Ti—Mo合金氘化物热解吸过程研究

采用非零初压热解吸法研究了不同钼含量的钛钼合金TiMo_x(x=0.03、0.13、0.25、0.50、1.00,Mo与Ti原子数之比)氘化物的热解吸动力学,测试了氘解吸量与解吸时间的关系,应用反应速率分析方法得到了其热解吸速率常数k_d和热解吸表观活化能E_d;并与氕化物的热解吸动力学行为进行了比较。结果显示,x=0.03时,合金氕化物E_d小于氘合金化物E_d,与钛放氢动力学同位素效应一致;x=0.13、0.25时,氕化物E_d大于氘化物E_d;x=0.50、1.00时,氕化物与氘化物的E_d差别不大。通过初始解吸时合金中氕、氘含量的比较,结合室温下合金吸氕、氘量及物相结构,对合金放氢动力学同位素效应的本质进行了探讨。     

Ti-Mo合金氢化物放氢动力学同位素效应研究

在高真空金属系统中,采用非零初压热解析方法研究了钛钼合金TiMox（x=0.03, 0.13, 0.25, 0.50, 1.00, 原子比）氘化物的热解析动力学,测试了氘解析量c随时间t的变化关系,应用反应速率分析方法得到了热解析速率常数kd和热解析表观活化能Ed ,合金氘化物Ed依次为46.6, 22.4, 13.7, 17.1, 10.4kJ.mol-1。比较氕化物的热解析动力学行为,Mo含量小于0.03时,合金氕化物Ed小于氘合金化物Ed,与钛放氢动力学同位素效应保持一致。Mo含量在0.13 ~ 0.25时,氕化物Ed大于氘化物Ed,Mo含量大于0.50时,氕,氘化物Ed 差别不大。通过初始解析时合金中氕,氘含量的比较,结合室温下合金吸氕,氘量,对合金放氢动力学同位素效应的本质进行了探讨。     

载钯硅藻土吸氕/氘动力学同位素效应

恒温等容条件下,通过p-t曲线测量,研究在223~393K范围内载钯硅藻土(Pd/K)吸氕、氘动力学特性。应用反应速率分析方法计算了反应速率常数,得到了Pd/K吸氕、氘反应活化能。动力学计算结果显示:在整个温度范围内,载钯硅藻土与氕、氘反应明显分为两个温度段。低温段(223~313K),载钯硅藻土吸氕、氘反应速率常数随温度升高而增大且吸氕反应速率大于吸氘反应速率,吸氕、氘反应活化能分别为19.5、19.2kJ/mol;高温段(313~393K),载钯硅藻土吸氕、氘反应速率则随温度升高而减小,氕、氘反应活化能分别为:-18.6、-12.1kJ/mol。测试结果表明,载钯硅藻土吸氕、氘反应存在显著的动力学同位素效应且同位素效应依赖于温度的变化。     

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。     

氘/氚化铀热解吸的动力学同位素效应

在高真空金属系统上测定了氘/氚化铀在恒容体系和225～400℃范围内热解吸的压力-时间等温线,应用反应速率分析方法计算了各自在不同温度下的速率常数。随着温度的升高,热解吸反应的速率增大,反应的平衡压随之增高。由速率常数计算得到氘/氚化铀热解吸的表观活化能分别为(26.3±0.4)kJ/mol和(27.7±0.6)kJ/mol。活化能数据显示,氘/氚化铀热解吸反应的动力学同位素效应不明显。     

钛吸氕氘混合气的同位素效应

本工作研究不同温度下钛吸收氕氘混合气体的特性，并计算其分离因子α。结果表明，在100～300℃温度范围内，ln α与温度T的倒数间存在线性关系ln α＝-0.13+107/T。在200 ℃下，当混合气中的氘浓度在10.0％～87.2％范围内变化时，钛吸收氕氘混合气的分离因子恒定不变。钛对氕氘混合气的吸收存在明显的同位素效应，钛更易于吸收氕气。     

氧化层对钛吸附与解吸氘的动力学影响研究(Ⅰ)--吸氘动力学

应用反应速率分析方法,测定了钛片和表面有氧化层的钛片在恒容体系和475～680℃范围内吸氘反应的速率常数,得到钛片和400℃氧化5h和2h的钛片吸氘反应的表观活化能分别为(112±2)、(181±4)和(115±3)kJ/mol;钛表面氧化层越厚,表观活化能越大;氧化层具有阻氘性能。     

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。     

Mo含量对Ti-Mo合金氢同位素效应的影响

采用磁悬浮熔炼法制备了固溶体合金TiMox（x=0．03、0．13、0．25、0．50、1．00,x为Mo与Ti原子数之比）,经活化后与H—D混合气（D原子占50％）反应,反应平衡后用质谱分析气相中H和D的含量。根据反应前气相中H和D的含量,由质量守恒定律求得固相中H和D的含量。根据气、固两相中的氕氘原子数之比（D／H）,由公式α（H-D]=（ED3／[H]）（目目）／（ED3／[H]）（气相）计算得到H-D分离因子α（H-D）。结果表明：20℃下,x0．03～1．00时,α（H-D）〉1．00,合金氢化物表现为正同位素效应。随着Mo含量的增加,α（H—D）由1．04增加到1．27;x〉0．50时,α（H-D）基本保持不变。2／7—0．03时α（H-D）≈1．00,合金表现为零同位素效应。根据以前热分析实验结果,TiMo0.03吸氢后析出大量负同位素效应的TiH2,并有少量正同位素效应的Ti—Mo合金氢化物,零同位素效应是两者共同作用的结果。根据Mo含量和分离因子的关系,室温下H原子倾向于占据4Ti四面体间隙位置,而D原子倾向于占据能量较高的3TilMo四面体间隙位置。     

超大容量氢同位素色谱分离系统的概念设计

在多年从事色谱分离氢同位素技术研究的基础上,设计了一套超大容量氢同位素分离系统,包括系统的总体设计,以配气及纯化、三级色谱柱、气体流路及自动控制和载气回收为主的单元设计,以及调试实验方案设计。该系统的特点是可以根据氢同位素分离解吸谱图的信息比较直接地计算出解吸过程的动力学参数,即在实验数据的支持和适当的假设条件（平衡再吸附、均匀表面）下,依靠解吸速率方程、形状参数和解吸活化能的计算便可比较系统地描述其复杂的动力学过程。在以前的工作中,虽然已经证实了采用5A分子筛柱在77 K的低温下,可以连续富集氢 氘混合气中的氘、天然氢中的氘,甚至含氚重水中的氚的可行性,但本工作仅是初步的概念设计,其可行性还须通过实验结果来验证。     

V-Ni合金制备及吸氘性能研究

采用磁悬浮感应熔炼法制备了1组V100-xNix(x=0.5,1.0,2.0,4.1,8.3)合金。XRD和ICP-AES分析表明,所制备的合金均为bcc结构的固溶体,物相单一、成分均匀。在室温和1.0MPa氘气压力下的合金吸氘性能测试结果表明:掺杂改性后的金属V活性明显改善,第1次活化均能快速大量吸氘,其中,x=8.3的合金第1次吸氘即可完全活化,其余合金仅需1次吸放氘循环即已完全活化。Ni含量从0.5%(原子百分数,余同)增加到1.0%时,首次吸氘和完全活化后饱和吸氘量逐步提高;当Ni含量超过4.1%时,饱和吸氘量明显下降,仅为理论值的50%左右;x=1.0的合金活化性能最为优良,首次活化可达到理论吸氘量的96.6%,完全活化后,吸氘速率和饱和吸氘量均高于其它样品。对活化除气后的样品进行结构分析观测到,x=8.3的金属经多次吸放氘循环和高温处理后物相发生变化,影响吸氘性能。     

Ti-Mo合金的吸放氢动力学

采用磁悬浮熔炼法制备了5种不同组成的TiMo_x（x=0.03, 0.12, 0.25, 0.50, 1.00，原子比）固溶体合金，用定容变压法测试了其在不同温度范围内的吸放氢动力学性能。研究结果表明，合金的吸放氢动力学可以按一级反应来描述，决速步骤为氢原子在合金晶格中的扩散。相同温度下，不同组成样品的吸氢容量随Mo含量的增加而降低。合金的吸氢活性随Mo含量增加先增强后减弱，氢化物的稳定性随Mo含量的增加而降低。     

热循环吸附法分离氕、氘的研究

对热循环吸附法(TCAP)全回流模式和生产模式下的氕 氘分离实验进行了研究。全回流模式下，主要考核了初始进料比、冷/热循环温度、进料位置对分离效果的影响。结果表明，原料气体从分离柱中部进料时，初始进料比相对越大，冷/热循环温差越大，分离效果越好；而从回流柱进料时，分离效果相对更好。在几组实验中，回流柱初始进料为90%、冷/热循环温度分别为56 ℃/290 ℃的一组效果最好。生产模式下，由于分离柱中气阻较大，有可能影响氕、氘的分离效果，这部分实验还有待继续进行。     

First-principles study on the mechanical properties and thermodynamic properties of Mo–Ta alloys

The mechanical properties, thermodynamic properties and electronic structure of Mo_(1-x)Ta_x(Mo–Ta) alloys(x?=?0, 0.0625, 0.125, 0.25, 0.3125, 0.5 and 1) were calculated by using firstprinciples. The electronic structure of Mo–Ta alloys was analysed by the projected density of states(PDOS). The low temperature heat capacity was estimated by Fermi energy and Debye temperature.It is shown that the formation enthalpy will decrease with the increase of Ta content, and the cohesive energy will increase with the increase of the Ta content. On the other hand, the addition of Ta atoms will reduce the strength and improve the ductility of Mo–Ta alloys, the Debye temperature will decrease and the low temperature heat capacity will be improved with the increase of the Ta content. All these results will be useful for the research of new plasma grid(PG) materials, which is mainly used in neutral beam injection(NBI) systems to produce negative hydrogen ions.