HR3C在超临界水中的腐蚀性能研究

通过高压釜浸泡实验研究了超级奥氏体不锈钢HR3C在循环的超临界水（SCW）中的均匀腐蚀性能,实验温度分别为550、600、650 ℃,压力为25 MPa,并对实验后试样生成的氧化膜进行了SEM、EDS和XRD分析。实验结果显示,HR3C在SCW环境中的氧化腐蚀速率随着温度的升高而增大,1 500 h后650 ℃ SCW环境下材料的腐蚀增重约为550 ℃时的2倍。材料表面生成的氧化膜主要成分为FeCr₂O₃、Fe₃O₄和Fe₂O₃,内层氧化膜富Cr而外层氧化膜富Fe。     

超临界水氧化处理核电站废阴离子交换树脂研究

在间歇式超临界水氧化(SCWO)设备中,对粉碎处理后的阴离子交换树脂水悬浮液在超临界条件下进行了氧化降解处理。实验研究了反应温度、反应压力、反应时间、过氧系数对COD去除率的影响,同时考察了催化剂种类、反应压力和反应温度对氨氮去除率的影响。通过正交试验,得到主要因素对处理效果影响的显著程度排序为:反应温度>反应压力>反应时间>过氧系数。结果表明:在反应温度540 ℃、反应压力26 MPa、反应时间8 min、过氧系数3的条件下,COD去除率为99.65%。针对阴离子树脂中NH₃-N含量高难以去除的问题,选用不同的催化剂CuSO₄、MnO₂、CeO₂添加到反应体系中,结果表明对NH₃-N的氧化效果顺序为CuSO₄>CeO₂>MnO₂,对NH₃-N的最高降解率达到96.53%。     

NH4HF2氟化制备UF4工艺及热力学研究

采用自制氟化反应器,以NH₄HF₂为氟化剂,开展了不同反应温度、氟化剂过量比条件下NH₄HF₂氟化制备UF₄工艺研究,实验获得了反应温度、NH₄HF₂过量比对氟化效率的影响规律,采用化学分析结合X射线粉晶衍射法对反应产物进行鉴定。研究结果表明：温度为573、673、823 K时,氟化产物中UF₄含量随NH₄HF₂过量比的增加而逐渐增大,当温度为723、773 K时,氟化率随NH₄HF₂过量比的增加呈先增大后减小的趋势。温度为723 K、NH₄HF₂过量比为300%时,该反应氟化率最大,为92.53%。反应温度为573～823 K时,该氟化反应氟化产物中包括4NH₄F·UF₄、NH₄F·3UF₄、3...     

单晶硅表面钝化层在低能电子辐照前后的SIMS和XPS分析

为了研究低能电子辐照对单晶硅器件表面钝化材料中产生的化学微结构的变化,在轻掺杂P型单晶硅基底上制作了三种表面钝化膜,分别是单一SiO₂钝化膜、SiO₂/Si₃N₄复合钝化膜、硼硅玻璃/Si₃N₄复合钝化膜,开展了表面钝化单晶硅在最大能量70 keV的加速器电子束下的辐照实验。样品在空气气氛下辐照6 h,用二次离子质谱(SIMS)测试了辐照前后三种表面钝化膜中Si、N、B的纵深变化,同时用Ar离子刻蚀X射线表面光电子能谱(XPS)对Si元素的化学结合状态进行测试分析。结果表明:对单一SiO₂钝化的轻掺杂P型材料,辐照在SiO₂/Si界面产生明显的材料结构变化,界面附近的SiO₂不再是完整化学计量比,而是SiO_x(x<2);对SiO₂/Si₃N₄复合钝化的轻掺杂P型材料,辐照对SiO₂     

U3Si2粉末氟化制备UF4工艺研究

在元件生产过程中，不合格的含铀物料种类多、存量大，为了提高铀的可利用率，满足日益增多燃料元件生产任务所需物料的稳定供给，需要进行铀回收。本实验研究了将U₃Si₂粉末先煅烧氧化制成U氧化物，再将U氧化物与固体氟化铵反应制备UF₄的干法工艺，通过研究氟化物加入量、反应温度、反应时间等因素对产品UF₄质量的影响，摸索出最佳工艺参数。实验结果表明，U₃Si₂粉末煅烧氧化后与固体氟化铵或氟化氢铵反应能制备出符合质量要求的UF₄产品，反应温度在500℃左右、保温时间4.5 h可将UF₄中的UO₂F₂含量降到较低水平。      

316NG不锈钢在硼-锂溶液中的电化学腐蚀行为研究

利用电化学方法获得316NG不锈钢（316NG）在300℃、pH=5~8硼-锂溶液中的极化曲线和交流阻抗（EIS）,并绘制相应水化学条件下的电位-pH图。结果表明:碱性条件下钝化区尤其是二次钝化区极化电流急剧减小,pH=7~8时阳极极化表现出3次钝化现象,偏碱性条件极化阻抗显著高于偏酸性和近中性条件,说明碱性条件下316NG表面钝化膜保护效果更佳。pH=5时电化学极化后样品表面主要生成Cr₂O₃和Fe₂O₃;碱性条件下（pH=6~8）样品表面氧化膜为分层结构:最外层为Fe₃O₄,随深度增加开始出现NiFe₂O₄,内层成分主要为FeCr₂O₄。随着电导率升高,溶液电阻、电荷传递电阻和钝化膜电阻均显著降低。依据极化曲线绘制的电位-pH图与文献结果相吻合。      

阻氚用Fe-Al渗铝层表面稳态相Al2O3膜生长机理研究

为阐释Fe-Al渗铝层表面暂态相Al₂O₃膜向稳态相α-Al₂O₃膜的转变机理,探索稳态相α-Al₂O₃膜制备的氧化工艺参数范围,采用掠入射角X射线衍射仪、辉光放电光谱仪、聚焦离子束、透射电镜等,结合热重分析对CLAM钢基体Fe-Al渗铝层在940～980 ℃、1 Pa～20 kPa参数下的氧化生长行为进行了深入表征与机理分析。研究结果表明,在1 Pa～20 kPa氧分压范围内Al₂O₃膜生长初期反应速率常数随着氧分压的升高而增大,而后期反应速率常数反而随之下降;采用掠入射角X射线衍射仪对3～180 min氧化不同时期表面Al₂O₃膜的相结构进行了掠入射角分析,推测Al2O3膜的生长经历了从氧化初期形成暂态相γ-Al₂O₃（15 min）→过渡态相α-（Al_0.948Cr_0.052）₂O₃（30 min）→稳态相α-Al₂O₃（120～180 min）的演变过程,最短相转变时间约60～90 min,连续Al₂O₃膜厚度约2 000 nm;同时,结合聚焦离子束对30、120 min形成的Al₂O₃膜表面进行了精确定向切割制样,并采用透射电镜选区电子衍射分析验证了相转变前Al₂O₃膜结构为过渡态相α-（Al_0.948Cr_0.052）₂O₃（113）,转变后为稳态相α-Al₂O₃（113）,证实了Cr作为第三组元促进暂态相向稳态相α-Al₂O₃的转变规律。     

超临界水氧化技术处理磷酸三丁酯的实验研究

放射性废磷酸三丁酯是一种常见的放射性有机废物,其妥善处理对于核工业的可持续发展至关重要。本文采用间歇式超临界水氧化设备,对磷酸三丁酯的氧化分解进行了探究。结果表明,磷酸三丁酯的降解产物无毒害物,气相产物为CO₂,液相产物为CO^2-₃、PO^3-₄及未反应的有机物,证实了超临界水氧化技术处理磷酸三丁酯的可行性。通过对反应温度、反应压力等因素对有机物去除率影响的研究,确定了磷酸三丁酯超临界水氧化反应的最优化反应条件：反应温度450 ℃、反应压力24 MPa、磷酸三丁酯初始浓度0.05 mol/L、过氧化氢过量1倍。在此反应条件下,停留时间为10 min时,有机物去除率可达99.9%。     

高温液钠在不锈钢丝网吸液芯中毛细特性研究

碱金属高温热管吸液芯的毛细特性对于热管的正常运行具有重要意义。本文采用毛细上升法和称重法在手套箱中开展了高温液态金属钠(简称液钠)在不同目数的304不锈钢丝网吸液芯中毛细特性的实验研究。实验获得了不同温度阶段下吸液芯毛细性能的变化规律,结果表明：在低于460℃阶段,吸液芯毛细性能提升有限,这是由于不锈钢表面Cr₂O₃氧化膜对液钠润湿性影响决定的。温度高于460℃之后,液钠与Cr₂O₃发生腐蚀反应,吸液芯毛细性能明显增强。且液钠对不锈钢表面氧化膜的破坏是不可逆的,在后续加热周期的温度变化阶段将保持最佳浸润性,吸液芯毛细特性将主要受到表面张力物性的影响,呈现随温度升高吸液芯质量下降的变化趋势。根据毛细理论并结合吸液芯结构建立了吸液芯毛细抽吸模型,降温阶段模型预测吸钠质量与实验值的误差在12%以内。     

堆照AlN干法提取Ba14CO3工艺的反应热力学与动力学分析

通过热力学计算软件(HSC)对堆照Al N复杂物系下的一段高温氧化反应及主要反应单元进行了初步的热力学与动力学分析，并进行了实验验证。结果表明：为提高¹⁴CO₂的产率，需保证反应时O₂充足；反应速率由O₂的吸附和¹⁴CO₂的脱附过程的扩散控制；应从改善气-固反应物的反应器选型、接触方式、接触时间、反应温度等方面着手改进工艺从而提高反应速率。本文研究结果为批量化制备高比活度Ba¹⁴CO₃提供了重要技术支持。     

Etude de la reaction du magnesium massif avec l'air

The reaction of magnesium with air follows very irregular kinetics; periods of slow and rapid growth alternate in random fashion. We show that initially the metal reacts simultaneously with nitrogen and oxygen. A nitride layer is formed next to the metal and an oxide layer next to the gas. This double layer becomes temporarily protective, which leads to a substantial slowing down of the rate of weight increase. Sudden cracking entails a rapid acceleration of both oxydation and nitridation, giving rise to two surface layers. An irregular sequence of several fast and slow stages leads to the development of a sharply layered film. The cracks formed when the oxide layer is thicker are gradually sealed by the products of vapour-phase reactions. The total layer then acquires a distinct protective power, and the gases can no longer reach the metal surface. The reaction then starts again by the oxidation of the strata of nitride formed earlier and proceeds at a slow but regular pace.     

U-10Mo/Al-Si固体扩散行为

采用扩散偶方法研究U-10Mo合金与Al-xSi(x＝0,1,2,5,7,9,质量分数)合金的固体扩散行为。实验在真空热压炉中完成,退火温度为555、570、580、590和595℃,时间为5～10h。实验结果表明：退火条件对扩散行为有显著影响,580℃是U-10Mo/Al-xSi扩散行为的重要分界点;当温度低于580℃热压退火处理时,扩散层厚度随Si含量的增加先急剧减小然后缓慢增大;当温度高于580℃时,扩散层的厚度随Si含量的增加而增加。Si含量较高(≥2%)的扩散偶扩散层厚度比低Si含量的小,扩散层呈3层结构,靠近Al-Si侧出现贫Si区。成分分析显示：Si含量较高的扩散偶,靠近U-Mo侧的扩散薄层中出现Si的富集,其成分为(U,Mo)(Al,Si)_x (x≤3);靠近Al-Si合金侧的扩散层成分为(U,Mo)(Al,Si)_x (x＞3)。     

辐射条件下球腔冷冻靶温度场分布数值研究

惯性约束聚变冷冻靶系统中,为成功实现靶丸点火,冰层厚度均匀性需达到99%,表面粗糙度的均方根要小于1 μm。控制靶丸表面最大温差小于0.1 mK能满足以上点火要求。为研究辐射对惯性约束聚变间接驱动靶丸的温度场影响,建立了三维对称球腔冷冻靶系统的计算模型。考虑球腔内部激光入射口封口膜吸收率以及外部辐射温度对球腔内部温度场分布的影响,利用FLUENT软件对球腔冷冻靶温度场进行了数值模拟计算。研究表明：球腔由于自身具有的球对称几何结构,其内部的温度场分布更加均匀;受外界辐射影响,有窗侧靶丸表面温度较无窗侧温度高;辐射温度越高,靶丸表面的绝对温度越高,虽然靶丸表面的温差变化基本可忽略,但要防止由于外界辐射温度过高而导致的DT冰层均匀性恶化,应选用多层屏蔽罩结构降低辐射的影响;激光入射口封口膜吸收率大于0.2时,靶丸表面温差显著增大。     

锆合金包壳水侧SiC涂层研究

研究了聚碳硅烷（PCS）粉末的高温裂解特性及PCS粉末与锆粉间的化学反应机理,并在900 ℃制备了SiC涂层。研究发现,900 ℃开始,PCS裂解产物由无定形态SiC向结晶态转变。不同温度下,PCS粉末与锆粉的混合物发生一系列化学反应,产物为ZrC、Zr₂Si、Si₃Zr₅,通过调节反应温度,可控制该化学反应的程度,进而实现对涂层成分的调节。采用先驱体转化法（PIP）在锆合金包壳表面制备了SiC涂层,经PCS溶液浸涂-裂解3次循环可得到SiC陶瓷层,厚度为4 μm,涂层成分为SiC,ZrC为过渡层。划痕法测试得到涂层附着力等级为1～2级。     

燃料元件包壳材料CN-1515不锈钢在可控氧铅铋环境下的腐蚀行为

国产CN-1515不锈钢因其良好的抗辐照肿胀能力和高温力学性能成为铅铋快堆燃料包壳的主要候选材料。在铅铋冷快堆中,由于液态铅铋合金对金属材料具有强烈的腐蚀性,会影响到反应堆的安全稳定运行,因此,铅铋冷快堆中结构材料应用还需充分考虑耐液态铅铋腐蚀性能。本文以国产CN-1515奥氏体不锈钢为研究对象,在自行研发的控氧静态铅铋腐蚀实验装置上,开展了高温铅铋腐蚀实验。实验温度分别为450、500、550、600 ℃,实验时间分别为1 000、3 000、6 000 h,液态铅铋合金中氧含量控制在10^-6%～10^-7%之间。实验结果表明,低温（T≤450 ℃）下,CN-1515不锈钢表面会生成一层保护性氧化膜,但随着腐蚀时间的增加,氧化膜会逐渐疏松而失去其保护作用;然而温度大于500 ℃时,不锈钢发生严重的Ni元素溶解腐蚀,腐蚀深度随温度的升高和时间的延长而增加。     

Influence of superficial oxidation on the pyrophoric behaviour of uranium hydride and uranium powders in air

Pyrophoric behaviours in air of uranium hydride and uranium powders have been studied on samples of small mass – several tens of milligrams – in a thermogravimetric device and on samples of several grams in an instrumented furnace. Results show that ignition can occur at room temperature for both materials but only in the second device and provided that powders are not superficially oxidized. Chemisorption of oxygen on particles is suspected to be responsible for ignition at room temperature. This phenomenon is not taken into account in classical theories of ignition.When ignition does not occur at room temperature, it occurs above at least 90 °C when heating at a rate of 5 °C min^?1. Ignition seems then to result principally from the large increase of oxidation rates with temperature.     

放射性废离子交换树脂高温裂解处理技术研究

通过热重实验以及台架试验,进行了废阴/阳离子交换树脂的高温裂解处理技术研究。结果表明,通过电磁感应加热反应器中的金属球并辅助搅拌,可以实现树脂的高温裂解。相比于氮气和水蒸气,空气是更合适的反应气氛。在空气氛围下,当树脂处理量为1 kg/h时,设定空气流量2 m³/h,反应温度600 ℃～700 ℃,添加剂选择CuSO₄·5H₂O,阴/阳离子交换树脂经本裂解工艺处理,废物残留率分别为8%和12%左右,两种树脂最终的裂解残留率可以达到3%～5%左右,可以实现较为彻底的裂解反应。阴离子和阳离子交换树脂的裂解反应有明显的区别,其中阴离子交换树脂热敏性更高,裂解需要的温度和空气流量更低,但反应更剧烈,烟气量更大。     

铀铌合金表面热氧化膜结构研究

采用X射线光电谱分析技术、结合Ar离子枪溅射,研究了大气环境、不同温度(室温、100、200和300℃)条件下铀铌合金样品表面氧化膜结构的变化情况。实验结果表明:随温度升高,氧化膜厚度增大,氧化膜结构发生明显变化。不同温度热氧化处理后,铀铌合金初始表面Nb主要以Nb2O5形式存在,在Nb2O5与金属Nb之间,总存在一定厚度的NbO及少量其他价态氧化物NbOx(0x1,1x2)的混合层。室温～200℃热氧化合金样品表面铀均以含间隙氧的UO2+x(P型)存在,其U4f7/2结合能较UO2低约0.7eV。室温条件下,氧化膜成分主要为UO2;100、200℃热氧化后,氧化膜中除UO2外,还含有少量P型UO2+x,其U4f5/2卫星峰的结合能为396.6eV。300℃热氧化后的合金样品表面为铀的高价氧化物(U3O8或UOx,2x3),U4f特征峰的结合能分别为381.8和392.2eV;氧化层为UO2和金属铀的混合物。热氧化过程中,温度对铀氧化的影响较对Nb的明显得多。     

正己烷与正十二烷在硝酸体系中的化学行为

通过红外光谱、气相色谱-质谱联用和核磁共振碳谱等分析方法确定了正己烷和正十二烷直链烷烃在硝酸体系中的反应产物,用气相色谱法定量分析了温度、硝酸浓度和反应时间等因素对正己烷和正十二烷硝化产物的影响,利用定制的高压反应釜考察了正己烷、正十二烷在硝酸体系及温度为150℃情况下的压力变化情况。研究结果表明:高温下正己烷和正十二烷在硝酸体系中的反应产物分别为硝基己烷异构体混合物(2-硝基己烷和3-硝基己烷)和硝基十二烷异构体混合物(2-硝基十二烷、3-硝基十二烷、4-硝基十二烷、5-硝基十二烷和6-硝基十二烷),且温度及硝酸浓度对硝化产物影响较大,而反应时间则影响较小。温度为150℃时,正己烷在硝酸体系中产生的最大压力为3.44 MPa,远大于正十二烷体系下的1.58 MPa,且随着硝酸比例的增加反应体系产生的压力及反应程度均有所增加。     

RNRA and neutron threshold analyses of thick lithium coatings deposited by sputter evaporation

Li coatings on various substrates have numerous applications: Boron neutron capture therapy, super conducting tokamak, etc.Unfortunately the main difficulty using Li is its reactivity in air and diffusion into metals. It is the only metal that reacts with nitrogen at room temperature and it tarnishes and oxidizes rapidly in air.In this work, we investigate how to profile thick Li layers (50 μm) deposited on SiO₂ substrates by a method based on plasma sputtering, involving both DC sputtering and evaporation simultaneously.A thick Li layer (≈10 μm) was covered with a thin stainless steel layer to prevent oxidation during transfer of the sample from the sputtering chamber and the accelerator. Li coatings were investigated by RNRA and neutron threshold reaction to obtain interdiffusion profiles of the different components and their concentration. The depth profile using the ⁷Li(p,γ)⁸Be^∗ resonance nuclear reaction occurring at 440 keV allows us to obtain Li concentration versus depth up to 50 μm.Preliminary results indicate that homogeneous Li layers can be obtained and protected against air, even though it diffuses into the encapsulated layers.