锆氢化反应热力学函数的计算

用B3LYP/SDD密度泛函方法计算了ZrH的微观性质,气态ZrH(D,T)的能量(E),熵(S)以及Zr与氢同位素气体反应的热力学函数.在ZrH(s)、ZrD(s)和ZrT(s)的E和S的计算中,近似以分子总能量中的振动能Ev代替固态能量,以电子和振动熵SEv代替固态熵.在这种近似下,计算了不同温度下Zr与H2、D2、T2反应的ΔH、ΔG、ΔS及氢化反应平衡压力,导出了与温度的依赖关系.计算结果表明,ZrH(s)的生成热为161.34 kJ·mol－1,与实验值(173.5 kJ·mol－1)接近,表明这种近似处理方法是合理的,可以用于研究贮氢材料氢化反应的热力学.

锆钴合金氢化反应热力学函数的计算

在有效原子实势近似下，采用 Ｇａｕｓｓｉａｎ ９８计算程序及 Ｂ３ＬＹＰ／ＳＤＤ密度泛函方法计算得到了 ＺｒＣｏ和ＺｒＣｏＨ分子的结构、力常数、离解能，能量（Ｅ）、熵（Ｓ）以及ＺｒＣｏ与氢同位素气体反应的热力学函数．在固态ＺｒＣｏ、ＺｒＣｏＨ（Ｄ、Ｔ）的Ｅ和Ｓ的计算中，近似以气态分子总能量中的振动能Ｅｖ代替该分子处于固态时的振动能量，以电子运动和振动运动熵ＳＥｖ代替分子处于固态的熵，在这种近似下，计算了不同温度下ＺｒＣｏ与Ｈ２、Ｄ２、Ｔ２反应的 Ｈ 、 Ｇ 、 Ｓ 及氢化反应平衡压力，导出了氢化反应温度与平衡压力的依赖关系．计算得出：ＺｒＣｏＨ、ＺｒＣｏＤ、ＺｒＣｏＴ的生成焓（３９８～５９８ Ｋ）分别为 ８２．８１、８１．５４和 ８０．４９ ｋＪ·ｍｏｌ－１，与实验结果有很好的一致性，表明这种近似处理方法是合理的，可以用于一些未知氢化物的热力学函数的近似计算。

中国ITER氦冷固态实验包层模块氚工艺系统设计

基于ITERCHHCSBTBM的设计特点,设计了相关的氚工艺辅助系统。描述了氚提取系统(TES)、冷却剂纯化系统(CPS)、氚测量系统(TMS)的功能、设计参数和工艺流程等。TES用于氚提取、储存、同位素的分离;CPS实现氧氮等杂质和氚的去除及冷却剂的定量处理和分析等功能;TMS不仅可以定量分析氚含量,而且必要时可替代TES。氚渗透及氚安全的分析表明,通过CHHCSBTBM以及辅助系统向环境释放的氚可控制在ITER的氚安全限度内。

ZrH、CoH和ZrCoH分子的结构与势能函数

采用相对论有效原子实势 (RECP)和密度泛函 (B3LYP/SDD)方法 ,计算得到了ZrH、CoH和ZrCoH分子结构 ,分子的力学、光谱性质和势能函数。结果表明 ,ZrH的基态分别为X2 ∑ ,CoH和ZrCo的基态为X3 Φ重态和X4 ∑重态 ,基态离解能分别为 2 .84eV ,2 .5 0eV和 1.2 2eV ,谐振频率分别为 16 86 .5 9cm-1,186 1.47cm-1和 16 8.6 2cm-1,二阶力常数分别为 16 7.0aJ .nm-2 ,2 0 2 .0aJ .nm-2 和 6 0 .0aJ .nm-2 。优化结果表明 ,HZrCo分子的基电子状态为X5A″ ,具有Cs 对称性 ,基态离解能为 5 .0 5 5eV ,谐振频率分别为ν1(A′) =192 .892cm-1、ν2 (A′) =32 2 .6 2 4cm-1和ν3 (A′) =15 90 .789cm-1。应用多体项展式理论 ,计算确定了基态HZrCo的分析势能函数 ,该函数正确反映了HZrCo分子的结构特点 。

CoH生成热力学函数的量子力学计算

用B3LYP/SDD密度泛函方法计算了CoH的微观性质、CoH(g)、CoD(g)和CoT(g)的能量 (E)和熵(S) ,进而计算Co与H2 、D2 、T2 反应的ΔH 、ΔG 、ΔS .CoH分子的基电子状态为三重态 ,Re、D 0 、ωe 分别为 1.5 2nm、2 77.84kJ/mol和 132 1cm-1,与实验值基本一致 .在固态分子的E和S的计算中 ,以气态分子计算得到的总能量中的振动能Ev 代替固态能量 ,以总熵中的电子振动熵SEv代替固态熵 .导出了Co与氢同位素气体反应的ΔH 、ΔG 、ΔS 及平衡氢压力与温度的关系 .CoH的室温下平衡离解压力很低 ,表明CoH是一种稳定的氢化物 ,这与CoH分子的D 0 很大的实验事实一致 .

手套箱气氛中氚化水处理的工艺研究

分子筛吸附柱和热金属镁床是手套箱气氛中氚化水 (HTO)搜集和分解处理的一种有效手段。测试了分子筛柱对气氛中水的吸附性能和热金属镁床对HTO的分解性能。结果表明 :分子筛柱对气氛中水的吸附效率 >99 99% ,在空气中水含量为 3 4× 1 0 - 3～ 4 2× 1 0 - 3条件下 ,未发现吸附柱水的贯穿现象 ;热金属镁床对HTO的分解率 >99 9% ,当金属镁的消耗量大于 80 %时 ,未见分解率明显降低。

钯合金膜分离器级联氢同位素分离研究

提出了一种基于钯合金膜分离器串联(PMSCS)的氢同位素分离系统的初步设计,建立了评估该分离方法分离效果的数学模型,根据此模型和前期关于分离器分离系数的测定结果,估算了多级氢同位素分离系统分离级数与分离产品气、尾气中氘和氕之间的关系。结果表明,分离系统所串联的分离级数量越大分离效果越好。对于一个5级串联分离系统(单级分离器分离系数q=1.8),当以50%H-50%D混合气体为原料气时,若产品气的提取比例为40%,产品气中的D含量将达到约92%,产品气得到了充分富集;若尾气的提取比例为40%,尾气中的氢含量将达到约99.95%,尾气中的氘得到了充分的贫化。与低温蒸馏、热循环吸附分离和钯合金膜分离器级联分离比较,钯合金膜分离器串联系统具有结构简单、氚的贮留量小等优点,适用于氢同位素混合气体的分批次操作分离。

手套箱气氛中氚化水处理的新工艺研究

用分子筛吸附柱和热金属镁床测试了分子筛床对气氛中水的吸附性能和热金属镁床对HTO的分解性能。结果表明 ,分子筛床对气氛中水的吸附效率 >99.99% ,在空气中水含量为 3.4× 10 3— 4 .2× 10 3μg·g- 1和空气通量达 5 6m3条件下 ,未发现吸附柱水的贯穿现象。热金属镁床对HTO的分解率 >99.9% ,在金属镁的消耗量大于 80 %时 。

高纯^3He提取方法研究与比较

报道了采用 70 0℃铀床、77K低温活性炭柱提取高纯 3He,之后采用氢同位素稀释法除去 3He中微量氚的研究结果。 70 0℃流通式铀床和 77K低温活性炭柱吸附方法 ,能快速除去 3He中杂质组分 ,得到纯度大于 99.99%的高纯 3He;氢同位素稀释法能够将 3He中 3H摩尔分数降到低于 3.5×10 -10 %。与其他方法比较 ,氢同位素稀释法工艺过程更加简单 。

CO_2二聚体分子弱结合作用的DFT计算

用密度泛函理论 (DFT)的 Becke 3LYP方法 ,在不同基集合（ 6- 31G和 6- 311G系列）下对平行结构（ C 2h）和 T形结构 (C2v)的 CO_2二聚体进行 ab initio计算 .通过计算 ,得到了 CO_2二聚体 C2h和 C2v两种构型的结构参数和离解能 ,并给出了 CO_2二聚体相对稳定构型 C2h的 12个正则振动分析图 .结果表明 ,CO_2二聚体的离解能为 2 kJ· mol－ 1,CO_2分子之间振动频率很小 ,从而说明 CO_2二聚体是弱结合分子 .

模拟放射性废水的超滤+反渗透处理工艺

研究了超滤+反渗透(UF+RO)新工艺在含钚低水平放射性废水处理中的应用,膜分离系统采用中空纤维式超滤和卷式反渗透联合组件。实验探索了不同工艺参数对废水处理的去污效率和体积减容倍数的影响,结果表明,作为新型膜分离系统,在料液pH=10时其去污效率达到99.94%,体积减容倍数达到12.5,为放射性废水的体积最小化提供了新的处理工艺。

高温超高压烧结纳米SiC的研究

采用高温超高压(HT-HP)技术在4.5GPa/1250℃/20min工艺条件下制备了添加2wt% Al_2O_3助烧结剂的纳米SiC陶瓷.采用X射线粉末衍射(XRD)、X光电子能谱(XPS)、扫描电镜(SEM)、X射线能谱(EDX)、纳米压痕(Nano indenter)研究了烧结SiC陶瓷的物相组成、晶粒大小、化学成分、微观结构、纳米压痕力学性能等.结果表明:采用超高压烧结,可以在较低温度(1250±50℃)、较少烧结助剂用量下实现纳米SiC的致密烧结.烧结体未发生相转变,结构致密,无孔隙,晶粒尺寸为22nm,品格常数为4.355(?);显微硬度为33.7GPa,弹性模量为407GPa.

雾化水性聚氨酯模拟气溶胶凝并实验研究

通过比较室内不同粒径范围的颗粒物在自然沉降、水雾化及水性聚氨酯雾化3种状态下气溶胶浓度减半所需的半值时间,计算相应的凝并系数,研究室内水性聚氨酯雾化后对模拟气溶胶粉尘颗粒物的凝并及去除效果.结果表明,与自然凝并和水雾化相比,在0.6～40.0 μm粒径范围内,水性聚氨酯溶液雾化后模拟气溶胶颗粒的半值时间分别缩短35.3％、40.6％;在2.0～105.0 μm范围内,半值时间分别缩短10.3％、26.2％.

氧化铝添加量对超高压烧结碳化硅性能的影响

以纳米SiC为原料,用两面顶压机在4.5GPa/1250℃/20min条件下实现了不同Al2O3烧结助剂添加量(0～7%,质量分数,下同)的SiC陶瓷体的烧结。研究了烧结助剂含量对SiC陶瓷性能的影响。用X射线衍射、场发射电子显微镜、能谱分析、显微硬度测试对SiC高压烧结体进行了表征。结果表明:Al2O3是有效的低温烧结助剂,在超高压工艺下添加2%Al2O3即可实现SiC陶瓷全致密化烧结;烧结体晶粒长大得到抑制,晶格常数收缩了约0.45%;烧结体显微硬度随Al2O3含量升高而有所提高。

PuH_2分子激发态的外场效应

采用密度泛函（DFT）方法B3IYP／Gen，在Pu为SDD基组、H为6-311＋＋G＊＊基组水平上优化得到了分子轴方向不同电偶极场（-0．005～0．005a．u．）作用下，二氢化钚的基态电子状态、几何结构和分子总能量．在优化构型下用同样的基组采用含时密度泛函（TDDFT）方法（TD-B3LYP）研究了同样外电场条件下对二氢化钚的激发能、振子强度、自旋污染和Pu原子正电荷的影响．计算结果表明，分子几何构型与电场大小和方向呈现较强的依赖，H—Pu—H的角度线性减少，分子总能量线性减少；自旋污染随电场增加线性增加；Pu原子正电荷随电场增加而线性减小；激发能随电场强度增加而减小。且对电场方向的依赖呈现近似对称性，满足Grozema关系．电场对振子强度的影响比较复杂，但仍满足跃迁选择定则．

钯合金膜分离器级串氢同位素分离

基于钯合金膜分离系数测定的实验结果,设计了单级钯合金膜氢同位素分离器,测试了分离器对H-D混合气体的分离系数,建立了该分离器在理想级串下达到一定分离要求所需的分离级数和分离膜面积,以及分离过程中氢同位素丰度变化的计算模型。结果表明,在673K,分流比为0.1时,该分离器对54.3%H2-45.7%D2的分离系数为1.54;单级分离器的分离系数是级串分离系统级数的决定性指标,提高单级分离器的分离系数可以减少分离系统的级数,提高分离系统的效率。

氢化钚与空气反应的热力学平衡计算

氢化钚与空气系统中有 6个独立组分 ,即PuH2 .7(s)、PuN(s)、Pu2 O3(s)、N2 (g)、O2 (g)和H2 (g)及 4个元素 ,故有 2个独立反应。这两个反应的ΔG° 0 ,计算表明 :气相和固相质量衡算基本趋于平衡 ,与文献 [6 ]实验结果相符。因而 ,氢化钚与空气反应极快。这对于钚材料的贮存有一定参考意义。

热循环吸附法分离氕、氘的研究

对热循环吸附法(TCAP)全回流模式和生产模式下的氕-氘分离实验进行了研究。全回流模式下,主要考核了初始进料比、冷/热循环温度、进料位置对分离效果的影响。结果表明,原料气体从分离柱中部进料时,初始进料比相对越大,冷/热循环温差越大,分离效果越好;而从回流柱进料时,分离效果相对更好。在几组实验中,回流柱初始进料为90%、冷/热循环温度分别为56℃/290℃的一组效果最好。生产模式下,由于分离柱中气阻较大,有可能影响氕、氘的分离效果,这部分实验还有待继续进行。

LaNi_5氚老化效应的实验研究

测定了老化LaNi5料的解吸等温线及去氘化热力学参数。评价了氚老化对LaNi5贮氢性能的影响。结果表明 ,氚老化使LaNi5解吸等温线形貌发生重大改变。与新鲜材料相比 ,老化 2 140天后 ,在 373K下 ,坪台压力降低了约 5 0 % ,坪斜由 0 .0 33到 0 .130 ,可逆吸氢容量减少了约 1.3mmol.g-1。老化LaNi5料去氘化反应热力学焓变ΔH和熵变ΔS分别由 30 .1kJ.mol-1和 10 5J .mol-1.K-1增加到 44 .5kJ .mol-1和 12 8J.mol-1.K-1。

热循环吸附装置的初步氢同位素分离

设计建立了热循环吸附法(TCAP)氢同位素分离实验装置,并通过初步实验验证其分离性能。分离柱为双排圆形排列钻孔管结构,总长度约16 m,封装涂钯氧化铝1 558 g。全回流模式的初步实验结果显示,该分离实验装置可有效实现氢同位素分离,全回流模式下,分离柱热/冷循环温度为150℃/10℃,体积分数50.7%H2—49.3%D2的混合气体经30个循环后,柱底部的氘丰度达到98.8%,顶部氕丰度达到98.4%。初步实验结果表明,该分离装置可有效实现氢同位素分离。