铍环焊接残余应力的中子衍射测试与有限元分析

利用稳态堆上的中子衍射应力谱仪开展了铍环激光焊接后的残余应力测试。先进行铍材中子衍射应力测试的参数及其优化研究,在固定堆功率、衍射晶面和规范体积的条件下,选取测试时间分别为600s和6 000s进行铍环上同一点的中子衍射峰的重复性测试,结果表明,后者测试铍材应变的统计误差仅为前者的1/3,其标准偏差约为1.10×10-5。取后者测试时间作为优化参数,对铍环焊缝附近轴向应变和环向应变方向的中子衍射峰进行测试,获得两个方向的残余应变分布,进一步计算出焊接残余应力分布。对铍环激光焊接过程的温度场和应力场进行三维有限元数值模拟,将有限元计算得到的铍环焊缝附近中间壁厚处的残余应力和应变与中子衍射测试结果进行对比,结果表明二者分布规律较为一致。     

U-2.5% Nb合金表面的氢蚀特性

利用气固反应系统对U-2.5%Nb合金表面进行了氢化,采用体视显微镜原位观察U-2.5%Nb合金的氢蚀,利用X射线衍射(XRD)、激光扫描共聚焦显微镜(LSCM)和扫描电镜(SEM)表征该合金氢化前后的成分及形貌。结果表明:在70℃、氢压为一个大气压的气氛中,U-2.5%Nb合金的氢化反应速率很高,氢化后形成了UH3化合物;合金表面氢蚀点边缘并非圆滑,而是呈条状优先形核相向外凸出。U-2.5%Nb合金表面氢化腐蚀的机制是:贫铌α相的氢蚀速率大于富铌γ1-2相的而优先发生氢蚀,随后贫铌α相之间的γ1-2相也相继发生氢蚀而连成一片后迅速长大。     

环境湿度及氢气压力对U-2.5%Nb合金拉伸性能的影响

研究了U-2.5%Nb合金(质量分数,下同)在相对湿度分别为3.5%、50%、100%、水浸、热水和水蒸气环境,氢气压力分别在0.4,1.0,2.0MPa条件下的拉伸性能及断口形貌。结果表明:拉伸速率在3×10-5/s时,随环境湿度及氢气压力的增加,U-2.5%Nb合金的抗拉强度降低,规定非比例延伸强度增加,塑性急剧下降。同样在水浸环境,3×10-5/s与1×10-4/s的拉伸速率相比,U-2.5%Nb合金断后伸长率下降约84%,断面收缩率下降约79%。拉伸速率在3×10-5/s时,合金在2.0与0.4MPa的氢气压力相比,断后伸长率下降约20%,断面收缩率下降约13%。在相对湿度3.5%的环境下,U-2.5%Nb合金试样断口边缘呈韧窝状,有一定的韧性特征。在水浸环境下,试样断口边缘韧窝明显减少,有一定的脆断特征。在水蒸气环境中,试样断口边缘有明显的解理脆断特征。在氢气环境中,试样断口的脆断特征随氢气压力的增加而增强。     

氧在金属铀表面的初期动力学

为了获得氧与铀初期反应的动力学性质,实验利用表面吸附分析系统,采用微压PVT方法研究了O2在清洁铀表面的初期吸附反应行为,测量了饱和吸附量和反应概率.结果表明,氧的吸附量趋近一个极大值,约4.3×1015/cm2,粘附概率起初随吸附量增加缓慢减少;氧在清洁铀表面迅速解离,与表面铀原子反应生成氧化物.氧离子扩散通过氧化物...     

基于质谱法的钯氢同位素效应研究

钯因其较强的同位素效应而被广泛应用于氢同位素处理中。利用四极质谱对海绵钯的氕氘分离因子及其影响因素进行了系统研究。通过实验分析了–25~155℃范围内,不同氕氘相对丰度(5%~90%)、氢同位素在固相中溶解度(0.05~0.7)对氕氘分离因子的影响。结合对α相中的氕氘分离因子计算表明:海绵钯的氕氘分离因子随温度的升高而降低,随氘丰度的增加而增加,在α+β及β相中随氢同位素在固相中溶解度的上升而有所增长,在α相则不受氢同位素在固相中溶解度的影响。     

金属铀表面经CO处理后的腐蚀行为研究

采用增重法和电化学方法分别研究了金属铀表面经CO处理后在40℃干燥空气中的抗氧化能力和在14mmol/L Cl^-溶液中的抗化学介质腐蚀的能力。研究结果表明：金属铀表面经CO处理后，在40℃干燥空气中的抗氧化能力增强；在14mmol/L Cl^-溶液中的抗化学介质腐蚀的能力也增强，而且在实验所用CO剂量范围内，金属铀的抗腐蚀能力随C0剂量的增加而增强。     

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。     

金属铀真空原位断裂表面初期氧化研究

采用 PHI-650 型扫描俄歇电子能谱(SAM)研究金属铀在超高真空原位断裂后断面在不同氧气暴露量和温度下的氧化规律和杂质元素在表面的扩散行为。实验中采用在主真空室内的装置在超高真空中打断铀样品,然后在 1×10-5 Pa的压力下充入暴露量为 5 L、20 L、70 L、170 L 和 270 L 的高纯氧气进行氧化实验并获取 U,O,S 和 C 的俄歇电子谱。实验结果表明:在 5 L 和 20 L 的氧气暴露量下表面形成 UO2 和金属 U 的混合物,在大于 70 L 情况下只形成 UO2。 在1×10-7 Pa 的真空中将 UO2 加热到 100℃,150℃,200℃和 300℃并进行 SAM 分析,结果显示:随温度的升高,尤其是在 300℃时元素 S 向表面扩散,形成明显的富集,且表面氧和铀的原子浓度比明显下降。     

铍材中子衍射应力测试的参数及其优化

利用铍环焊接样品进行了铍材在稳态堆上中子衍射应力测试的参数及其优化研究。结果表明:在中子束波长0.1587 nm和中子注量率2×10~6 n·cm~(-2)·s~(-1)的条件下,铍材中子衍射应力测试可以选取Be(110)晶面,衍射角为88.2°,规范体积为2 mm×2 mm×2 mm,初次测试采用时间为120 s,对单点进行4次重复性测试,表明衍射强度计数存在明显波动,测试应变的最大偏差接近300με,延长时间至6000 s后测试,表明衍射曲线较为平滑,重复性好,测试应变的最大偏差减小至50με以内,相应铍材的应力测试精度约15 MPa;利用优化参数对焊接铍环焊缝附近的环向应变进行了测试,表明分布规律与国外文献报道趋势基本一致,进一步开展铍材的中子衍射应力测试奠定了基础。     

因子分析技术在铀与CO,O2反应俄歇分析中的运用

运用因子分析技术和Multipak软件中的TFA功能对铀分别在CO和O2气氛中的俄歇谱进行了处理。分析表明,因子分析方法能有效地解决C（KLL）和U（LMM）俄歇峰中的重峰问题,并能从原始数据中剥离出纯组元;同时还清楚地表明,铀与CO在300℃作用1h后,在其表面形成了铀的碳化物（或碳氧化物）;对铀在低压氧气中的氧化反应,用因子分析技术获得了金属态和氧化态的铀元素随氧气暴露剂量的变化情况,清楚地显示了氧化膜生长的3个阶段。