残留氚 (tritiumheel) ;坪斜和热力学焓变ΔH和熵变ΔS随时间的增加而增加