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聚变堆正硅酸锂氚增殖剂的研制及应用

中国科技成果 2024年第6期25卷 70-71页

作者：肖成建冯勇进赵林杰陈晓军冉光明杨茂龚宇巩保平严觉民陈平张浩王少华王和义冯开明张龙王晓宇龙兴贵彭述明中国工程物理研究院核物理与化学研究所核工业西南物理研究院

氚是热核聚变反应的主要燃料,在自然界中几乎不存在,需要人工生产.因此,聚变堆设计采用了氚增殖包层,一方面利用聚变中子与包层内产氚材料(氚增殖剂)的核反应来产生氚,以补充燃料的消耗,另一方面将沉积进入包层的聚变反应热量带出并转... 详细信息

氚是热核聚变反应的主要燃料,在自然界中几乎不存在,需要人工生产.因此,聚变堆设计采用了氚增殖包层,一方面利用聚变中子与包层内产氚材料(氚增殖剂)的核反应来产生氚,以补充燃料的消耗,另一方面将沉积进入包层的聚变反应热量带出并转换成电能.

关键词：核聚变反应热量带聚变堆核反应氚增殖剂聚变中子包层正硅酸锂

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锂陶瓷氚增殖剂的中子辐照性能与产氚行为

化学进展 2011年第9期23卷 1906-1914页

作者：肖成建陈晓军康春梅汪小琳中国工程物理研究院核物理与化学研究所绵阳621900

D-T聚变堆采用氚增殖剂与中子反应生成氚来保证其燃料的"自持"。Li2O、LiAlO2、Li2ZrO3、Li2TiO3和Li4SiO4等锂陶瓷材料由于具有良好的化学稳定性、机械力学性能和产氚性能等,是聚变堆主要的候选产氚材料,而其在中子辐照环境下的各种性... 详细信息

D-T聚变堆采用氚增殖剂与中子反应生成氚来保证其燃料的"自持"。Li2O、LiAlO2、Li2ZrO3、Li2TiO3和Li4SiO4等锂陶瓷材料由于具有良好的化学稳定性、机械力学性能和产氚性能等,是聚变堆主要的候选产氚材料,而其在中子辐照环境下的各种性能和行为是氚增殖包层模块设计所关心的重要内容。本文介绍了国际上锂陶瓷产氚增殖剂的辐照实验研究概况,对材料的辐照性能(材料稳定性、热导性、离子电导性和活化性能等)、堆内/堆外产氚行为、影响氚在陶瓷材料中扩散或释放的各种因素以及近来关注较多的辐照缺陷与释氚行为的相互关系等方面进行了归纳、分析和总结,同时针对中国确定的氦冷固态球床包层模块的技术路线,提出了需要广泛而系统地开展锂陶瓷基础研究的建议,指出今后国际上氚增殖剂的研究重点是高燃耗(>10%)和高荷载破坏情况下锂陶瓷材料的辐照产氚性能以及聚变堆氚增殖包层工程条件因素,如磁场、等离子体诱发电流和中子倍增剂等对锂陶瓷小球释氚行为的影响。

关键词：锂陶瓷氚增殖剂产氚行为氦冷球床包层 ITER

三塔级联水精馏系统分离含氚轻水中试实验研究

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强激光与粒子束 2024年第1期36卷 152-154页

作者：王君妍陈超李佳懋黎名昭侯京伟龚宇赵林杰杨茂岳磊冉光明付小龙王鑫高娇黄洪文王和义肖成建中国工程物理研究院核物理与化学研究所四川绵阳621900

针对大体量含氚水分离净化的需求,自主设计建设了三塔级联水精馏系统,内部装填有自研高性能填料。在中试实验过程中,以5~10 kg/h的处理量,完成了吨量级含氚轻水的分离处理,实现了贫化倍数高于2 000倍、富集倍数高于20倍的分离效果。测... 详细信息

针对大体量含氚水分离净化的需求,自主设计建设了三塔级联水精馏系统,内部装填有自研高性能填料。在中试实验过程中,以5~10 kg/h的处理量,完成了吨量级含氚轻水的分离处理,实现了贫化倍数高于2 000倍、富集倍数高于20倍的分离效果。测得规整填料等板高度为14 cm,散堆填料等板高度为4 cm,运行过程各关键参数稳定,全系统已稳定运行超过900 h,可满足规模化工程放大的要求。

关键词：水去氚化水精馏氚化水氢同位素分离等板高度

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水溶液中痕量镅在容器壁上的吸附研究

水溶液中痕量镅在容器壁上的吸附研究

作者：肖成建中国工程物理研究院

学位级别：硕士

在放射化学的研究中,研究放射性物质在容器壁上的吸附是一件非常有意义的工作。由于影响因素复杂,实验结果不好重复,使得容器壁的吸附是一个不定因素,目前只能得到定性的推测。本文首先用静态浸泡的方法,研究四种不同材质(硬质玻... 详细信息

在放射化学的研究中,研究放射性物质在容器壁上的吸附是一件非常有意义的工作。由于影响因素复杂,实验结果不好重复,使得容器壁的吸附是一个不定因素,目前只能得到定性的推测。本文首先用静态浸泡的方法,研究四种不同材质(硬质玻璃、石英、聚乙烯、聚四氟乙烯)的容器壁对水溶液中痕量镅(Am(Ⅲ))的吸附。实验结果表明,不同材质的容器壁经过不同方法处理后,吸附均有所差异。所选容器壁材质中,聚四氟乙烯的吸附能力最小,聚乙烯的吸附能力最大;所用处理方法中,硅烷化能有效减少器壁吸附。针对放化实验操作中广泛使用的玻璃器皿,本文用玻璃微球表面模拟容器壁,即用一定量的玻璃微球作吸附剂,采用浸泡—振荡的方法,系统地研究不同溶液介质条件下镅在玻璃表面上的吸附。实验研究表明,溶液介质条件对吸附的影响非常显著:降低溶液温度、降低pH值、增大离子强度、选择离子价态高的电解质(如Al)和络合能力强的络合剂(如F)均能有效减少镅的吸附。因此,在放化分离纯化镅流程里的一个水相体系中(1mol/L Al(NO)+4mol/L NaNO+0.1mol/L HNO),即便玻璃的表面积增大到50.25m,玻璃表面上也没有镅的吸附损失。采用Lagergren一级动力学方程和BAM理论的液膜扩散方程描述了Am(Ⅲ)在玻璃—水溶液界面上的吸附过程;热力学计算得到吸附热ΔH=17.2±1.8kJ/mol,表明Am(Ⅲ)在玻璃—水溶液界面上的吸附为一个吸热的过程。通过综合分析上述实验结果,从微观络合模式的角度建立了玻璃表面的Stern双电层模型,合理地阐释了不同溶液介质条件下镅在玻璃表面上的吸附现象。本文的研究结果可以为如何有效地减少或避免放射性物质在容器壁上的吸附损失,以及预示其它三价镧锕元素的吸附性质,提供实验方法和依据。

关键词：镅吸附容器壁玻璃

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痕量镅在玻璃上的吸附

核化学与放射化学 2005年第3期27卷 181-184页

作者：肖成建陈银亮付中华中国工程物理研究院核物理与化学研究所四川绵阳621900

用玻璃微球模拟玻璃器壁,研究了水溶液中痕量镅在玻璃表面上的吸附动力学特征和pH对吸附的影响。研究结果表明,在pH=2.04水溶液中,241Am(Ⅲ)在玻璃-水溶液界面上的吸附过程由液膜扩散所控制,并且服从Lagergren一级动力学方程;pH变化对... 详细信息

用玻璃微球模拟玻璃器壁,研究了水溶液中痕量镅在玻璃表面上的吸附动力学特征和pH对吸附的影响。研究结果表明,在pH=2.04水溶液中,241Am(Ⅲ)在玻璃-水溶液界面上的吸附过程由液膜扩散所控制,并且服从Lagergren一级动力学方程;pH变化对吸附的影响明显,当pH=2~6时,吸附率随pH增大而迅速递增,并且出现最大值;pH=6~9时,吸附率有所降低;pH值继续增大时,吸附率随之增大。

关键词：镅吸附玻璃容器壁

Li_4SiO_4陶瓷小球水解吸行为实验研究

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强激光与粒子束 2015年第1期27卷 239-243页

作者：冉光明肖成建陈晓军龚宇汪小琳中国科学技术大学核科学与技术学院合肥230027 中国工程物理研究院核物理与化学研究所四川绵阳621900 中国工程物理研究院四川绵阳621900

采用程序升温热解吸(TPD/TDS)方法对Li4SiO4陶瓷小球的水解吸行为进行了实验研究。结果表明:水解吸过程中主要存在四个解吸峰;其中100℃附近的峰可解释为物理吸附水;150,250,400℃附近的峰可分别解释为以氢键、Li-OH和Si-OH配位键形式... 详细信息

采用程序升温热解吸(TPD/TDS)方法对Li4SiO4陶瓷小球的水解吸行为进行了实验研究。结果表明:水解吸过程中主要存在四个解吸峰;其中100℃附近的峰可解释为物理吸附水;150,250,400℃附近的峰可分别解释为以氢键、Li-OH和Si-OH配位键形式存在的化学吸附水。氚的释放与水的解吸几乎同步进行,且氚的释放形式主要为氚水(HTO),据此推测,氚水可能存在三种释放机制:(1)-OT+H2O→-OH+HTO;(2)-OH+-OH→H2O,-OT+H2O→-OH+HTO;(3)-OT+-OH→HTO。

关键词： Li4SiO4陶瓷小球水解吸物理吸附化学吸附氚释放

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LiAlO_2陶瓷小球的堆外放氚行为

强激光与粒子束 2015年第1期27卷 223-228页

作者：肖成建陈晓军龚宇黄洪文冉光明赵林杰陈平张勤英中国工程物理研究院核物理与化学研究所四川绵阳621900

将LiAlO2陶瓷小球置于裂变反应堆中辐照,采用热解吸技术研究该类产氚材料的堆外放氚特性,考察了升温速率、载气组分、催化活性元素和提氚温度对氚释放行为的影响;采用电子自旋磁共振（ESR）实验技术研究了辐照缺陷的顺磁特征。结果表明... 详细信息

将LiAlO2陶瓷小球置于裂变反应堆中辐照,采用热解吸技术研究该类产氚材料的堆外放氚特性,考察了升温速率、载气组分、催化活性元素和提氚温度对氚释放行为的影响;采用电子自旋磁共振（ESR）实验技术研究了辐照缺陷的顺磁特征。结果表明：LiAlO2中氚的扩散速度慢,热解吸活化能高,氚释放主要分布在750~1000K;表面氢同位素交换反应贡献大,释氚形态受载气条件的影响较大,当氦气中添加H2时,会增大HTO转化成HT的比例;中子辐照会在LiAlO2中诱生F^＋,O^-和O2^-等缺陷色心,其退火湮灭行为与氚释放过程存在一定关系。

关键词： LiAlO2 氚增殖剂放氚行为氚燃料循环聚变堆

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锂铅合金样品的初步活化理论分析

稀有金属与硬质合金 2011年第2期39卷 47-49,53页

作者：谢波古梅肖成建中国工程物理研究院核物理与化学研究所四川绵阳621900

为了对锂铅合金离线产氚实验方案及人员安全操作规程的制定提供基础数据,保证辐照实验与释氚实验的绝对安全,对锂铅合金样品的活化水平及其杂质的控制要求从辐照剂量率的角度进行了计算和初步分析。结果表明:锂铅合金样品在1013N/(cm2.s... 详细信息

为了对锂铅合金离线产氚实验方案及人员安全操作规程的制定提供基础数据,保证辐照实验与释氚实验的绝对安全,对锂铅合金样品的活化水平及其杂质的控制要求从辐照剂量率的角度进行了计算和初步分析。结果表明:锂铅合金样品在1013N/(cm2.s)的中子注量率下辐照15 h,经过约10个月的冷却与搁置,剂量率降低到放化实验室操作的剂量率水平要求,且杂质的控制要求较低;但搁置100个月后,仍无法满足普通化学实验室的操作要求。

关键词：锂铅合金活化分析辐照剂量率中子

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CFETR氚自持分析评估与验证策略

核化学与放射化学 2021年第3期43卷 257-262页

作者：冉光明肖成建王和义汪小琳中国工程物理研究院核物理与化学研究所四川绵阳621999 中国工程物理研究院四川绵阳621999

中国聚变工程实验堆(China Fusion Engineering Test Reactor,简称CFETR)的主要目标之一是实现氚自持。采用氚平衡法对CFETR不同运行工况下的氚自持条件进行了分析评估。结果表明:在500 MW运行阶段,CFETR实现氚自持所需的最小氚增殖比(T... 详细信息

中国聚变工程实验堆(China Fusion Engineering Test Reactor,简称CFETR)的主要目标之一是实现氚自持。采用氚平衡法对CFETR不同运行工况下的氚自持条件进行了分析评估。结果表明:在500 MW运行阶段,CFETR实现氚自持所需的最小氚增殖比(TBR_(r))为1.098,小于CFETR增殖包层可达到的氚增殖比(TBR_(a)),即在理论上满足氚自持条件。在此基础上,提出了CFETR未来通过定期的氚衡算来验证氚自持的基本策略。在基准输入参数和氚存量测量精度限制(1%)条件下,CFETR氚自持验证实验的运行周期需要大于22 d(氦冷包层)或87 d(水冷包层)。

关键词： CFETR 氚自持氚增殖比验证策略