我国初步掌握冷坩埚玻璃固化技术

正11月30日,我院自主研制的冷坩埚玻璃固化实验装置完成24小时联动试验,成功产出440公斤模拟玻璃固化体。这意味着我国冷坩埚玻璃固化技术在固化工艺段,已经突破了搅拌、卸料、高频电源与冷坩埚的匹配、启动等诸多重大关键技术,标志着我国已经初步掌握冷坩埚玻璃固化技术。冷坩埚玻璃固化技术是目前国际上一种用于放射性废物处理的新型玻璃固化工艺技术,现已被列为核工业十大瓶颈技术之一。     

90－19／U模拟高放玻璃固化体的浸出特性评价

采用动态及静态浸泡法，研究了浸泡温度、流速和浸泡剂对模拟高放玻璃固化体９Ｏ－１９／Ｕ的浸出影响，对固化体的浸出特性进行了评价。实验发现，浸泡温度对浸出的影响十分明显；固化体的浸出随流速的增加而增加。实验结果表明，９Ｏ－１９／Ｕ模拟高放玻璃固化体是一种比较好的玻璃固化体形式。     

90—19／U模拟高放玻璃固化体的浸出特性评价

利用动态及静态浸泡法，研究了浸泡温度、流速和浸泡剂对模拟高放玻璃固化体９０－１９／Ｕ的浸出影响，对固化体的浸出特性进行了评价，实验发现，浸泡温度对浸出的影响十分明显；固化体的浸出随流速的增加而增加，实验结果表明，９０－１９／Ｕ模拟高放玻璃固化体是一种比较好的玻璃固化体形式。     

桶内搅拌水泥固化实验装置

本文描述了放射性废液水泥固化的中试实验装置和固化过程,给出了该装置较好的操作条件。它用模拟泥浆和浓缩液进行了一些有关该装置的性能实验,其结果表明,这个装置是可用的,由制得的固化体的物理性能令人满意。     

模拟不可燃放射性废物等离子体熔融处理试验研究

在自制的等离子体熔融试验台架上对玻璃纤维、混凝土、土壤的单体玻璃固化配方及三元混合废物玻璃固化配方开展等离子体熔融处理和同位素示踪实验。四种样品在1 100~1 300 ℃条件下熔融1 h均可得到玻璃固化体,经检测,玻璃固化体的密度、抗浸出性能以及机械性能均满足放射性废物玻璃固化体性能要求。示踪实验结果表明,等离子体熔融系统对示踪元素Co、Cs和Sr有较高截留率,且玻璃固化体对Co和Sr的固化能力较高、对Cs固化能力相对较低。在工程应用中,建议在熔融炉系统前端增设造粒等预处理系统,减少物料直接进入烟气净化系统的比例,以提高物料固化效率。     

模拟高放玻璃固化体的析晶行为

在高放废物玻璃熔制过程中,高放废物罐中心区域玻璃长时间处于高温状态,发生析晶现象。析晶增加了高放玻璃固化体的相界面,改变了其物理性质和化学性质。为了避免析晶的发生,必须研究高放玻璃固化体的析晶行为。本工作采用恒温热处理方式,研究模拟高放玻璃固化体的析晶行为。将模拟高放玻璃粉末分别在500、600、700、800、900℃下进行了0.5~96h的热处理。采用X射线衍射法(XRD)检测热处理后样品的结晶度和晶相。XRD测试结果表明:模拟高放玻璃固化体的最大结晶度析晶温度在700℃左右;热处理后产生了三类晶相辉石、斜长石和方铈矿,辉石出现在600~900℃,为主要晶相,方铈矿出现在700~900℃,斜长石只出现在700℃。     

高硅玻璃陶瓷对模拟高放废液中锕系核素的固化性能测试

为了提高玻璃固化体性能,将玻璃质的Si O2在1 200℃条件下烧结制备成高硅玻璃陶瓷固化体。测试结果表明:高硅玻璃陶瓷固化体的密度、包容量及浸出率等性能均优于硼硅酸盐玻璃固化体。     

日本建立高放废物安全试验装置

日本原子能研究所的东海研究所建造了一个废物安全试验装置(Waste Safety Te-sting Facility 简写为 WASTEF)。该装置于1981年建成,1982—1985年用模拟的高放废物进行试验,1986年后将对真实高放废物进行试验。建造这个装置的目的:试验玻璃固化,密封,玻璃固化产晶性能鉴定,α(辐照影响研究,玻璃固化体贮存和处置行为研     

模拟高放废物玻璃固化体冲击试验研究

本研究采用普通固体废物块冲击试验装置,对两种组分模拟高放废物玻璃固化体进行了冲击试验,研究了冲击能量、固化体组分对碎粒粒径分布的影响,估算了单位撞击能量所增加的表面积值,以建立玻璃固化体抗冲击性能的测试试验方法。     

模拟放射性含氟废液水泥固化配方的研究

本文以沸石、硅灰、石英砂为添加剂,按照质量比m（沸石）∶m(硅灰)∶m（石英砂）∶m（水泥）=1∶1∶3∶10配方对模拟放射性含氟废液进行水泥固化。由配方得到的水泥浆流动度和初、终凝时间满足桶内固化要求。测定了水泥固化体28 d的抗压强度、抗浸泡性和抗冻融性实验后的强度损失,进行了抗冲击性能测试和模拟核素浸出实验。结果表明,该配方可有效地固化模拟放射性含氟废液,固化体28 d抗压强度、各项实验强度损失和模拟核素浸出率均满足GB 14569.1-2011的要求。水泥固化体的F^-浸出率很低,XRD显示F^-以CaF₂形式存在。废液中F^-质量分数控制在1%较为合适,此时水泥固化体终凝时间为14 h,F^-的42 d浸出率为2.54×10^-3 cm/d。     

冷坩埚玻璃固化熔炉埚底的三维电磁分析

利用ANSYS有限元分析软件建模并分析了冷坩埚玻璃固化熔炉埚底结构以及埚底与感应线圈之间的距离对冷坩埚内电磁场分布的影响。计算结果表明,磁通密度、电流密度和焦耳热密度在玻璃熔体的表面中部区域最大,在中心和底部区域最低。对埚底进行分瓣有利于降低埚底的屏蔽效应,分为3瓣时,玻璃的发热量提高了12.7%。埚底与感应线圈距离在10~15 cm时,冷坩埚对玻璃物料的加热效率较高。     

冷坩埚技术处理动力堆乏燃料高放废液的应用前景分析北大核心CSCD

随着我国核电技术的发展,对动力堆乏燃料高放废液玻璃固化的需求变得越来越迫切。本文梳理了冷坩埚技术处理动力堆乏燃料高放废液的应用前景,针对冷坩埚在处理动力堆乏燃料高放废液方面的技术优势、设计优势以及工艺优势做出了详细阐述,并基于国外冷坩埚高放废液玻璃固化研究进展的分析,对冷坩埚技术未来发展提出了建议。     

冷坩埚玻璃固化启动过程数值分析

使用COMSOL有限元计算软件对熔池直径500 mm、高365 mm的电磁冷坩埚玻璃固化模型的启动过程进行了数值分析，研究了垂直方向环状启动加热块数量和位置分布对启动过程中加热速率、加热效率和温度分布的影响。计算结果表明，启动加热块距离坩埚底部250~300 mm时加热效率较高，增加垂直方向启动加热块的分布数量有利于在启动过程中加快升温速率、快速提高磁感应加热效率、加强玻璃熔体温度均匀程度和扩大玻璃熔体体积。     

基于ANSYS的冷坩埚感应线圈设计及电磁分析

冷坩埚玻璃固化技术是目前最新一代的高放废液玻璃固化工艺。感应线圈是冷坩埚熔炉的关键部件之一,其设计合理与否直接关系到冷坩埚能否顺利运行。目前世界各国的冷坩埚装置对感应线圈的截面形状、匝数、匝间距等参数采取过不同的设计,对这些设计参数进行计算分析对指导我国冷坩埚研制具有重要意义。本工作基于ANSYS软件对感应线圈的电磁场进行有限元分析,结果表明,加载高频交变电流的感应线圈的电磁场具有以下分布规律：高频电流表现出集肤效应和邻近效应,电流集中于线圈表面,电流密度峰值出现在线圈的最上端和最下端;磁通密度轴向分量（B_y）在径向上由线圈内边缘附近向线圈包围的中心区衰减,纵向上与电流密度的分布类似,B_y在线圈上下两端处出现峰值,在线圈高度覆盖的范围之外,磁通密度迅速衰减。本工作进一步结合法国阿海珐公司、美国爱达荷实验室和印度巴巴哈原子能中心的冷坩埚的感应线圈设计方式,建立了不同截面形状、匝数和匝间距的感应线圈模型,经过计算发现矩形截面线圈的磁场分布均匀性要优于圆形截面线圈;在感应线圈总高度相同的前提下,匝数的变化对线圈的磁场分布几乎没有影响;匝间距的增加会降低径向和纵向的磁通密度及其均匀性。综上,建议感应线圈采用密绕型矩形截面设计,匝间距设计为2.5~5 mm。     

放射性废物冷坩埚玻璃固化技术发展分析

冷坩埚技术作为第四代玻璃固化工艺,已成为最有应用前景的玻璃固化技术。本文阐述了冷坩埚技术的原理及应用特点,概述了国际冷坩埚玻璃固化技术研发现状,并对其涉及的关键技术进行了分析,在此基础上提出了我国发展冷坩埚技术的设想。     

Scintillating Glass, Fiber-Optic Plate Detectors for Active Target and Tracking Applications in High Energy Physics Experiments

We have studied the performance of scintillating glass fiber-optic plates using 10 GeV/c particles at the SLAC test beam. The plates were composed of: (1) Terbium activated cladded-glass cores in a matrix of 15 ?m spacing; and (2) Cerium activated cladded-glass cores in a matrix of variable spacing 6-10 ?m. The target plates were viewed with a three-stage, gatable image intensifier. Particle tracks and nuclear interactions were recorded on film for both materials. We observe 5 detected hits/mm for minimum ionizing particles for the Tb glass, and 1-2 hits/mm for the Ce glass. The test results indicate that scintillating glass fiber-optic plates can be used as high spatial resolution tracking detectors for both fixed target and colliding beam experiments.     

Initial dissolution rate of a Japanese simulated high-level waste glass P0798 as a function of pH and temperature measured by using micro-channel flow-through test method

Aqueous dissolution tests were performed for a Japanese type of simulated high-level waste (HLW) glass P0798 by using a newly developed test method of micro-channel flow-through (MCFT) method, and the initial dissolution rate of glass matrix, r ₀, was measured as a function of solution pH (3–11) and temperature (25–90°C) precisely and consistently for systematic evaluation of the dissolution kinetics. The MCFT method using a micro-channel reactor with a coupon shaped glass specimen has the following features to provide precise and consistent data on the glass dissolution rate: (1) any controlled constant solution condition can be provided over the test duration; (2) the glass surface area actually reacting with solution can be determined accurately; and (3) direct and totally quantitative analyses of the reacted glass surface can be performed for confirming consistency of the test results. The present test results indicated that the r ₀ shows a “V-shaped” pH dependence with a minimum at around pH 6 at 25°C, but it changes to a “U-shaped” one with a flat bottom at neutral pH at elevated temperatures of up to 90°C. The present results also indicated that the r ₀ increases with temperature according to an Arrhenius law at any pH, and the apparent activation energy evaluated from Arrhenius relation increases with pH from 54 kJ/mol at pH 3 to 76 kJ/mol at pH 10, which suggests that the dissolution mechanism changes depending on pH.     

不同玻璃制成的阻性板探测器性能研究

阻性板探测器(Resistive Plate Counter,RPC)以其高性能、低成本及可大面积制作等特点而被推荐作为在建的江门中微子实验(Jiangmen Underground Neutrino Observatory,JUNO)反符合探测器的方案之一。普通浮法玻璃制作的RPC在深地实验中存在易碎裂和易受潮腐蚀等问题,影响性能稳定性及寿命。利用不同性质的玻璃制作三块RPC,对这三种玻璃的特性研究发现,其具有很好的强度、耐酸碱腐蚀性以及较高的体电阻率;对三种RPC进行宇宙线探测性能测试并测量其在雪崩模式下的探测效率、单计数率和暗电流,测试结果表明,三种RPC探测效率在90%95%之间,具有良好的性能,高电阻使RPC需要较高的电压达到效率坪区,也使其适合低本底的实验。     

高硫高钠高放废液玻璃固化的配方验证

针对中核四川环保工程有限责任公司(SEPEC)的高放废液高硫高钠的特点,研制出废物包容量为16%(质量分数,下同)的玻璃固化配方。本验证实验研究重点是:验证此配方在改变废物包容量的情况下固化模拟高放废液时对硫的包容能力,以及产生的玻璃固化体的性能是否满足行业标准要求。验证实验中废物包容量分别为12%、13%、14%、15%、16%,玻璃熔制采用了搅拌和不搅拌两种方式。实验结果表明:在不搅拌条件下所熔制的玻璃对硫的包容能力较低,搅拌条件下所熔制的玻璃对硫的包容能力高,但两种条件制备的玻璃的28d总失重、元素归一化浸出率、密度、均匀性、析晶率均达到了我国行业标准的要求。