水中氕、氘、氚同位素的分离技术研究现状

氢的同位素氕(H)、氘(D)和氚(T)在医疗、核能、国防等领域都有着广泛的应用,特别是在碳达峰、碳中和的“双碳”背景下,采用氘氚核聚变能被认为是我国的重要能源战略。故实现氢同位素的有效分离具有极其重要意义,然而自然界中氘和氚的相对丰度却极低,国内外学者相继开展了广泛的科学研究。本文首先对水中氢同位素分离的技术原理进行了概述;然后,从工程化应用角度,重点综述了电解法、精馏法和化学交换法;从实验室研发角度,重点综述了膜分离法和多孔材料吸附法。最后,对几种典型技术的分离因子和能耗进行了对比分析,并展望了未来水中氢同位素分离技术的发展趋势,以期为水中氢同位素的高效分离提供指导。

Pu在膨润土层中的反应性迁移模拟研究(1)——地下水-膨润土体系演化的地球化学模拟

在某区含Pu高放废物处置系统的性能评价中,需要分析水-岩相互作用下蒙脱石、孔隙度、pH值等演化过程对膨润土材料性能及Pu反应性迁移的影响,为此,本文以工程屏障系统中厚度为1 m的柯尔碱膨润土回填材料为研究对象,基于地下水入渗景象,采用TOUGHREACT模拟了地下水-膨润土体系的地球化学演化。结果表明:膨润土完全饱和约需20年;膨润土中蒙脱石的伊利石化作用很弱,而去白云石化过程(白云石溶解、方解石形成)相对明显,这使得水中Ca^(2+)浓度减小、Mg^(2+)和HCO_(3)^(-)浓度增大、pH值呈弱碱性且维持在8.1~10.3范围内;膨润土的孔隙度和渗透率变化不明显(变化量不到2%)。这些演化过程将有利于维持膨润土的膨胀性,阻滞核素向外迁移。

金属有机框架复合材料对放射性碘的吸附机制研究进展

【目的】以金属有机框架(metal-organic framework,MOF)复合材料作为吸附剂高效吸附核电站运行、核燃料后处理、核医学过程以及核事故等所泄漏的放射性碘,研究MOF复合材料对放射性碘的吸附机制,消除环境中的放射性碘污染。【研究现状】综述了近年来MOF复合材料吸附放射性碘的基于化学反应、强化MOF空间结构和电子转移的吸附机制。MOF中掺杂银、铜和铋金属或金属氧化物生成的MOF复合材料具有较大的接触面积和较多的活性位点,铋掺杂MOF复合材料对气态I_(2)的吸附性能最优。在MOF复合材料中掺杂多孔材料能增大孔隙体积;高温热解MOF复合材料使得活性位点均匀分布并提高利用率;在MOF复合材料中嵌合纳米复合膜或离子液体能够与吸附物充分接触,回收性和重复利用性好;改变MOF的金属节点或共轭同类MOF衍生出的MOF复合材料,可增强对放射性碘的物理吸附性能。MOF复合材料可以经过碳化作用增强与放射性碘的电荷转移作用,I_(2)能以络合物的形式吸附在MOF复合材料的活性位点上。【结论与展望】虽然对MOF复合材料对放射性碘的吸附机制的研究取得重要进展,但仍然面临着吸附容量小、吸附速率慢、回收利用性差及活性位点利用率低等问题。提出应进一步研究铋掺杂MOF复合材料,探究在高温条件下对放射性碘的吸附机制,采取适当措施减少金属掺杂MOF复合材料对环境的二次污染。

高温高湿条件环己烷泄漏率法可行性研究

核设施通常采用碘吸附器净化放射性气态碘,环己烷泄漏率法可用于测试碘吸附器的泄漏率,但是高温、高湿的气流条件会造成环己烷气体在活性炭中过早解吸,可能导致无法辨别机械泄漏与解吸穿透,使得泄漏率试验失效。本试验采用环己烷气体动态解吸法测定了在气流温度为75℃、80℃、85℃,气流相对湿度为85%、90%、95%条件下,环己烷气体在与碘吸附器炭层等厚的活性炭试验床中的解吸穿透时间。结果表明,随着气流温度与湿度的上升,环己烷气体在活性炭床中的停留时段缩短,在最高试验温度(85℃)及试验气体相对湿度(95%)条件下,环己烷气体从活性炭床中的解吸穿透时间远大于工程实践中机械泄漏的判定时间。通过开展机械泄漏模拟试验,在试验炭床上分别设置多孔径泄漏点,测试了高温、高湿试验对应的气流条件下活性炭床的泄漏率。结果表明,高温高湿条件下,环己烷泄漏率法测试机械泄漏的灵敏度高,响应性好,具备用于碘吸附器的泄漏率测试的可行性。

90Sr在微风化二长花岗岩中迁移实验及模拟研究

采用加压的方式,利用动态柱实验方法,通过3H、90Sr在微风化二长花岗岩中的穿透曲线,研究了90Sr在微风化二长花岗岩中的迁移规律,获得90Sr在微风化二长花岗岩中的迁移参数。实验中控制流速为1 mL/h,3H总活度为10^(4)Bq,迁移实验进行了120 h,3H浓度峰值出现在8.0 h,活度浓度峰值为213.4 kBq/L,穿透曲线无明显拖尾现象;90Sr总活度为5×10^(4)Bq,迁移实验进行了132 d,90Sr浓度峰值出现在27.4 d,活度浓度峰值为46.26 kBq/L,浓度下降阶段呈现明显的拖尾现象。利用数值模拟方法,基于3H的穿透曲线计算得到微风化二长花岗岩的垂向弥散度为3.03 cm;对比了平衡模型、双点吸附模型、两区模型、双点吸附两区模型四种模型下90Sr在微风化二长花岗岩中的迁移拟合结果,发现四种模型拟合结果相差较大,其中双点吸附两区模型通过引入非流动区含水量、溶质交换一级速率系数、非平衡吸附一级速率系数等参数能够更好地描述核素在微风化二长花岗岩介质迁移过程中的拖尾现象。结果表明:90Sr在微风化二长花岗岩中的吸附分配系数为1.23 mL/g,溶质交换一级速率系数为0.227/d,非平衡吸附一级速率系数为0.118/d。

钚(Ⅳ)-胶体-不动介质(花岗岩)间的作用机制:实验,表面配位和DLVO作用力

为了准确模拟钚在地下水中的大尺度迁移行为,需要掌握地下水三相体系中钚(Ⅳ)-天然胶体-不动介质(花岗岩)间的作用机制。实验结果表明,钚(Ⅳ)吸附在土壤胶体表面生成的钚(假)胶体有很强的运动能力(钚(假)胶体在装有孔隙介质的柱体中传输后钚的回收率R反映其运动能力),其运动能力R随土壤胶体质量浓度ρ的增大而增大(0≤ρ≤375.4 mg/L,1.3%≤R≤52.5%)。钚(Ⅳ)在土壤胶体表面生成的主要配位种态是≡SOPu(OH)_(3),种态百分数>95%,且种态百分数与胶体浓度正相关。实验和表面配位计算证实,钚(假)胶体增强了钚的运动能力,比水溶态钚污染远场水域的风险更大。DLVO作用势计算结果指出,随着胶体浓度的继续增大,胶体-介质间第二能量最小值(Ф_(min2))的波谷深度加深。该引力相互作用势导致钚(假)胶体在介质表面的吸着沉积效率增大,且与实验观察到的逐渐变弱的钚(假)胶体的运动能力一致(375.4 mg/L≤ρ≤2017.8 mg/L,52.5%≤R≤12.7%)。

大气边界层参数化方案在核电厂址扩散参数计算中的应用研究

在核电厂环境污染影响评价、环境质量管理、应急等工作中,需对核电厂排放的放射性污染物在大气中迁移扩散特征进行评价,而扩散参数是核电厂环评、设计、应急相关评价软件中重要的参数。由边界层参数化方案计算扩散参数的方法应用较为普遍,文章对两种常用大气边界层参数化方案在核电厂址扩散参数计算中的效果进行了讨论。与核电厂址湍流观测数据的比较显示:Mellor-Yamada 2层方案模拟结果具有较好的相关性,但方差更大;Hanna方案模拟结果相关性相对较弱,但其方差也较小,在应用中可根据两种方案各自的特点选用具体的扩散参数计算方案。

海藻酸钠-聚乙烯包覆贝得石复合材料(SA-Bd@PE)去除低浓度铀酰试验研究

针对低浓度含铀废水的处理效果不理想、成本较高的问题,采用天然吸附材料并转化聚乙烯(PE)的能量来提高材料对铀酰(UO_(2)^(2+))的吸附能力。以贝得石(Bd)、海藻酸钠(SA)和PE为原料,通过交联法制备SA-Bd@PE,采用XRD、FTIR、Raman光谱、SEM和Zeta电位等分析手段对SA-Bd@PE进行表征,并对所制备的SA-Bd@PE复合材料进行吸附试验,结果表明:Bd结构发生了坍塌,SA表面更加粗糙,PE的加入使得材料结构变得松散,孔洞增多,且分散性更好;SA-Bd@PE_(10)比SA-Bd@PE_(0)的吸附性能更好,其对UO_(2)^(2+)的最大吸附量为49.71 mg/g;最佳吸附pH为5.0;吸附行为与Pseudo-second-order动力学模型和Langmuir等温吸附模型的拟合度均高达0.99,表明该吸附属于表面单层化学吸附。

基于PHREEQC模拟分析Na_(2)S_(2)O_(4)对退役铀矿山采区地下水生态的修复

酸法原位地浸采铀作为回收铀资源首选工艺,不可避免会存在部分铀进入地下水污染生态环境,而采用还原剂Na_(2)S_(2)O_(4)将游离的铀还原固定可高效解决此类问题。为此,针对某酸法地浸采铀退役铀矿山地下水铀污染,采用PHREEQC模拟分析Na_(2)S_(2)O_(4)还原固定地下水中可溶性铀的机制,讨论NaHCO_(3)在Na_(2)S_(2)O_(4)还原固定可溶性铀的影响。模拟结果表明:1)该区域地下水中铀以U(Ⅵ)为主,其中UO_(2)SO_(4)、UO_(2)^(2+)和UO_(2)(SO_(4))_(2)^(2-)为优势物种,分别占63.60%、32.35%和3.89%;2)Na_(2)S_(2)O_(4)还原固定可溶性铀时,会降低地下水Eh值和Fe(Ⅲ)浓度,增强地下水还原性,促进沥青铀矿和黄铁矿沉淀,但会造成地下水酸化和高SO_(3)^(2-)浓度;3)NaHCO_(3)+Na_(2)S_(2)O_(4)在还原固定可溶性铀时,减轻了地下水酸化,增强了对U(Ⅵ)和SO_(3)^(2-)的去除,对Na_(2)S_(2)O_(4)还原固定可溶性铀的影响较小,在Na_(2)S_(2)O_(4)和NaHCO_(3)浓度比为1∶1至1∶1.5时修复效果最佳。

螯合诱导植物修复铀污染土壤的研究进展

土壤中的铀植物可利用性低,这会限制植物提取对铀污染土壤的修复效果。螯合剂可以使土壤中铀的赋存形态由难被植物吸收利用态转化为易被植物吸收利用态,达到活化铀的效果,从而辅助根系吸收铀。然而,植物往往难以在短时间内吸收大量被活化了的铀,可能导致植物中毒,并增加土壤铀淋溶进入地下水的风险,造成二次污染。本文对1996-2023年螯合诱导植物修复重金属和放射性核素污染土壤的研究进行文献计量学分析,归纳了螯合诱导植物修复技术的潜在环境风险,并针对螯合剂活化土壤铀速率过快的问题提出应用缓释技术,达到控制螯合剂在土壤中释放速率的目的,同时进一步梳理了代表性生物降解缓释载体材料和缓释螯合剂的释放机理,探讨了缓释螯合诱导植物修复的效果及其发展趋势,以期为缓释螯合剂在铀污染土壤植物修复领域的应用提供新的途径。结果表明:①目前在螯合诱导植物修复技术领域应用广泛的螯合剂包括以EDTA(乙二胺四乙酸)和EDDS(乙二胺二琥珀酸)为代表的氨基多羧酸类螯合剂,以及以柠檬酸为代表的低分子量有机酸类螯合剂,应用广泛的富集植物包括印度芥菜、向日葵和黑麦草等,其中黑麦草对铀具有较好的富集能力。②螯合剂虽然可以提高植物提取土壤铀的效率,但螯合剂本身的毒性作用及其在土壤中的残留效应可能导致植物中毒、干扰微生物群落,降低土壤质量;此外,施用螯合剂后产生的大量不能被及时吸收的活化铀可能会增加土壤铀淋溶进入地下水的风险。③代表性生物降解缓释载体材料可分为天然聚合物、合成聚合物和无机材料三大类,其中单一材料作为缓释载体均存在机械强度较差的缺点,需要通过改性延长缓释周期。④缓释螯合剂的释放机理分为水吸附、涂层/基质膨胀、水扩散3个阶段。⑤现有缓释螯合剂的制备过程往往加入多种有毒有害化学试剂。今后需要研发绿色合成技术制备生物降解缓释螯合剂,确保绿色可持续修复过程。

四种气象数据在福岛核事故^(137)Cs扩散模拟中的适用性

基于福岛第一核电站事故,采用4种不同来源的气象数据(FNL再分析数据、ERA-Interim再分析数据、GFS分析和预报数据以及MEA现场气象观测数据)驱动组合大气扩散模型(区域尺度气象模型WRF和拉格朗日粒子扩散模型FLEXPART),开展放射性污染物^(137)Cs的扩散模拟,并结合双葉町以及楢叶町两个监测站的监测数据,评估了不同气象数据对扩散结果的影响.模拟显示,应用4种气象数据均使得FLEXPART成功再现了2个监测站大部分峰值(双葉町平均FAC10:0.57;楢叶町平均FAC10:0.58).其中,使用ERA-Interim和MEA的结果复现了更多的观测峰值并取得了较满意的统计指标.污染物浓度分布结果显示,4种气象的模拟结果在分布趋势上略有不同,ERA-Interim和MEA的结果烟羽扩散范围较广.因此,建议应用ERA-Interim和MEA以重建福岛核事故局地尺度放射性核素污染水平场.

维生素B_(12)改性纳米零价镍去除溶液中U(Ⅵ)的机理

采用液相还原法制备了维生素B_(12)改性的纳米零价镍(VB_(12)@nZVNi),运用SEM-EDS、Zeta、XPS对材料进行表征,研究其形貌特征,并对VB_(12)@nZVNi去除U(Ⅵ)的机理进行等温吸附、动力学与热力学研究。动力学研究结果表明,VB_(12)@nZVNi对U(Ⅵ)的去除包括吸附和还原两种方式,其吸附过程很好地符合准二级吸附动力学模型和Langmuir等温吸附模型,理论最大吸附容量高达670.6 mg/g。热力学研究结果表明,该反应是自发进行的吸热反应,吸附过程是物理吸附与化学吸附并存,为表面单层吸附且离子间没有相互作用。还原反应符合准一级还原动力学模型,维生素B_(12)中的Co可促进Ni^(0)对U(Ⅵ)的还原。VB_(12)@nZVNi材料的合成方法简便、环境友好、去除效果好,在含U(Ⅵ)废水处理中具有较好的应用前景。

《核医学辐射防护与安全要求》适用性探讨及建议

《核医学辐射防护与安全要求》(HJ 1188—2021)对规范核医学的辐射安全管理、污染防治等工作提出了明确的要求。但在实践中,还存在分区管控要求与其他标准不一致、选址布局要求表述不清晰、废气收集处置要求不完整、废水处理管控要求不规范、解控时限一刀切不够严谨等问题。因此,提出了统一分区划分和标识、辐射监测位置要求,规范选址布局要求,补充废气收集处置要求,补充废水处理管控要求,优化调整清洁解控时限的对策建议。

工业遗存更新改造的探索与实践

工业化时代遗留下来的大量工业遗存,如今面临拆除或活化再利用的抉择。工业遗存的更新改造是城市更新过程中一项重要工作内容,不仅有助于保护历史文化遗产,而且可以为城市带来新的发展活力和机遇。阐述了城市更新中工业遗存更新改造的背景与内涵,剖析了实施工业遗存更新改造的策略,介绍了上海建科在工业遗存更新改造方面所具有的能力与典型工程案例,探讨了工业遗存更新改造的模式,为相关改造提出了建议。

5G移动通信基站电磁辐射理论模拟及实测验证研究

由于采用大规模天线阵列(Massive-MIMO)等技术,5G移动通信基站在不同应用场景和终端集中程度下的电磁辐射强度有明显差异。为探讨5G移动通讯基站电磁辐射影响预测方法,参照国际电工委员会标准(IEC 62232)模拟5G基站射频电磁强度,设置并建立了天线NR下行PRB平均利用率为65.88%~98.58%和小区下行有效吞吐率为885.29~1147.30 Mbps的实际应用场景。同时,利用建立形成的稳定强电磁窄波,实测连续6分钟方均根检波示值,采用皮尔逊相关分析法对监测结果进行分析,发现实测值与理论模拟结果具有良好的相符性(p>0.95)。本研究可为5G基站电磁辐射环境监测的规范操作提供参考,也可为开展基站射频辐射强度模拟计算提供数据验证。

微尺度城市冠层模型下的通风与放射性核素扩散特性

采用数值模拟方法研究了城市冠层形态对放射性核素迁移扩散特性的影响,并引入速度比(VR)、空气龄(τ_(p))、滞留时间(τ_(c))和大气弥散因子(ADF)4个指标评价城市冠层行人高度处放射性核素的流动和扩散状况。数值结果表明,城市冠层形态的改变对主街道上的空气龄影响较小,但对街道峡谷内的空气龄影响较大;在较高建筑迎风侧下洗风的现象较强,通风状况较好,而在其背风侧存在气流停滞现象,通风状况较差。放射性核素的迁移扩散主要受城市冠层形态的影响,通风良好的街道峡谷不一定有较小的滞留时间,而通风较差的街道峡谷也不一定有较大的滞留时间。受建筑群的机械扰流影响,大气弥散因子明显降低,当城市冠层为凸型和递增型时,放射性核素在下游距离450~900 m区域内扩散效果最好。

人造矿石固化核废物进展与展望

发展核电是实现国家“双碳”目标、推动产业结构转型升级的重要途径。核能资源开采、利用和后处理产生核废物,由于其半衰期长,对环境造成潜在危害,因此构建多重屏障以安全有效地处置核废物是避免环境风险的重要措施。固化预处理是核废物处置的首要屏障。人造矿石固化核废物因具有耐辐照、高稳定性、低增容比的特点,被认为是构建核废物固化首要屏障的理想方法。综合论述了人造矿石固化核废物的研究进展,系统阐述了人造矿石固化放射性核素的方法和矿石类型,并结合人造矿石形成的结构和理化特征,阐明人造矿石固化放射性核素的机制,提出了适合不同放射性核素固化的人造矿石类型和方法。同时,分析了固化放射性核素辐照对人造矿石晶相结构特征和稳定性的影响,为人造矿石固化放射性核素的策略提供了重要的科学支撑,为实际应用奠定了重要的理论基础。

广州某退役稀土厂场地放射性及重金属污染特征

以广州某退役稀土厂场地为例,开展放射性和重金属污染特征研究,为后期治理提供基础数据。用高纯锗γ能谱仪和ICP-MS分别测量厂区土壤样品中天然放射性核素和重金属含量,同时在采样点测量γ辐射空气吸收剂量率。结果表明,厂区γ辐射空气吸收剂量率变化范围为113~4004 n Gy/h,废渣堆放区明显偏高;土壤样品的^(238)U、^(232)Th、^(226)Ra和^(40)K含量分别是80.8~1990.2、78.4~14372.4、68.2~6935.0和625.4~2698.4 Bq/kg;测量的8种重金属中,As超土壤修复标准较严重,最高达263.83 mg/kg,Zn和Pb也存在一定程度的超标。厂区土壤和废渣的p H值均符合污染场地土壤修复标准要求,而土壤中放射性和重金属复合污染较严重,在开发再利用前要进行详细场地调查和土壤修复工作。

关键过程参数对超临界水氧化降解核工业废树脂的影响研究

以核工业难以有效处理的废阴离子和阳离子交换树脂为研究对象,通过调控反应温度、氧化系数、停留时间、物料浓度等反应条件,探索超临界水氧化过程中不同关键过程参数对废树脂有机物降解的影响规律。研究得出关键过程参数反应温度、氧化系数、停留时间与两种树脂的降解效率呈正相关关系,而物料浓度与树脂降解效率的关系较为复杂;在480℃及以上温度,两种树脂COD去除率基本保持平稳;受反应初期树脂固体颗粒的传质影响,两种树脂的氧化系数需大于130%;阳离子交换树脂在反应过程中会生成强酸性物质抑制反应进行,添加NaOH后,阳离子交换树脂去除效率显著提高。

超临界水氧化放射性有机废物过程中核素处理的研究进展

超临界水氧化技术处理放射性有机废物具有高效减容、核素稳定化等显著优势,是放射性废物处理领域的新型环保技术。从实际应用的角度综述了常见放射性核素在超临界水氧化过程中的分布、迁移和转化特性,比较分析了几种吸附剂对产物中核素的去除性能,总结提出了当前研究的现状及存在的问题,并对核素在去除过程中仍存在的问题进行了展望,以期为超临界水氧化法处理放射性废物的工业应用提供参考和指导。