高温下GH3535合金中的氢同位素扩散渗透效应分析

Flibe具有熔点低、中子性能好、沸点高等特点,是未来大型氟盐冷却高温堆的主要候选氟盐冷却剂之一,在堆芯中与中子相互作用后会导致一定量的副产物氚产生。根据哈氏N合金的成分,钍基熔盐堆核能系统(TMSR)发展了GH3535合金,作为未来大型熔盐堆的主要候选结构材料。本实验中采用GH3535合金为试样,通过使用压力差驱动原理搭建的氢同位素扩散渗透装置,试验测得了400~800℃的温度下氢气、氘气在该合金中的渗透系数、扩散系数、Sieverts常数等主要参数。实验结果表明,氢气与氘气在GH3535合金中的扩散渗透机理均属于基体扩散控制过程,扩散渗透过程中氢气、氘气的主要参数与相应温度关系均符合阿累尼乌斯公式。对于不同质量数的氢同位素原子,拟合后渗透系数和扩散系数的指前因子之比分别为1.4:1和1.2:1,扩散和渗透过程中的激活能也非常接近,符合经典扩散理论的同位素效应,可以估算得到氚在GH3535合金中扩散渗透时的主要参数大约为氢的1/3(1/2),并可能用于氚在熔盐堆中的分布计算。     

氢和氘在FLiNaK熔盐中的渗透扩散行为

利用氢同位素在熔盐中的扩散渗透特性测试系统,本研究对FLiNaK熔盐中氢和氘的渗透扩散行为进行了研究。首先,通过对比分析熔盐侧充氢和金属侧充氢的实验结果,发现通过熔盐侧充氢的实验可更准确地反映FLiNaK熔盐中氢的渗透扩散行为及其性质。其次,通过熔盐侧充氢实验,获得了550-700°C时FLiNaK熔盐中氢的扩散系数与溶解度常数,两者可分别表述为:D_(H_2)=1.62×10~(-5)exp(-48.20×10~3/RgT)m~2·s~(-1)和K_(H_2)=6.18×10~(-5)exp(-11.14×10~3/RgT)mol·m~(-3)·Pa~(-1)。最后,通过对比分析金属侧充氢和金属侧充氘的实验结果,发现同位素效应并不影响FLiNaK熔盐中氢的渗透扩散行为及其性质的研究,从而为氢和氘代替氚进行FLiNaK熔盐中氚行为性质的研究提供实验基础。     

The effect of Nb additive on Te-induced stress corrosion cracking in Ni alloy: a first-principles calculation

Nb can improve the resistance of Ni-based Hastelloy N alloy to Te-induced intergranular embrittlement. First-principles calculations are performed to research this mechanism by simulating the Ni（111） surface and the ∑ 5（012） grain boundary. The calculated adsorption energy suggests that Te atoms prefer diffusing along the grain boundary to forming the surface-reaction layer with Nb on surface of the Ni alloy. First-principles ten- sile tests show that the Nb segregation can enhance the cohesion of grain boundary. The strong Nb-Ni bonding can prevent the Te migration into the inside of the alloy. According to the Rice-Wang model, the strengthen- ing/embrittling energies of Nb and Te are calculated, along with their mechanical and chemical components. The chemical bonds and electronic structures are analyzed to uncover the physical origin of the different effects of Te and Nb. Our work sheds lights on the effect of Nb additive on the Te-induced intergranular embrittlement in Hastelloy N alloy on the atomic and electronic level.     

熔盐堆中石墨吸附氚的理论研究

为明确石墨表面的氟、氟化氚中的氟和单空位缺陷对氚吸附的影响机理,利用第一性原理模拟研究熔盐堆中石墨对氚的吸附,研究了在完整石墨和单空位石墨表面上氢原子(离子)、氟原子(离子)、氟气分子与氟化氢分子的吸附行为。研究发现:当氟和氢同时存在的时候,氟会优先和石墨表面的碳原子成键;石墨表面的单空位促使氟化氢在单空位处解离,以化学吸附形成存在;石墨表面吸附氢(或者氚)、氟后,表面会发生畸变;可预测熔盐堆运行过程中,氚会优先在反应堆中的石墨表面的单空位等反应活性强的地方吸附、积聚。