低活化铁素体/马氏体钢CLF-1氢氘的渗透行为

低活化铁素体/马氏体钢(RAFM钢)作为聚变堆结构材料中最有前景的候选材料,其氢同位素渗透行为备受关注。采用氢同位素气相驱动渗透的方法,对中国低活化铁素体/马氏体钢CLF-1的氢同位素渗透行为进行了研究,研究了温度、气体压强、样品表面状态等因素对其渗透行为的影响。结果表明:氢、氘在RAFM CLF-1钢中渗透扩散过程为体扩散控制,渗透率与温度的关系式均遵循Arrhenius关系;在实验测试过程中,由于样品表面发生氧化现象和缺陷捕获造成H_(2)和D_(2)渗透实验中渗透通量出现下降的现象。

反应堆结构部件表面阻氢/氘/氚涂层的研究现状及展望

氢原子及其同位素具有很小的半径、很强的渗透性,一旦渗透到反应堆结构部件材料中,会对材料造成不同程度的破坏,这将造成严重的经济损失,甚至引起严重的反应堆安全事故以及对环境的放射性污染。解决办法是在氢及其同位素的渗透路径上设置渗透屏障,在相关结构部件表面制备阻氢/氘/氚涂层。然而,根据其使用目的和服役环境,对阻氢/氘/氚涂层的综合性能提出了较高的要求,阻氢/氘/氚涂层需具备高的渗透率降低因子(Permeation reduction factor,PRF)、好的自修复能力、好的抗热冲击性、低的活化特性、较好的抗辐照性能,以及与液态冷却剂的良好的相容性。此外,涂层制备工艺还需适应于反应堆复杂的结构部件并可具备工程化应用的特点。氧化物及其复合涂层由于具有熔点高、化学性质稳定、制备工艺相对简单及阻氢性能良好等优点,成为阻氢/氘/氚涂层研究的热点,尤其是α-Al_(2)O_(3)涂层。热浸铝工艺(HDA)、包埋渗铝工艺(PC)和电化学沉积工艺(ECA)等制备α-Al_(2)O_(3)及其复合涂层已有工业化推广应用的实例,这三种方法将具有较强的规模推广可行性。氢同位素在涂层中的渗透机理研究主要围绕过程中的两个关键限制步展开:表面吸附、晶内扩散。材料表面对氢同位素的吸附机理体现在渗透压力指数(n)。氢同位素对金属的渗透压力指数为0.5,氢同位素被金属吸附后溶解为原子,然后氢原子在金属晶格中扩散迁移;而氢同位素对陶瓷的渗透压力指数为1,氢以分子态被吸附,并在陶瓷中以分子形式扩散。另外,辐照后Al_(2)O_(3)阻氢涂层的氘渗透测试PRF值变小,辐照导致Al_(2)O_(3)对氢同位素的渗透阻挡性能快速下降。本文简要介绍了阻氢/氘/氚涂层的材料体系选择、制备工艺探索、涂层氢同位素渗透实验研究,氢同位素渗透机理及其辐照效应等方面的研究进展,指出了反应堆结构部件表面阻氢/氘/氚涂层研究发展方向。

氘在钨铜复合材料中的渗透和滞留行为研究

对钨铜复合材料中的氢同位素渗透和滞留行为进行了研究,通过采用气体驱动渗透和热脱附谱测试获得了氘在钨及钨铜复合材料中的渗透率、扩散系数、溶解度及相关活化能数据,并对氘在钨铜复合材料中的渗透和滞留性能进行了分析。结果表明:1)氘在钨铜复合材料中的渗透率比在纯钨中大2~3个数量级;2)在钨铜复合材料中的扩散系数比在纯钨中大5~6个数量级;3)随着复合材料中铜的含量增加,氘的渗透率与扩散系数均呈现增大趋势;4)钨铜复合材料之间的相界面具有氘快扩散通道作用。氘在钨铜复合材料中的溶解度比起纯钨小很多,溶解激活能也更大,说明铜对氘在钨中的固溶可能具有减弱的作用,这与氘在钨铜复合材料中快速扩散的结论一致。在气相热充实验中,因为快速降温使钨铜复合材料中捕获的氘来不及释放,所以钨铜复合材料中氘的表观滞留量比纯钨高约1个数量级。