氖中微量组分气相色谱测量分析方法与验证

为测量聚变堆固态氚增殖剂堆内辐照氚增殖剂的产氚速率，除用常规电离室之外，本研究建立了Ne载气的高精度气相色谱在线检测分析方法，通过测量产氚回路中的氦产生量，验证系统中产生的氚量，从而为聚变堆固态包层产氚包层增殖剂材料辐照产氚性能提供一种新的产氚速率测量验证方法。本工作通过研制含有三个检测器、五个色谱柱的气相色谱分析系统，建立了Ne中微量⁴He、H₂及杂质组分的色谱检测分析方法，并完成了实时在线检测的验证实验。结果表明，研发的色谱分析系统可实现高纯Ne中4He、H₂及杂质组分的检测分析，H₂、⁴He检测限可分别达到1.0×10^-6、5.9×10^-6，各组分含量及峰面积的相对标准偏差(sr)均小于5.0%(n=6)，线性相关系数(r²)均大于0.99，说明检测方法重复性好。根据Ne中多组分气体的在线检测验证实验可知，单时段和多时段内的测量重复性均较好，可为辐照产氚考核系统中的产氚速率验证提供分析手段，进而为正式入堆得到辐照数据和氚衡算提供技术支持。     

氦中痕量H2、D2组分的高精度气相色谱分析

为满足聚变堆氘氚燃料循环工艺气体中痕量氢同位素组分的特殊检测分析要求,需建立快速、高精度的在线分析方法。针对氦中痕量H₂、D₂组分,本工作以高纯氦为载气,在液氮温度下,使用自制改性Al₂O₃毛细管柱进行分离,放电氦离子化检测器进行检测。结果显示,氢氘组分的检测限不高于1×10^-8,保留时间不高于180 s,氢氘组分色谱峰峰面积响应值的相对标准偏差不大于1.0%,分离度大于1.0。本方法具有分析灵敏、快速的优点,为聚变堆包层在氘氚燃料注入系统和氢同位素分离系统中微量氚的安全分析与精确计量提供了一种有效的测量技术。     

含氚废气中杂质气体去除材料研制

为去除含氚惰性废气中的CH₄、水气、O₂等杂质气体,采用溶胶凝胶法制备了65%Ni-10%Cu-25%SiO₂材料作为杂质气体消除材料,对材料进行XRD、SEM及程序升温还原表征,结果显示,少量Cu的加入增加了Ni的分散度,有助于稳定Ni的形态,避免Ni过早发生氧化。材料可以使Ar中的少量CH₄、O₂和水气得到有效的去除,在空速1000 h^-1时Ar中φ=1%CH₄和φ=1%CO₂重整时CH₄去除率达到81.5%以上,对于Ar中φ=1%O₂的去除率达到91.8%以上,对于Ar中φ=1%水气的去除率达到91.7%以上。实验还发现低浓度的CH₄可以与水气及O₂发生反应而去除,空速10000 h^-1催化φ=1%水气和φ=1%CH₄反应,CH₄的去除率均高于80.7%;空速10000 h^-1催化φ=0.67%CH₄和φ=0.33%O₂的反应,CH₄的去除率均高于84.2%。     

高纯3He提取方法研究与比较

报道了采用700 ℃铀床、77 K低温活性炭柱提取高纯3He,之后采用氢同位素稀释法除去3He中微量氚的研究结果.700 ℃流通式铀床和77K低温活性炭柱吸附方法,能快速除去3He中杂质组分,得到纯度大于99.99%的高纯3He;氢同位素稀释法能够将3He中3H摩尔分数降到低于3.5×10-10%.与其他方法比较,氢同位素稀释法工艺过程更加简单,3He收率更高.     

Cs和I在某拟建核电厂液态流出物长距离排放管线周围土壤中的扩散行为

裂变产物¹³⁷Cs和^129/131I是液态流出物中重点关注的核素，其产额高、迁移能力强，具有生物有效性，是核设施辐射环境安全评价的重要指标。本文以某拟建核电厂液态流出物长距离排放管线下方浅层土壤及模拟地下水为实验材料，采用稳定同位素(¹³³Cs和¹²⁷I)替代开展贯穿扩散实验，通过自定义软件Pycharm对扩散数据进行拟合。结果表明，不同采样点的浅层土壤通过吸附作用阻滞Cs⁺扩散，Cs⁺的有效扩散系数为3.87×10^-11～4.31×10^-11 m²/s;而对于阴离子I^-,其所有采样点的固液分配系数K_d均趋近于0(1.75×10^-4～2.72×10^-7 L/g)、有效扩散系数为1.97×10^-11～2.61×10^-11 m²/s,表明弱吸附...     

放射性He电离鉴定器的建立

本文叙述了一种适合于分析微量永久性气体的放射性He电离鉴定器的工艺流程,除建立了He的纯化系统及分析测量装置外,还进行了鉴定器体积大小、放射源强度、极化电压及载气流速变化等条件试验,并用指数稀释方法测定了鉴定器对若干气体的感应性能。CH_4,O_2,N_2,Ar的检出限量为10~(-5)微升,H_2为10~(-4)微升,Ne为10~(-2)微升。鉴定器的线性范围达10~3。     

氦中痕量杂质气体气相色谱检测分析方法研究

为实现聚变堆氘氚燃料工艺气中痕量杂质气体组分的快速检测分析,需建立特殊的高精度在线气相色谱检测分析方法。以高纯氦作为载气,在不同的色谱柱温度和载气流速控制下,通过分子筛毛细管柱和PLOT-Q柱进行分离,采用放电氦离子化检测器（DID）进行检测,对氦中含量为1、10以及100 ppm的杂质标准气体进行检测分析。结果表明：在柱温为40 ℃、流速为15～20 mL/min实验条件下,分子筛柱在160 s内能够实现H₂、O₂、N₂、CH₄和CO全部分离,且柱效较高,响应值的重复性较好,H₂和O₂之间的分离度高于1.5,实现了完全分离;在柱温为40 ℃、流速为20 mL/min时,PLOT-Q柱分离CO₂组分效果最佳。     

中国HCCB-TBM氚增殖单元三维多物理场耦合氚输运模拟分析

中国氦冷固态实验包层模块(HCCB-TBM)将在国际热核聚变实验堆(ITER)上安装测试,以验证其氚增殖能力与核热移出能力。HCCB-TBM中的氚输运与流体的传热和传质、氢同位素交换、结构材料的SORET效应密切相关。考虑以上物理因素,基于商业软件COMSOL完成了HCCB-TBM氚增殖单元多物理场耦合的氢同位素输运模拟分析。分析结果表明:球床吹洗气体中含氢有助于抑制氚渗透损失;当吹洗气体含氢浓度为4.66×10^-2 mol/m³时,产生约13.2倍的氚渗透阻止效应。     

高温、高压和pH值多种因素作用下蒙脱石层间Cs+/UO2+2水化和扩散行为的分子模拟

作为核废物地质处置库缓冲回填材料的主要成分,蒙脱石在特殊环境（高温、高压和pH多种因素作用）下吸附阻滞核素的行为对缓冲回填材料的性能评估至关重要。为从微观分子尺度探究特殊环境下蒙脱石层间核素离子的吸附扩散行为,本文采用蒙特卡罗（MC）和分子动力学（MD）方法,分别研究了Cs⁺/UO²⁺₂在蒙脱石层间的吸附行为,以及高温、高压和pH值多种因素作用下的水化和扩散动力特征。MC结果表明：蒙脱石层间的Cs⁺、UO²⁺₂周围分别会形成1层和2层水化壳,且层间水分子与四面体中氧原子之间形成了明显的氢键;当c=1.25 nm时,蒙脱石层间最多可吸附285个水分子。MD结果表明：高温、高压和pH值都会对Cs⁺、UO²⁺₂的水化和扩散产生影响。常温、常压下pH值分别为11.85、12.15时,Cs⁺、UO²⁺₂水化壳中的水分子数最多;pH值分别为12.15、11.85时,Cs⁺、UO²⁺₂的扩散系数最大,分别为5.31×10^-13 m²/s和1.11×10^-12 m²/s。与常温、常压相比,高温、高压下Cs⁺、UO²⁺₂水化壳中的水分子数最多时,pH值分别为7.00、12.15;而Cs⁺、UO²⁺₂扩散系数最大（1.12×10^-12 m²/s、1.01×10^-12 m²/s）时的pH值均为12.15。     

LiH和LiT与H2O反应机理研究

氢材料在微量H₂O、CO₂、O₂和N₂存在下可能发生物理化学反应,使材料的物理品位下降。由于反应过程十分复杂,很难从实验上准确获取这类反应的最佳通道和具体产物信息,因此,从理论上研究氢材料分子的物理化学性质及其化学反应机制,了解化学反应过程具有十分重要的意义。本文使用Gaussian03软件包和Gaussview工具软件,在6-311G(d)全电子基函数水平上,应用二阶微扰理论优化得到了⁶LiH、⁶LiT与H₂O反应的中间体、过渡态及产物的结构,总能量,振动频率和零点能等。通过计算发现⁶LiH、⁶LiT均只有1个反应通道,⁶LiH与H₂O反应的焓变、活化能和反应速率常数分别为-156.99 kJ/mol、8.95 kJ/mol和3.75×10¹⁰(mol•dm^-3)^-1/s,⁶LiT与H₂O反应的焓变、活化能和反应速率常数分别为-159.02 kJ/mol、9.92 kJ/mol和1.72×10¹⁰ (mol•dm^-3)^-1/s。     

复杂混合气体组分在低温活性炭表面的吸附特性

为实现大体积气体中微量放射性气体Kr、Xe同位素的测量,须将混合气体进行浓集并将目标气体吸附于10 mL左右的活性炭源盒中。本实验对混合气体中各组分在活性炭分离柱上的吸附性能进行研究,建立了通过去除其他杂质气体、浓集大体积气体制备放射性Kr和Xe活度源的方法。根据反应堆流出气体和核爆可能生成的气体组分,配制了模拟气体,使用活化的4A分子筛对其中的水和CO₂进行模拟去除,获得了流程中去除水和CO₂的实验条件;选择5个低温点(273、264、255、246、238 K),在低温活性炭柱上对H₂、CO、CH₄、Kr和Xe的吸附特性进行研究,测定了各气体在不同温度下的吸附穿透曲线。结果表明,室温下4A分子筛对水和CO₂有较好的吸附效果。低温下,H₂、CO不易在活性炭表面吸附;CH₄、Kr吸附性质相似;Xe吸附能力较强。低温下难以去除的CH₄可在高温下氧化去除。因此,可根据混合气体中各组分性质的不同实现杂质气体的去除和目标气体Kr、Xe的回收测量。     

Effect of N_2 and O_2 on OH radical production in an atmospheric helium microwave plasma jet

UV-pulsed laser cavity ringdown spectroscopy of the hydroxyl radical OH(A–X)(0–0)band in the wavelength range of 306–310 nm was employed to determine absolute number densities of OH in the atmospheric helium plasma jets generated by a 2.45 GHz microwave plasma source.The effect of the addition of molecular gases N_2 and O_2 to He plasma jets on OH generation was studied.Optical emission spectroscopy was simultaneously employed to monitor reactive plasma species.Stark broadening of the hydrogen Balmer emission line(H_β)was used to estimate the electron density nein the jets.For both He/N_2 and He/O_2 jets, newas estimated to be on the order of 10~(15)cm~(-3).The effects of plasma power and gas flow rate were also studied.With increase in N_2 and O_2 flow rates, netended to decrease.Gas temperature in the He/O_2 plasma jets was elevated compared to the temperatures in the pure He and He/N_2 plasma jets.The highest OH densities in the He/N_2 and He/O_2 plasma jets were determined to be 1.0?×10~(16)molecules/cm~3 at x?=?4 mm(from the jet orifice)and 1.8?×?10~(16)molecules/cm~3 at x=3 mm, respectively.Electron impact dissociation of water and water ion dissociative recombination were the dominant reaction pathways, respectively, for OH formation within the jet column and in the downstream and far downstream regions.The presence of strong emissions of the N_2~+ bands in both He/N_2 and He/O_2 plasma jets, as against the absence of the N_2~+ emissions in the Ar plasma jets, suggests that the Penning ionization process is a key reaction channel leading to the formation of N_2~+ in these He plasma jets.     

AMS-14C样品制备系统的研制及其性能研究

为了开展加速器质谱仪（accelerator mass spectrometry, AMS）在¹⁴C测量方面的研究,研制了可采用锌法、氢法、氢化钛法制备¹⁴C样品的装置,该制样系统以石英玻璃为主要结构材料,分为以下三个单元：系统真空维护单元、CO₂纯化单元和CO₂还原单元。为验证此装置的可靠性,进行了系列 ¹⁴C样品的制备实验,得到的石墨产率基本达到80%,同时对商业碳粉、树木的含碳量与实验过程中测量区域对应的CO₂量进行了线性拟合,结果呈现明显的线性关系。对一批标准样品和本底样品进行AMS测试,结果显示每个样品¹²C^-的引出束流均大于20 μA,系列空白样品的测量结果表明,¹⁴C/¹²C丰度比平均值为1.061×10^-15,样品制备系统稳定且在制样过程中引入的碳污染较小,符合制样要求,现代木头样品的AMS绝对测量值为（9.13±0.05)×10^-13,与预期值~9.0×10^-13相符合。上述结果表明,该系统结构紧凑,能避免相互污染,高效且便于操作,满足AMS对¹⁴C样品的测试要求。     

环境空气中239+240Pu的分析测定

建立了环境空气中^239+240Pu的测量方法。该方法采用NF-2型滤膜采集空气样品5 000～10 000 m³,干法灰化,硝酸加热浸取钚,氨基磺酸亚铁和亚硝酸钠将钚转化为四价态,用三正辛胺—聚三氟氯乙烯粉萃取色层柱分离纯化钚,0.025 mol/L草酸—0.15 mol/L硝酸解吸,最后电沉积制源,在α谱仪上测量^239+240Pu计数。通过实验确认了测量方法的主要条件和参数:电沉积制源极间距为4.0 mm,pH值为2.0;溶液萃取分离色层柱高度为6.0 cm,溶液流速2 mL/min;氧化还原时间为10 min。方法全程回收率为52.5%~82.5%,平均值68.3%;气溶胶样品量为10 000 m³时,方法探测下限为1.31×10^-7Bq/m³。该方法可用于环境气溶胶中^239+240Pu测量,采用本方法测定了我国西北某地区气溶胶中^239+240Pu活度浓度, 结果平均值为3.25×10^-6 Bq/m³。     

Synthesis of vertical graphene nanowalls by cracking n-dodecane using RF inductively-coupled plasma-enhanced chemical vapor deposition

A facile and controllable one-step method to treat liquid hydrocarbons and synthesize vertical graphene nanowalls has been developed by using the technique of inductively-coupled plasma-enhanced chemical vapor deposition for plasma cracking of n-dodecane.Herein,the morphology and microstructure of solid carbon material and graphene nanowalls are characterized in terms of different operating conditions,i.e.input power,H2/Ar ratio,injection rate and reaction temperature.The results reveal that the optimal operating conditions were 500 W,5:10,30μl min^-1 and 800℃ for the input power,H2/Ar ratio,injection rate and reaction temperature,respectively.In addition,the degree of graphitization and the gaseous product are analyzed by Raman spectroscopy and gas chromatography detection.It can be calculated from the Raman spectrum that the relative intensity of ID/IG is approximately 1.55,and I2D/IG is approximately 0.48,indicating that the graphene prepared from n-dodecane has a rich defect structure and a high degree of graphitization.By calculating the mass loading and detecting the outlet gas,we find that the cracking rate of n-dodecane is only 6%-7%and that the gaseous products below C2 mainly include CH4,C2H2,C2H4,C2H6 and H2.Among them,the proportion of hydrogen in the outlet gas of n-dodecane cracking ranges from 1.3%-15.1%under different hydrogen flows.Based on our research,we propose a brand new perspective for both liquid hydrocarbon treatment and other value-added product syntheses.     

离心分离大质量数差混合物的实验研究方法

为探究混合物离心分离性能,提出了使用易于分离的气体介质进行实验研究的方法,选取全氟甲基环己烷（C₇F₁₄）/六氟化硫（SF₆）、C₇F₁₄/氙气（Xe）、一氟三氯甲烷（CCl₃F）/乙烯（C₂H₄）气体混合物作为离心分离介质,开展了分离实验。利用分馏装置分别得到了精、贫料中的各组分气体含量,结合质谱分析结果,得到了各组分气体的基本全分离系数与混合物的全净化系数。结果表明：此方法可方便分离轻重气体混合物,针对二元混合物离心分离,能给出全净化系数和各自组分的基本全分离系数,可用于混合物离心分离性能的实验研究。