核聚变堆用氚增殖剂材料及其制备技术的研究进展与发展趋势

核聚变能是清洁安全的理想能源,是最终可能解决人类能源问题的途径之一。氚是核聚变的关键原料,自然界中存在稀少,如何利用氘-氚聚变反应产生的中子与含有锂的氚增殖剂材料发生核反应制备氚并使之自持是目前聚变工程堆尚待验证的核心关键技术,且是三大难题之一。常用氚增殖剂材料包括液态含锂金属与固态含锂陶瓷,目前示范堆型设计主要考虑选用固态陶瓷增殖剂,包括硅酸锂(Li4SiO4)、钛酸锂(Li2TiO3)、锆酸锂(Li2ZrO3)、氧化锂(Li2O)等,并将增殖剂包层设计为球床结构。欧盟氦冷球床包层(HCPB)和中国氦冷固态包层(HCSB)中均选用Li4SiO4小球为增殖剂材料。根据以往设计经验,中国聚变工程实验堆(CFETR)也优先考虑硅酸锂小球作为氚增殖剂材料。本文总结了传统氚增殖剂的制备技术,包括锂同位素分离技术、小球成型工艺技术和成型过程中相纯度控制。分析对比了国内、国外氚增殖剂的常用方法的差异与优劣。通过比较发现传统制备技术获得的氚增殖剂小球的性能差异不大,且随着对氚增殖剂材料研究的推进,性能要求愈发严苛,不仅需要满足聚变堆内服役力学性能、产氚性能的要求,还应注重氚释放性能与安全性。传统球床结构目前存在诸如装载密度较低、小球易破碎堵塞提氚通道等缺陷,甚至会危及聚变堆安全,故需要开发结构和性能更优的新一代先进的增殖剂材料。本文综述了传统氚增殖剂材料制备技术,同时指出需要开发新型增殖剂材料的理由。重点阐述了新型一体成型多孔氚增殖剂的综合性能优势,并对新型一体成型多孔氚增殖剂材料研究进行了展望。

MOFs混合基质膜的制备及其对Co(Ⅱ)的分离研究

目的为了解决MOFs原料价格昂贵且吸附剂不易回收的问题,以废旧PET瓶为酸源制备UiO-66,在聚丙烯腈中掺杂UiO-66制备MOFs混合基质膜以提升膜材料对钴离子的分离性能。方法先将废旧PET瓶解聚制得对苯二甲酸,再以对苯二甲酸为原料制备MOFs材料UiO-66,利用MOFs与聚合物良好的相容性,将UiO-66分散到聚丙烯腈(PAN)中,制得MOFs混合基质膜UiO-66-PAN,通过XRD、FT-IR、BET、SEM等对UiO-66-PAN的表面形貌及结构进行分析。结果成功制备出UiO-66-PAN,当UiO-66掺杂量由0%增加到6%时,膜材料的比表面积随UiO-66的增加而增大;当UiO-66掺杂量继续增加到8%时,UiO-66出现明显聚集,导致材料的膜通量和截留率降低;当UiO-66的掺杂量为6%时,6%-UiO-66-PAN的膜通量和截留率最高,分别为2654L·m^(-2)·h^(-1)和49.71%。将UiO-66-PAN用于Co(Ⅱ)的分离研究,在pH值为8.3、温度为25℃时,6%-UiO-66-PAN对Co(Ⅱ)的吸附量为26.56mg/g,吸附过程自发吸热,符合准二级动力学模型和Freundlich吸附等温模型,经5次循环后对Co(Ⅱ)的去除率仍保持在80%以上。UiO-66-PAN具有良好的机械强度和稳定性,在金属离子分离方面具有潜在的应用价值。结论UiO-66的加入能增强膜材料对Co(Ⅱ)的吸附能力,多孔结构的MOFs材料能够增强混合基质膜对金属离子的分离性能。

电子束熔化成形与锻造Ti6Al4V合金的腐蚀行为对比研究

本工作采用电化学工作站研究了电子束熔化技术(EBM)成形TC4样品和传统锻造TC4在3.5 wt%NaCl溶液中的电化学腐蚀行为.结果表明EBM成形TC4样品的非平衡微观结构使其与传统锻造的TC4相比,表现出不同的耐腐蚀性.EBM成形TC4样品与锻件TC4相比,EBM成形样品不同平面存在耐蚀性差异,而且EBM水平面大于锻件,EBM垂直面小于锻件.EBM成形TC4样品垂直面出现的腐蚀性能的各向异性主要是β柱状晶导致的.在腐蚀的过程中,点蚀优先发生在α晶界,因为晶界能量较高,形成多孔的钝化层.本项工作有助于丰富增材制造制备TC4合金在航空钛合金领域的腐蚀性能研究.

激光熔融沉积成形GH4169裂纹扩展性能研究

采用激光熔融沉积(LMD)技术采用标准热处理工艺制度获得了高致密GH4169合金试块,并对不同沉积方向的试样进行了疲劳裂纹扩展趋势及机理研究。通过数据处理与分析,揭示LMD-GH4169的疲劳裂纹扩展规律。研究结果表明,在试验条件下,LMD-GH4169合金抵抗裂纹扩展能力存在各向异性,在相同裂纹扩展参数、设定载荷下,激光扫描路径方向沉积试样抵抗裂纹扩展的能力明显弱于沿沉积高度方向试样,其微观结构是构成疲劳裂纹扩展行为的差异的主要原因。

利用蒙特卡罗程序EGSnrc实现电子束辐照剂量分布的计算和电子束辐射加工工艺的优化

利用蒙特卡罗程序EGS4的最新版本EGSnrc ,在Linux操作系统平台上计算了在 1.5- 3.0MeV能量范围内电子在聚乙烯材料和水中的剂量深度分布 ;比较了在两种不同厚度的聚乙烯板的底部加上不同材料 (铝、铜、铅 )衬底情况下剂量深度分布的变化 ;计算了电子束在入射到聚乙烯材料之前经过的空气层的厚度对剂量损失的影响及不同电子束射野大小对剂量分布的影响。计算的结果以绝对剂量的形式给出 ,误差在 2 %以内。该方法是优化电子束辐射加工工艺的一种实用、高效的理论估算方法。

keV低能强流小截面电子束的研究

介绍了一种用于原子分子碰撞低能强流小截面电子束的产生方法 ,研究了电子束流强与 La B6阴极位置、栅电压、能量及透镜结构间的相互影响 ,采用辅助阳极和单透镜的组合 。

弗里曼源产生N_(10)^+团簇的研究

介绍热阴极弧放电弗里曼源产生N+10 团簇的新结果。研究了N+10 团簇的产生与氮的气体流量、辅助磁场强度、弧电压、弧放电功率等离子源参数之间的关系 ,初步揭示出可能存在一种新的团簇形成机制。这种机制有别于通常的绝热膨胀冷凝团聚机制。

针孔相机全场X射线荧光成像的模拟研究

为解决全场X射线荧光(XRF)成像中针孔形状和尺寸的选取问题,采用Geant4软件,模拟了6种不同类型针孔和4种不同的针孔孔径,分析了这些参数对点扩散函数和调制传递函数的影响;模拟了不同能量X射线荧光平面源的成像过程,并用均值滤波和Richardson迭代法对图像进行处理,分析了图像处理的效果。模拟结果表明:对于能量小于20 keV的荧光X射线,双锥孔结合直孔模型的点扩散函数尖锐性和等晕性更好,调制传递函数的截止频率更大,空间分辨更好,更适合做全场XRF成像的针孔;均值滤波结合Richardson迭代法的图像处理算法对全场XRF图像处理的效果较好。

污染氧对氢离子辐照前后50%TiC-C薄膜的影响研究

采用离子束混合技术在不锈钢衬底上制备50%TiC-C薄膜,用剂量1×1018ions/cm2、能量5keV的氢离子对薄膜进行辐照。通过X射线光电子能谱对氢离子辐照前后的50%TiC-C薄膜进行组成元素化学结合能谱的分析,着重研究污染氧对薄膜氢离子辐照前后的影响。研究发现氢离子辐照会引入更多的污染氧进入膜内,但污染氧不影响薄膜的阻氢性能。

两种离子束方法制备Cr膜的分析研究

在室温下,采用离子束溅射同时经100 keV Ar+离子轰击的动态离子束混合技术和采用离子束溅射技术这两种方法制备Cr膜,并用XPS,SEM及AES对薄膜的结构、表面形貌、薄膜与基体附着力的影响等进行分析对比。结果表明,与离子束溅射技术制备的Cr膜相比较,动态离子束混合技术制备的Cr膜表面平滑,膜致密呈无气隙的柱状结构,且薄膜元素与基体元素混合形成的组分过渡层较宽,因而有效地提高了Cr膜的附着力。

基于摩擦和温度修正的Ti-6Al-4V钛合金热变形本构模型建立

Ti-6Al-4V是民航客机应用最广泛的中高强度钛合金,在锻造领域,数值模拟准确性依赖于高准确度的材料模型.本工作基于热压缩模拟方法,在不同变形温度(750、800、850、900和950℃)和应变速率(0.001、0.01、0.1、1和5 s^(-1))下,针对变形量为60%的Ti-6Al-4V合金,考虑鼓度因素影响,对真实应力-真实应变曲线进行了摩擦和温度修正,并进一步构建了该工况条件下的本构模型.对比实验结果,修正后的流变应力值低于实际测量值,且随着应变量和应变速率的提高、变形温度的降低,二者之间的差值也逐渐增大.本工作分别建立了Ti-6Al-4V双曲正弦式以及用Z参数表达的材料本构模型.真实应力应变曲线的摩擦和温度修正对提高材料模型的准确性具有指导意义,同时对提高数值模拟精度具有参考价值.

淫羊藿对大鼠内脏器官PDC钙通道及其心肌缺血性损伤的影响

目的:研究淫羊藿不同提取方法对大鼠主要内脏器官45Ca内流、外溢的作用规律及对大鼠心肌缺血性损伤的影响.方法:用45Ca跨膜测量技术研究淫羊藿不同提取物对大鼠心脏、动脉平滑肌、肝、肾脏等4种器官电压依赖钙通道(PDC)的作用特性;用大孔树脂分离、鉴定淫羊藿的有效成分.结果:1.淫羊藿对心脏、动脉平滑肌、肾脏等3种器官45Ca跨膜流动的影响作用极显著,既能阻滞45Ca大量内流,又能促进已流入细胞中的45Ca外溢;2.淫羊藿的碱提组对内脏器官钙通道的调控作用优于醇提组和水提组.3.淫羊藿提取物对药物和结扎冠状动脉所致大鼠心肌缺血性损伤均有保护作用.结论:淫羊藿对多种内脏器官钙通道有较强的调控能力,对维持细胞内Ca2+浓度的稳定和细胞的正常生理功能具有重要意义;淫羊藿对大鼠心肌缺血性损伤具有明显的保护作用.

电子束在不同介质界面附近剂量跃变的蒙特卡罗模拟

在许多辐射剂量的应用中,都会涉及到如何精确地计算两种介质界面附近的剂量问题.作者用不同的多次散射模型,对多种介质界面附近的剂量跃变进行了蒙特卡罗模拟,并与相应的实验结果进行比较,研究了使用不同的多次散射模型对计算结果的影响.

放射治疗能区内光子在介质中的能谱分析

目的:计算放射治疗能区内的光子在类人体介质中的能谱分布。方法:使用特征线方法将介质中的光子分解为初级光子、一次散射光子和多次散射光子,相应地,光子的微分注量分布函数也被分成三个部分,分别是初级光子的微分注量分布函数、一次散射光子的微分注量分布函数和多次散射光子的微分注量分布函数,并由相应的玻尔兹曼方程求解各类光子的微分注量分布函数。总的光子微分注量分布函数是各部分光子的微分注量分布函数之和。将微分注量分布函数对角度进行积分后,便得到光子的能谱。将使用特征线方法计算的结果和蒙特卡罗方法的计算结果进行比较。结果:光子注量分布在大部分深度范围内,与蒙特卡罗方法的计算结果结果吻合得都很好,其误差小于2%。但是在接近水层的末端,特征线方法的计算结果略微高于蒙特卡罗方法的计算结果,其最大误差达到约7%。一次散射光子的能谱分布和蒙特卡罗方法的计算结果吻合得相当好。在表面处,能量主要集中在低能部分,在高于1 MeV后,迅速下降到接近于0,能谱展宽较小。在中间部位,能谱在达到最大值后呈指数曲线形式下降。而水层在末端,能谱达到最大值后,基本保持一个常数。多次散射光子的能谱分布在大部分能量点上,特征线方法的计算结果和蒙特卡罗方法的计算结果吻合得很好。只是在极低能量处,二者的计算结果存在较大的差别。结论:在放射治疗能区,特征线方法和蒙特卡罗方法的结果吻合得相当好,特征线方法可以高效和准确地计算光子在介质中的输运问题。

合成二氟尼柳的方法改进

以4-(2',4'-二氟苯基)苯酚为原料,采用微波辅助无溶剂Kolbe-Schmitt羧化反应合成了二氟尼柳,其结构经1H NMR确证。

掺钆液闪中子探测器的研制

中子在探测器中能产生与暗物质粒子(WIMPs)类似的核反冲信号,对于低背景的暗物质直接探测实验,精确测量和排除中子的干扰尤其重要。为测量中国锦屏地下实验室(CJPL)中子本底的通量,研制了高效的、具有很强"中子-伽马"分辨的掺钆液闪快中子探测器。介绍了掺钆液闪中子探测器的研制和性能,包括探测器形状和尺寸的设计,液体闪烁体类型、光电倍增管型号以及液闪容器材料的选择,探测器的伽马能量刻度以及中子与伽马信号的甄别。用Am-Be中子源对探测器进行探测效率刻度,得到阈值为0.2 MeV等效电子能量的中子探测效率为(6.30±0.30)%,满足中国锦屏地下实验室对中子通量测量的要求。

碳气凝胶的制备及其对水溶液中铀（VI）的吸附

利用冻干法将氧化石墨烯（GO）和碳纳米管（CNTs）的混合液凝胶制备成碳气凝胶，并通过扫描电镜（SEM）和傅里叶变换红外（FTIR）光谱对该气凝胶进行表征．通过考查吸附剂的量、pH值、初始浓度以及时间对吸附的影响来了解碳气凝胶吸附铀（VI）元素的过程，结果显示，碳气凝胶可以有效移除水溶液中的铀（VI）元素，是一种有潜力的吸附剂．

N_2分压对ZrGeN阻挡层微结构及性能影响

采用射频磁控溅射技术在Si(111)基体和Cu之间沉积ZrGeN阻挡层,重点研究了Cu/ZrGeN/Si多层膜系中N_2分压对ZrGeN微结构及阻挡层性能的影响。采用四探针电阻仪、X射线光电子能谱、X射线衍射仪、俄歇电子能谱表征ZrGeN薄膜和Cu/ZrGeN/Si多层膜体系的电阻率、成分、微结构和热稳定性能。ZrGeN薄膜结构在沉积过程中对N_2与Ar气体流量比非常敏感,随N_2/(Ar+N_2)流量比的增加,依次形成多晶、类非晶ZrGeN膜层;较高N_2含量的ZrGeN系统在800℃退火后仍能保持其非晶结构,Cu在其中的扩散速度慢,可以作为扩散阻挡层使用。

六种常见中药材钾、硫、铬、锰、钒、锆元素含量的研究

采用自主搭建的X射线荧光分析及商用的电感耦合等离子发射光谱方法,对几种常见的植物类(胎菊、北板蓝根)、动物类(蝉蜕、地龙)和中成药类(郁金银翘片、葶贝胶囊)药材样品中典型元素硫、钾、铬、锰、钒、锆的含量进行了分析研究,该套X射线荧光分析(X-ray Fluorescence,XRF)系统对于Cr、Mn元素的检出限较好。分析结果发现在多数药材样品中有较高含量的钾元素,而过量高钾的摄入会对人体心脏和肾脏造成负担,因此根据标准给出每日摄入量小于100mg·d^-1的参考值。同样在多数样品中检测到较高含量的硫元素,推测可能是制药工艺中的化学添加物富集所致,需引起关注并值得进一步研究。所有样品中均检测出较低含量的钒、锆元素,说明该中药材样品中不存在显著的钒、锆元素污染。在某些动物类和中成药类药材样品中,检测到超标存在的铬、锰元素,在非必要时需要减少用量。根据铬元素生素矿物质可耐受最高每日摄入量小于0.5mg·d^-1的标准,给出了这几种药材样品的建议每日最大摄入量:植物类样品小于2.841g·d^-1、动物类样品小于0.958mg·d^-1、中成药类样品小于0.935mg·d^-1。

Cu/Cu(Ge,Zr)/SiO_2/Si多层膜界面可控反应及热稳定性研究

利用多靶磁控溅射技术在SiO_2/Si基体上沉积Cu/Cu(Ge,Zr)多层薄膜,采用四探针仪(FPPT),X射线衍射仪(XRD),高分辨透射电镜(HRTEM),X射线光电子能谱(XPS)和原位纳米电子束探针能谱(EDS)表征多层薄膜退火前后电阻率、微观结构和界面成分的演变及行为.结果表明,在低温退火阶段(<200℃),Cu(Ge,Zr)膜层中Ge与Cu选择性反应形成低阻Cu_3Ge相,有效抑制Cu与Si的早期扩散;在高温下(>450℃),Zr原子在Cu_3Ge/SiO_2界面析出并与SiO_2层进一步反应形成稳定非晶ZrOx/ZrSiyOx化合物.Cu(Ge,Zr)薄膜中异质原子及与相邻膜层间分步选择性自反应合成高热稳Cu_3Ge/ZrO_x/ZrSi_yO_x复合阻挡层,使Cu/Cu(Ge,Zr)/SiO_2/Si多层膜具有高热稳定性.