硼硅酸盐玻璃固化体中ZnO对模拟高放废液Mo浸出率的影响及其模型预测

对于高钼核废料玻璃固化体而言,Mo浸出率是关键产品性能之一。在某高MoO_(3)(质量分数约为3%)模拟高放废液硼硅酸盐固化玻璃配方研究中,设计了ZnO含量的系列变化,进行了Mo浸出率的测试,依据实验数据建立了Mo浸出率的数理统计结构预测模型并进行了模型验证。结果显示,在研究配方范围内,Mo的浸出主要受约530 cm^(-1)处Si-O-Si摇摆振动及约1180 cm^(-1)处Q4基团中Si-O-Si弯曲振动的影响,且B_(2)O_(3)、Zr O_(2)及碱金属皆会影响这两个结构单元的相对浓度,进而影响Mo的浸出。在这种复杂玻璃系统中,ZnO含量的质量分数高于3.5%后Mo浸出率有一定程度增长。模型结果表明:建立的Mo浸出率结构模型具有较好的模拟精度及统计可靠性,模型迭代后的精度及可靠性皆获得了进一步提升,可用于设计成分范围内玻璃配方筛选中对Mo浸出率的迅速预判。

辐照导致硼硅酸盐玻璃机械性能变化

为了模拟研究高放废物玻璃固化体在处置过程中因辐照导致的机械性能变化,本文采用5 MeV Xe离子和1.2 MeV电子辐照硼硅酸盐玻璃,利用纳米压痕技术表征了辐照前后样品的硬度和模量,并利用傅里叶变换衰减全反射红外光谱测试,研究了辐照导致玻璃机械性能变化的微观机理.结果表明:当能量沉积达到6.6×10^(21)keV/cm^3时,Xe离子辐照样品的硬度和模量下降都达到饱和,其中硬度下降约24%,模量下降约7.4%;电子辐照后样品的硬度和模量也有轻微下降,但在实验所用剂量范围内硬度和模量下降未出现饱和现象,当吸收剂量达到最大值(1×10~9 Gy)时,硬度和模量分别下降约4.7%和2.9%.分析表明:Xe离子辐照后样品的恢复阻力增大,韧性提高,整体机械性能提升,而电子辐照后样品的机械性能无明显变化.研究结果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.

P_(2)O_(5)对模拟高放玻璃固化体析晶和抗浸出性能的影响

针对高放废液硼硅酸盐玻璃固化体易析出辉石晶相的问题,本文采用P_(2)O_(5)部分替代硼硅酸盐基础玻璃配方中的MgO和CaO,研究了P_(2)O_(5)掺量(质量分数为0~8%)对玻璃固化体析晶和抗浸出性能的影响。结果表明,当P_(2)O_(5)掺量为0~3%时,样品为无定形态,在850℃热处理6 h后,P_(2)O_(5)掺量为0~2%的样品主要析出辉石晶相,而P_(2)O_(5)掺量为3%的样品析出了少量硅酸钙晶相,辉石晶相基本消失;当P_(2)O_(5)掺量高于3%时,样品析出球形Na_(3)Ca_(6)(PO_(4))_(5)晶体,且析晶度随P_(2)O_(5)掺量的增加而升高。29 Si MAS NMR和^(11)B MAS NMR分析表明,随着P_(2)O_(5)掺量的增加,玻璃网络结构中Q^(3)、Q^(4)和BO_(3)结构单元含量逐渐增加。静态浸泡法(MCC-1)试验结果表明,样品的抗浸出性能随P_(2)O_(5)掺量的增加而逐渐提高,其中P_(2)O_(5)掺量为3%的样品浸泡28 d后,Si、B、Na和Cs元素的归一化浸出率分别为0.508、0.468、0.533、0.280 g/(m^(2)·d)。