金属氚化物中^3He的热解吸方法

在自行设计的全金属高真空热解吸系统上,以ELITESPE50型四极质谱计(QMS)为分析器,建立了金属氚化物中3He的热解吸和数据处理方法。解吸过程中,金属系统处于真空密闭状态,薄膜压力计直接测量解吸出的气体压力,质谱计则通过微量渗漏阀在线取样测量,所采集的数据均为积分形式。研究结果表明:四极质谱计标定解吸系统内4He的分压<350Pa时,其相关系数R>0.99,且记忆效应的贡献极弱;离子态氚T+对m/e=3组分分压的贡献可按IT+≈0.01IT2+确定,不干扰3He的测定;将气体解吸所得的积分数据经平滑并微分处理后可准确得到气体释放速率与退火温度的关系,即热解吸谱。

氚在真空贮存容器材料中的吸附和渗透行为

研究了贮存氚靶约4 a和20 a的两个316 L不锈钢真空贮存容器(以下简称贮存容器)及其垫片材料对氚的吸附行为,并对氚在贮存容器材料中的渗透速率进行了测量和分析。结果表明,贮存容器外表面氚污染为几十Bq/cm2,不锈钢与陶瓷中吸附的氚活度均为106Bq/g;热解吸至1 273 K过程中,材料中99%的氚释放出来;在解吸出的氚中,陶瓷中的HTO比例高于不锈钢;贮存温度对氚靶贮存容器的渗氚速率有较大影响,夏季约为冬季的4倍。上述结果提示,氚在贮存容器材料内表面吸附后,一部分会向晶格扩散并滞留下来;另一部分则透过材料向外环境渗透,其中温度是影响氚向外环境渗透的主要因素之一。

中子辐照后~6Li-Al合金靶片中氚的测量方法研究

建立了流气式系统捕集和化学转移法测量6Li Al合金靶片在中子辐照过程中的渗漏氚和辐照后靶片中总氚量的方法。渗漏氚的捕集方法是:在流气式系统中,用含少量氢的惰性载气将渗漏氚载带出来,经高温催化氧化后被乙二醇鼓泡器捕集;靶片中的氚转移法是用NaOH溶液将合金靶片溶解,气相中的氚采用渗漏氚的捕集方法捕集,液相中的氚则蒸馏到馏分中。最后用液体闪烁计数器分别测量乙二醇鼓泡器和馏分中的氚量。测量结果与理论氚产量基本相符。

氧化层对钛吸附与解吸氘的动力学影响研究(Ⅰ)——吸氘动力学

应用反应速率分析方法,测定了钛片和表面有氧化层的钛片在恒容体系和475～680℃范围内吸氘反应的速率常数,得到钛片和400℃氧化5h和2h的钛片吸氘反应的表观活化能分别为(112±2)、(181±4)和(115±3)kJ/mol;钛表面氧化层越厚,表观活化能越大;氧化层具有阻氘性能。

氚废气的回收技术研究

采用了高温催化氧化法处理含氚废气。处理过程如下:在干燥氩气(含少量H2)的载带下,含氚废气通过高温催化氧化床转化为氚水,然后用蒸馏水或合适的干燥剂吸收。在400℃,氧化床穿透之前,Hopcalite氧化剂对H2的氧化效率接近100%;在500℃,Hopcalite氧化床对HT的氧化效率大于99%。实验测定了回收氚的分子筛在存放过程中,不同规格分子筛的氚释放系数以及存放条件与释放系数的关系。结果表明,3种分子筛在吸收氚水后的氚释放系数为(1.9～5.5)×10-6d-1·g-1。其中,4A钠型分子筛的氚释放系数最小,5A钙型分子筛的氚释放系数最大;3种分子筛在吸收氚水后释放的氚的化学形式绝大部分是氚化水(HTO),氚气(HT)含量不超过1.2%;含氚分子筛的贮存气氛对氚的再释放有一定影响,在纯氩气中氚释放系数比在含2%氢的氩气中的低。

表面有阳极氧化层的钛吸氘动力学

应用反应速率分析方法，测定了钛片和表面有阳极氧化层的钛片在恒容体系和475～680℃下的吸氘反应速率常数，得到钛片和有阳极氧化层的钛片吸氘的活化能分别为112±2kJ／mol和187±3kJ／mol；钛表面氧化层越厚，表观活化能越大；实验证明氧化层具有阻氘性能。

钛-氚反应特性研究 Ⅰ.热力学特性

测定了纯钛在523,773,798和823 K下吸氚、放氚的P-C-T曲线、吸气平衡压与温度的关系曲线;确定了钛吸氚的吸气平衡压和饱和吸气容量,并给出了吸氚热力学参数。钛吸氚在不同的相组成时,标准焓变ΔH值在第一平台(α+β相)为(-101.5±1.9)kJ/mol,在第二平台(β+γ相)为(-179.6±5.6)kJ/mol;而标准熵变ΔS值在第一平台为(-165.3±1.9)J/(K.mol),在第二平台为(-290.3±7.1)J/(K.mol);在吸氚和放氚这一可逆过程中没有发现明显的滞后效应。

氚化钛膜中氦的热解吸行为初步研究

对He、Ti原子比n（He）/n（Ti）为0.004～0.300的7块氚化钛膜样品在1 300 K以下进行热解吸分析,以获得它们的热解吸谱。在低于1 300 K范围内,氚化钛膜共有4种氦的热释放峰,分别对应于贯穿至表面的氦泡、近表面的氦、体相中的氦泡和氦的小团簇。对这4种类型的氦释放峰的解吸温度和解吸量随膜中总氦量的变化分别进行分析,研究观测膜中各种状态存在的氦量随n（He）/n（Ti）增加的变化趋势。实验观测到,升温将导致氚化钛膜可容纳的氦量大幅降低。

高压氘氚气氛下不锈钢吸附氚的初步研究

本工作对于氚在不锈钢表面的吸附和解吸行为进行了初步研究。样品在n(D):n(T)=1:1,230℃时,15MPa下恒温8h后,接着在27MPa下恒温6h的情况下进行了氚的吸附,测量了室温下和加热到1173K时的解吸氚量和总吸附量。其结果如下:不锈钢的总吸附氚量是857.4MBq·cm^(-2),不锈钢的解吸氚量是722.2MBq·cm^(-2);在本实验的条件下,在室温和加热条件下,不锈钢所释放的氚中,化学成分主要是HTO和HT两部分,大部分以HT形式存在;不锈钢的自由氚占吸附总氚量的7.34%;不锈钢的热解吸谱存在三个解吸峰,其解吸温度分别为439、530和843K。

氧化层厚度对氘氚中子产额影响研究

对氚化钛膜表面氧化层厚度对氘氚中子产额的影响进行了理论与实验研究。理论计算表明,能量为120keV的氘核入射氚化钛膜的深度为833nm,入射钛氧化层的深度为527—577nm。实验结果表明,氧化层降低了氘氚反应的中子产额,且中子产额随氧化层厚度的增加而减小,氧化层厚度低于220nm,中子产额与氧化层厚度的线性关系为Y=(7.524-0.01326X)×106。

铀床氚残留量的测量

分别采用直接测量法、同位素交换法和溶解法测量铀床中的氚残留量,并分析了这三种测量方法在本实验条件下的误差,直接测量法测量铀床的氚残留量的结果如下:铀床的氚残留量为2.68%,即每克铀含(0.0308±0.0003)mmol氚气:当压力读数在1500～133332 Pa之间时,基于理想气体状态方程的测量方法(简称PVT法)的标准差小于0.95%.同位素交换法测量铀床氚的结果如下:加热充分解吸过的铀床经多次同位素交换后,其交换效率仅为2.84%,即不到3%(摩尔分数)的氚被氘气载带出来,其同位素交换法测量的标准差为7.35%.溶解法能够彻底地测量铀床中残留的氚,其溶解法测量的标准差为6.49%。

钛-氚反应特性研究 Ⅲ.热解吸动力学特性

针对氚化钛后处理过程中的技术要求，在金属氢化物热力学及动力学参数测试系统上测定了氚化钛在恒容系统和350-550℃范同内热解吸反应的p-t曲线，并应用反应速率分析方法计算了其在不同温度下的速率常数，得到氚化钛热解吸反应的表观活化能Ea为（62．1士1．6）kJ／mol。

热解吸法评价铒氢化物晶体结构的热稳定性

文章介绍了铒氢化物的热力学特性研究进展,实验测定了铒三氘化物的热解吸谱,建立了热解吸谱峰与晶体精细结构的对应关系,发现并确认了铒氘化物中氘原子占据CaF2型面心立方结构(fcc)八面体间隙(βOct)和四面体间隙位置(βTet)时的氘释放峰。采用Redhead模型计算得到了γ+β相、βOct相和βTet相铒氘化物解吸氘的表观活化能,其值分别为(178.3±3.0)、(204.5±1.2)和(309.2±0.6)kJ/mol。结果显示,相结构对铒氘化物的热稳定性具有显著影响。提出了基于实验热解吸谱和Redhead理论模型来评估升温速率影响金属氢化物热解吸特性的方法,采用该方法可大幅减少实验工作量。

LaNi_(4.25)Al_(0.75)合金的吸放氚性能研究

在真空系统中,对LaNi4.25Al0.75合金的氘活化特性进行测试。测定了该合金在不同温度下的吸放氚速率曲线和P-C-T曲线,获得了LaNi4.25Al0.75Tx吸、放氚的标准焓值和标准熵值。LaNi4.25Al0.75T2.5合金的生成标准焓值和标准熵值分别为(-31.8±0.8)kJ.mol-1和(-76.5±2.4)J.mol-1.K-1,其解析值分别为(-36.5±0.5)kJ.mol-1和(-84.2±1.5)J.mol-1.K-1。用四极质谱计测定了材料吸附氚气和贮存7 d时释放氚的纯度,并进行了比较。

贮氚非晶态锆钒合金膜中的氦释放行为

用热解吸和静态贮存方法对贮氚非晶态ZrV2合金膜中3 He的释放行为进行了系统分析。结果显示:3 He原子存在597.3、725.8和1 146.6K等3个解吸峰,其中第3解吸峰的解吸量最大,是由非晶态基体中的3 He释放形成;在长达2 423d的静态贮存期间,非晶膜中3 He原子的释放系数始终在10-5量级范围内波动并呈线性上升趋势,但仍未加速释放;贮存温度变化会引起释放系数剧烈波动;与贮氚晶态ZrV2合金膜相比,非晶膜的固氦能力显著增强。上述结果初步证实了非晶合金具有良好的固氦性能,这有助于人们从全新视角认识材料中的氦行为。

钛-氚反应特性研究Ⅱ.动力学特性

应用反应速率分析方法,通过测定钛在恒容系统内和823～1 023 K范围氚化反应的P-t曲线,计算了钛氚化反应的速率常数,得到钛氚化反应的表观活化能为(155.5±3.2)kJ/mol.通过与文献比较,钛氚化反应的表观活化能明显高于钛氢化和钛氘化的表观活化能.

LaNi4.25A10.75床氚滞留量的测量

分别采用直接测量法、同位素交换法和溶解法测量LaNi4.25A10.75床中的氚滞留量，并分析了这3种测量方法在本实验条件下的误差。直接测量法测量LaNi4.25A10.75床的氚滞留量的结果如下：LaNi4.25A10.75床的氚滞留量为3．65％（（0．097±0．00092）mmol T2／g LaNi4.25A10.75），当压力读数在1．5-133.332kPa之间时，其PVT测量法的标准差小于0．95％；同位素交换法测量LaNi4.25A10.75床氚的结果如下：加热充分解吸过的LaNi4.25A10.75床经多次同位素交换后，其交换效率仅为1．92％，即不到2％的氚被氘气载带出来，其同位素交换法测量的标准差为7．35％。溶解法能够定量地测量LaNi4.25A10.75床中滞留的氚，其溶解法测量的标准差为6．49％。

表面有阳极氧化层的钛吸氘动力学

应用反应速率分析方法,测定了钛片和表面有阳极氧化层的钛片在恒容体系和475～680℃下的吸氘反应速率常数,得到钛片和有阳极氧化层的钛片吸氘的活化能分别为112±2 kJ/mol和187±3 kJ/mol;钛表面氧化层越厚,表观活化能越大;实验证明氧化层具有阻氘性能。

间接标记假尿嘧啶核苷方法的研究

本文报告了固相标记假尿嘧啶核苷方法。用苯乙酸作偶联剂 ,以巯基树脂为载体 ,利用硫与汞的高效率结合 ,对假尿嘧啶核苷进行间接标记 (I12 5)。最后采用高压液相色谱分离 ,标记率为 40～ 5 0 %

金属氚化物中氦泡生长显微机制研究现状与发展趋势

氚是核聚变反应的关键核燃料,金属氚化物是国防领域及核聚变能源领域中的重要功能材料。氚衰变产生的氦原子及其演化过程严重影响金属氚化物的宏观性能,氦泡的形成与驻留又会影响金属氚化物的贮氚性能,金属氚化物中氦泡生长机制的研究是备受关注的重要科学问题。受限于氚的放射性和缺乏对氚与氦等轻元素原子的显微分析技术,氦泡生长模型的研究长期处于唯象理论阶段。近年来,随着电子显微分析技术的进步,提出了更加准确分析氦泡信息的新技术,氦泡生长显微机制研究取得了新的突破。本文将首先简要介绍金属氚化物中氦泡生长机制的主要理论与成果,然后介绍电子显微分析技术的发展及研究成果,最后针对氦泡生长显微机制的研究趋势做出展望。