自动电位滴定硼浓度方法在MOFs对硼同位素分离效果测定中的应用

金属 有机骨架（MOFs）材料作为吸附剂具有吸附硼同位素的潜力,为系统研究硼同位素效应,本文建立测定硼酸溶液中硼浓度的自动电位滴定法,以三种MOFs为例测定其对硼同位素的分离效果。采用弱酸强化法,甘露醇用量为理论用量的4倍,硼酸标准物质的测量值与参考值之差最小（-0.000 13 g）,方法的测量不确定度为0.000 2~0.000 8,测量精度为0.10%~0.40%,方法有效、可靠。应用建立的自动电位滴定法测定吸附前、后硼酸溶液的硼浓度,用MC-ICP-MS测定吸附前、后硼酸溶液的硼同位素丰度比¹⁰B/¹¹B,以Cu-MOF-OCH₃、UiO-66-NH₂、MIL-101(Cr)-2,3-OH三种MOFs材料为例,测定其对硼同位素的静态分离效果。结果表明,Cu-MOF-OCH₃、UiO-66-NH₂和MIL-101(Cr)-2,3-OH对硼同位素的分离因子(S)分别为1.066、1.037和1.079,均大于商用树脂Amberlite IR743的S（1.027）,其中,Cu-MOF-OCH₃对¹⁰B的10/11S>1,UiO-66-NH₂、MIL-101(Cr)-2,3-OH对¹¹B的^11/10S>1。本结果可为系统研究MOFs材料对硼同位素的分离效果提供参考。     

应用可调谐外腔半导体激光器测量锂同位素比率

采用中心波长固定的可调谐外腔半导体激光器作为光源,通过激光吸收光谱法对锂原子同位素比率进行测量。该方法利用PID温控器实现锂金属蒸发温度的控制和测量。采用激光斜入射的方式消除光路调试过程中产生的标准具效应。实验测量给出了6组不同腔体温度下⁶Li和⁷Li在671 nm附近的吸收光谱,通过对⁶LiD₁和⁷LiD₂吸收峰进行积分吸收计算,得到⁶Li/⁷Li同位素比率测量精度可达2.5%。     

Mo在Al2O3上的吸附、解吸性能及其与U、Sr、Cs、I等杂质元素的分离

目前国际⁹⁹Mo面临供应危机,急需新技术和新反应堆。医用同位素生产堆是以²³⁵UO₂(NO₃)₂溶液为燃料的专用反应堆,生产成本低、三废少、经济效益高。本工作利用Al₂O₃为分离材料,从模拟的医用同位素生产堆（MIPR）燃料溶液中分离和纯化Mo。结果表明,经两次分离,Mo的总回收率大于 60%, U、Sr、Cs、I等杂质可以被除去,采用Al₂O₃从MIPR燃料溶液中提取⁹⁹Mo工艺可行。     

基于光化学锂同位素分离条件的同位素比率测量

从光化学锂同位素分离实验研究的需求出发,基于其分离条件,提出了一种测量锂同位素比率的方法。该方法利用锂原子蒸气对探测光吸收峰的峰值来计算锂的同位素比率,避开了测量原子密度时所需的吸收信号频率定标与光强随频率变化积分中积分限的选择问题。该方法还根据锂同位素吸收谱的特殊性采用具有较强吸收效应的⁶Li的D₂线对应的吸收峰峰值,可在原子蒸气中⁶Li含量较低时提高对比率的测量精度。设计并搭建了实验装置,对该方法进行了测试。同一条件下所测得的同位素比率相对标准偏差小于1%,表明该方法对光化学分离方法中锂同位素比率相对变化是敏感的。这意味着该方法可作为以原子蒸气为分离介质的激光锂同位素分离研究的诊断手段。     

用于氙氪吸附分离的金属-有机骨架材料耐辐照性能的初步研究

由于乏燃料后处理废气中放射性氙（Xenon,Xe）和氪（Krypton,Kr）的去除需求以及高纯度Xe气体的商业价值,Xe和Kr的吸附分离越来越受到重视。目前Xe/Kr的分离主要采用能源和资本密集型的低温精馏法。以金属-有机骨架材料为吸附剂的多孔材料已经展示出在相对较高温度下选择性吸附Xe和Kr的能力,有望替代低温精馏法实现低成本的Xe/Kr分离。实验研究了三种热稳定性良好的金属-有机骨架材料(Co/DOBDC、Ni/DOBDC、Co₃（HCOO）₆)对Xe和Kr的吸附分离性能。从材料在273 K温度下对Xe和Kr的吸附等温线、亨利常数、亨利选择性和理想吸附溶液理论（Ideal Adsorbed Solution Theory,IAST）选择性等测试和计算结果来看,Co/DOBDC和Ni/DOBDC在常压下对Xe具有较大的吸附容量,适用于Xe吸附存储的应用场景;Co₃（HCOO）₆在低压吸附下具有大的Xe亨利常数、Xe/Kr亨利选择性和Xe/Kr IAST选择性,适用于Xe和Kr吸附分离的应用场景。...     

医用同位素99Mo吸附分离研究进展

医用同位素⁹⁹Mo是一种广泛应用于核医学领域的重要核素。由于常规的高浓缩铀裂变生产⁹⁹Mo的过程中存在安全隐患,人们已经开始寻找其他可靠的⁹⁹Mo生产途径。在分离⁹⁹Mo和^99mTc的方法中柱层析法具有很大优势,其中的关键是层析柱的材料,材料对⁹⁹Mo吸附能力关系到未来新一代⁹⁹Mo-^99mTc发生器的制备。本研究对医用同位素⁹⁹Mo的吸附分离进行综述,介绍⁹⁹Mo生产方式,⁹⁹Mo和^99mTc分离方法 ,以及目前对Mo具有一定吸附效果的吸附材料,为未来利用低比活度⁹⁹Mo吸附制备⁹⁹Mo-^99mTc发生器提供参考。     

模拟吸附放射性同位素137Cs和90Sr的Cd-MOFs材料合成及评价

为吸附后处理产生的高放废液玻璃固化过程中大量的放射性同位素⁹⁰Sr和¹³⁷Cs,采用溶剂热法合成阴离子型金属有机骨架［DMA］2［Cd₃(FDC)₄］·2H₂O,并评价其对锶、铯离子的吸附能力。采用粉末X-射线衍射、傅里叶红外和热重等方法确认Cd-MOFs的结构。扫描电子显微镜结果显示,在吸附Cs和Sr元素后,Cd-MOFs形貌没有发生明显变化。同时荧光发射光谱证实,Cd-MOFs吸附铕离子后,能够很好敏化铕离子,使材料发射出红色荧光。对锶、铯离子吸附实验结果显示,对锶、铯离子在前50 min即可完成超过50%的吸附,对铯离子的最大吸附量为63.94 mg/g,对锶离子的最大吸附量为53.06 mg/g。通过吸附动力学研究发现,Cd-MOFs对Cs和Sr离子的吸附均符合准二级动力学模型,证明对Cs和Sr离子的速率决策步为化学吸附。推测水合离子半径、有机骨架螺旋链间螺距等因素均对吸附效果有影响。     

用于贫化锌分离的冠醚树脂合成及其特性研究

采用缩聚法自行合成了基于聚苯乙烯和二苯并-18-冠醚-6的PS@DB18C6冠醚树脂,并对其稳定性及吸附、解吸机理及特性进行了探究,而后进行了柱色谱法锌同位素分离实验。结果表明PS@DB18C6冠醚树脂在pH=7的丙酮溶液中具有较大的吸附容量,对锌离子的吸附模型为准一级动力学方程,在pH=3的α-羟基异丁酸(AHIB)溶液中的解吸满足一级动力学方程,且在吸附、解吸过程中能保持较好的结构稳定性;利用PS@DB18C6冠醚树脂通过柱色谱法能够有效实现锌同位素的分离,经过5 m色谱柱淋洗操作后,对⁶⁶Zn和⁶⁸Zn的最大前端富集值(β)分别为1.019 6和1.020 8。     

水合氧化锰用于90Y发生器的制备

为探讨水合氧化锰（HMD）用于制备色谱型⁹⁰Y发生器的可行性,研究了HMD在硝酸和盐酸溶液中对Sr和Y的吸附性能。结果表明,HMD在各浓度的盐酸和硝酸溶液中均不吸附Sr ;盐酸溶液和浓度高于1 mol/L的硝酸溶液中对Y的吸附性能都较差,但在0.001~0.1 mol/L硝酸溶液中对Y的吸附性能较好。因而在低酸度的硝酸溶液中可将Sr和Y进行分离。HMD色谱柱用于Sr和Y分离时最佳高径比为5∶1;溶液的硝酸浓度为0.1 mol/L时,Sr(NO₃)₂-Y(NO₃)₃-HNO₃混合溶液通过HMD色谱柱后,超过90%的Y吸附在色谱柱上,Sr仍然保留在溶液中;色谱柱经0.1 mol/L的硝酸溶液淋洗后,再用1 mol/L的硝酸溶液可以将Y从色谱柱上洗脱,得到纯化后的Y(NO₃)₃溶液。经HMD色谱柱分离纯化的Y溶液中Sr沾污量较低。因此,HMD有望用于90Y发生器的制备。     

基于Aspen Plus的11BF3同位素分离工艺模拟研究

为实现高丰度¹¹BF₃同位素分离工艺的优化设计，本文通过自定义组分，补充商用化工流程模拟软件Aspen Plus数据库中同位素分子的相对分子质量和饱和蒸气压数据，回归扩展安托因方程参数，建立了基于Aspen Plus的¹¹BF₃同位素分离工艺模型。以两组实验数据为依据，采用默弗里板效率修正Aspen Plus中的模型，获得两组模拟值与实验值间的相对误差分别为-2.69%和0.91%,表明修正后的模型可较好地描述¹¹BF₃同位素分离过程。最后根据建立的数学模型分析了理论塔板数、回流比和塔顶压力对交换塔塔顶¹¹BF₃同位素丰度的影响。结果表明，塔顶压力降低、回流比增加和理论塔板数增加均有利于¹¹BF₃同位素的富集。通过计算得到当塔顶压力为常压、理论塔板数为720、回流比为300时，交换塔塔顶丰度达到最大值99.95%。本文结果可为后续的优化设计提供理论依据。     

离子液体/苯并15-冠-5浸渍XAD-7树脂萃取分离锂同位素

以XAD-7树脂为支撑担体制备了含有三种不同咪唑型离子液体([C_8mim][BF_4]、[C_8mim][PF_6]、[C_8mim][(SO_2CF_3)_2N])和萃取剂(苯并15-冠-5)的浸渍树脂,并用于锂同位素的萃取分离。浸渍树脂的红外和扫描电镜表征表明,离子液体成功负载到了树脂上;热重分析表明,该浸渍树脂具有良好的热稳定性。在水相初始pH=5.55时,浸渍树脂具有最佳萃取率。浸渍树脂在LiSCN溶液中具有较高的萃取率,而在CF_3COOLi溶液中呈现较大的单级分离因子,最大单级分离因子达到1.045±0.002。浸渍树脂的萃取平衡时间为2.5~3h。萃取热力学研究表明,该反应为自发过程,温度对体系的影响较小。~6Li富集于固相,~7Li富集在水相。该系列浸渍树脂易于再生,可循环使用。     

Investigation of neutron converters for production of optically stimulated luminescence (OSL) neutron dosimeters using Al2O3:C

This paper presents the optically stimulated luminescence (OSL) properties of neutron dosimeters in powder and in the form of pellets prepared with a mixture of Al₂O₃:C and neutron converters. The neutron converters investigated were high density polyethylene (HDPE), lithium fluoride (LiF), lithium fluoride 95% enriched with ⁶Li (⁶LiF), lithium carbonate 95% enriched with ⁶Li (⁶Li₂CO₃), boric acid enriched with 99% of ¹⁰B and gadolinium oxide (Gd₂O₃). The proportion of Al₂O₃:C and neutron converter in the mixture was varied to optimize the total OSL signal and neutron sensitivity. The neutron sensitivity and dose-response were determined for the OSL dosimeters using a bare ²⁵²Cf source and compared to the response of Harshaw TLD-600 and TLD-700 dosimeters (⁶LiF:Mg,Ti and ⁷LiF:Mg,Ti). The results demonstrate the possibility of developing an OSL dosimeter made of Al₂O₃:C powder and neutron converter with a neutron sensitivity (defined as the ratio between the ⁶⁰Co equivalent gamma dose and the reference neutron absorbed dose) and neutron–gamma discrimination comparable to the TLD-600/TLD-700 combination. It was shown that the shape of the OSL decay curves varied with the type of the neutron converter, demonstrating the influence of the energy deposition mechanism and ionization density on the OSL process in Al₂O₃:C.     

Synthesis and sintering of Li2SnO3

As one of candidates for solid blanket materials of fusion reactors, lithium stannate Li₂SnO₃ was synthesized by precipitation of a complex, lithium hexahydroxystannate Li₂Sn(OH)₆, and its thermal decomposition. In order to get single-phase precipitates Li₂Sn(OH)₆, aqueous solution SnCl₄ had to be added slowly to LiOH aqueous solution. Decomposition of Li₂Sn(OH)₆ to Li₂SnO₃ proceeded in two steps, abrupt release of about two molecules of water around 200° C and gradual release of remaining water above 260° C. The grains of Li₂SnO₃ obtained at 800° C were porous, consisting of small primary particles of about 0.2 μm size. For the pellets prepared from these porous grains under 20 and 100 MPa, the density saturated to a value of 1.8 and 2.4 g/cm³ within two days at 1000° C, corresponding to the porosity of 64 and 52%, respectively. The porous nature of the original Li₂SnO₃ grains was found to be kept even after 1000° C treatment for a week. For the pellet prepared by ground Li₂SnO₃ under 200 MPa, remarkable sintering was observed at 1000° C; density increased rapidly and became close to theoretical density (7% porosity) after four days. The product Li₂SnO₃ synthesized by the present process has advantages in terms of manufacturing, handling and possibly tritium recovery of the blanket.     

γ辐照对AG1-×8树脂吸附Mo(Ⅵ)的性能研究

为评价γ辐照对AG1-×8树脂吸附⁹⁹Mo的影响,选择吸收剂量分别为37.5、275、825 kGy的AG1-×8树脂,通过静态和动态实验,研究AG1-×8树脂对Mo(Ⅵ)的吸附性能。结果表明,经γ辐照后,AG1-×8树脂表面形态未发生变化及破损;AG1-×8树脂对Mo(Ⅵ)的静态分配系数随吸收剂量的增加而减小;AG1-×8树脂辐照前后对Mo(Ⅵ)的静态分配系数在NH₄OH介质中不随介质浓度变化,而在硝酸、氢氧化钠、碳酸铵介质中随浓度的增加而减小;在1 mol/L氨水介质中,AG1-×8树脂辐照前后对Mo(Ⅵ)吸附行为符合Langmuir等温模型,吸附过程为自发、吸热过程,饱和吸附容量分别为74.07、71.02、70.97、57.57 mg/g;Mo(Ⅵ)在NH4OH中吸附、用1 mol/L 碳酸铵溶液解吸,Mo(Ⅵ)回收率随吸收剂量的增大而降低。     

Preliminary performance analysis and optimization based on 1D neutronics model for Indian DEMO HCCB blanket

India, under its breeding blanket R&D program for DEMO, is focusing on the development of two tritium breeding blanket concepts; namely the lead-lithium-cooled ceramic breeder and the helium-cooled ceramic breeder (HCCB). The study presented in this paper focuses on the neutronic design analysis and optimization from the tritium breeding perspective of the HCCB blanket. The Indian concept has an edge-on configuration and is one of the variants of the helium-cooled solid breeder blanket concepts proposed by several partner countries in ITER. The Indian HCCB blanket having lithium titanate (Li₂TiO₃) as the tritium breeder and beryllium (Be) as the neutron multiplier with reduced-activation ferritic/martensitic steel structure aims at utilizing the low-energy neutrons at the rear part of the blanket. The aim of the optimization study is to minimize the radial blanket thickness while ensuring tritium self-sufficiency and provide data for further neutronic design and thermal-hydraulic layout of the HCCB blanket. It is found that inboard and outboard blanket thicknesses of 40 cm and 60 cm, respectively, can give a tritium breeding ratio (TBR) >1.3, with 60% ⁶Li enrichment, which is assumed to be sufficient to cover potential tritium losses and associated uncertainties. The results also demonstrated that the Be packing fraction (PF) has a more profound impact on the TBR as compared to 6Li enrichment and the PF of Li₂TiO₃.     

离心萃取级联分离锂同位素的数学模型

萃取法分离锂同位素有望替代汞齐法消除汞害,但需多级萃取才能获得高丰度同位素,采用离心萃取机替代萃取澄清槽形成萃取级联系统可提升分离效率。基于萃取法分离锂同位素、离心萃取分离原理和级联理论,借鉴气体离心级联分离同位素的方法,引入分流比概念,建立了离心萃取级联分离锂同位素单级、多级的数学模型和级联的平衡时间模型,对离心萃取级联分离锂同位素进行计算分析。离心萃取级联是一种类似全回流矩形级联形式,取料量对级联级数有着很大的影响,级联存在最大取料丰度限制,级联平衡时间受到目标丰度和离心萃取机级停留时间(处理能力)影响,采用多步法级联可有效减少平衡时间。该数学模型可指导工艺的设计,为下一步的产业化应用提供理论依据。