多种重离子辐照对硼硅酸盐玻璃机械性能的影响

研究辐照导致硼硅酸盐玻璃机械性能的影响, 对高放废物的长期安全处置具有重要的意义。本工作采用0.3 MeV的P离子、4 MeV的Kr离子、5 MeV的Xe离子以及8 MeV的Au离子分别辐照硼硅酸盐玻璃, 利用纳米压痕技术表征了辐照前后样品的硬度和模量。结果表明: 硼硅酸盐玻璃的硬度和模量在一定范围内会随着辐照剂量的增大而减小, 辐照达到0.1 dpa时硬度和模量变化趋于饱和, 此时硬度下降了35%, 模量下降了18%; 而且不同种类的离子辐照对硼硅酸盐玻璃的硬度和模量造成的变化趋势基本相同。使用掠入射X射线衍射仪对样品晶态结构进行了分析, 发现辐照后硼硅酸盐玻璃仍保持非晶状态。利用Raman光谱对辐照后样品的微观结构的变化进行了表征, 发现辐照会导致玻璃网络结构发生改变, 玻璃的聚合度下降, 无序度增加。本工作还证明了离子辐照导致玻璃机械性能变化的主要因素是离子在样品中的核能量沉积导致玻璃结构的改变。     

重离子和γ辐照硼硅酸盐玻璃的辐照效应对比

为研究玻璃固化体在不同辐照方式下的宏观和微观结果及其对应关系,使用重离子和γ辐照硼硅酸盐玻璃,分别测量了辐照后硼硅酸盐玻璃的硬度和模量变化。发现在γ辐照条件下,直到吸收剂量达到6×10⁶ Gy,硼硅酸盐玻璃的宏观性质（硬度和模量）均未发生明显改变。在Xe离子辐照条件下,当辐照剂量达到0.1 dpa时,硬度和模量减少达饱和值。此外,测量了γ辐照后的硼硅酸盐玻璃的吸收光谱,得到了辐照后硼硅酸盐玻璃带隙随吸收剂量的变化规律,讨论了辐照产生的微观缺陷来源和产生机理。发现重离子辐照产生的硬度和模量的下降主要来源于玻璃网络结构的断裂,而重离子的核能量沉积是造成网络体结构断裂的主要原因。结合γ辐照样品的吸收光谱结果,通过对比γ射线和重离子辐照后的样品硬度和模量变化不同趋势可发现：γ辐照会在硼硅酸盐玻璃中产生微观缺陷（非桥氧空位色心等）,这些缺陷主要来源于网络体末端与钠相连的键的断裂。而网络体末端的断裂不影响硼硅酸盐玻璃的网络体结构,所以γ辐照产生的缺陷不会引起硼硅酸盐玻璃的硬度和模量变化。     

高放废物玻璃固化体的辐照效应研究进展

本文概述了国内外针对玻璃辐照效应所开展的研究及其进展。介绍了α、β、γ射线在玻璃中产生的微观缺陷类型、相对应的表征手段、不同微观损伤与吸收剂量的关系及其在不同温度条件下的稳定性。介绍了玻璃宏观性质随辐照剂量的改变以及饱和现象,提出了宏观性质的改变和无序度的联系来解释实验结果。最后,介绍了玻璃固化体研究所面临的问题和挑战。