硼硅酸盐玻璃浸出前后结构变化的研究

硼硅酸盐玻璃作为最具工业化应用前景的高放射性废物的固化基材,其中的放射性核素主要以浸出方式进入生物圈。本工作采用了MCC-1静态浸泡法对在90 ℃去离子水中浸泡28 d后的硼硅酸盐玻璃的浸出行为进行了研究。借助电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)、傅里叶红外光谱(FTIR)、拉曼光谱(Raman)以及掠入射X射线衍射(GIXRD)等方法对玻璃的浸出性能及微观结构进行研究。此外,还使用了扫描电镜观测了浸出样品的截面。FTIR、Raman及GIXRD结果表明,浸出后,样品表层中的Si-O-Si结构明显增多,而硼结构单元则消失,表层的微观结构与熔融石英的结构较为相似。此外,在扫描电镜中观察到浸出7 d后的样品表面出现腐蚀层,同时在玻璃基底和腐蚀层中间出现裂隙,由此导致了浸出表面积的增加,从而最终引起浸出7 d时元素归一化标准浸出率的异常增大。     

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。     

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。     

离子辐照GaAs的光致发光和拉曼散射研究

利用250 keV质子和4.5 MeV氪离子(Kr17+)辐照未掺杂GaAs,注量分别为1×10~(12)-3×10~(14) cm~(-2)和3×10~(11)-3×10~(14) cm~(-2),使用光致发光谱和拉曼散射谱分析表征。发光谱的结果表明,随着剂量增大,质子辐照后的CAs峰及其声子伴线逐渐减弱,913 nm处的复合缺陷峰则先增大后减小,此峰与材料制备时的Cu掺杂无关。Kr离子辐照后本征发光峰则完全消失。拉曼散射谱的结果表明,相比于质子辐照,Kr离子辐照后LO声子峰峰位向低频方向移动,出现非对称性展宽,晶体结构发生明显改变。质子和Kr离子辐照效应的差异是由于移位损伤相差至少三个量级造成的。最后采用多级损伤累积(Multi-step damage accumulation,MSDA)模型得到了材料内缺陷的演化过程,并很好地解释了随损伤剂量增大GaAs光学性能及晶体结构的变化趋势。