氢和氘在FLiNaK熔盐中的渗透扩散行为

利用氢同位素在熔盐中的扩散渗透特性测试系统,本研究对FLiNaK熔盐中氢和氘的渗透扩散行为进行了研究。首先,通过对比分析熔盐侧充氢和金属侧充氢的实验结果,发现通过熔盐侧充氢的实验可更准确地反映FLiNaK熔盐中氢的渗透扩散行为及其性质。其次,通过熔盐侧充氢实验,获得了550-700°C时FLiNaK熔盐中氢的扩散系数与溶解度常数,两者可分别表述为:D_(H_2)=1.62×10~(-5)exp(-48.20×10~3/RgT)m~2·s~(-1)和K_(H_2)=6.18×10~(-5)exp(-11.14×10~3/RgT)mol·m~(-3)·Pa~(-1)。最后,通过对比分析金属侧充氢和金属侧充氘的实验结果,发现同位素效应并不影响FLiNaK熔盐中氢的渗透扩散行为及其性质的研究,从而为氢和氘代替氚进行FLiNaK熔盐中氚行为性质的研究提供实验基础。     

氚在RAFM钢中的渗透

采用气相渗透方法，开展了国产低活化铁素体/马氏体钢（RAFM钢?）之一的CLAM钢的氚渗透实验，研究了影响渗透的关键因素，建立了可靠的实验方法。在573~823?K温度范围内，得出氚的渗透率F_T为2.57×10-8exp(-38639/RT)，氚溶解度S_T为2.2×10-1exp(-38639/RT)，扩散系数D_T?为1.17×10-7exp(-22011/RT)。另外，氘氚混合渗透时存在明显的正同位素效应，在实验温度范围内，推导得出的氘氚渗透分离系数α_DT为1.42，氕氚渗透分离系数α_HT为3.76。      

CLAM钢中氕氘的渗透与去除

低活化铁素体/马氏体钢（RAFM钢）是聚变堆产氚包层的优选结构材料。氢同位素在结构材料中的扩散渗透特性关系到产氚回收率、燃料循环及运行安全。本工作对国内研发RAFM钢之一的CLAM钢进行了气体驱动的氘渗透实验，得到573～873 K温度范围内氘的宏观溶解度S（mol/(m³•Pa^0.5)）为0.264exp(-22 447/RT)，扩散系数D（m²/s）为1.38×10^-7exp(-17 271/RT)，渗透率Φ（mol/(m•s•Pa^0.5)）为3.64×10^-8exp(-39 718/RT)。还进行了氕氘气体混合物的渗透实验，确认了渗透同位素效应；探索了钢中溶解氘的真空热释放去除。     

锂陶瓷γ—LiAlO2放氚行为研究

采用堆外实验来研究γ－LiAlO2增殖剂的放氚行为。根据测得的γ－LiAlO2的放氚曲线，确定了748～873K范围内氚在γ－LiAlO2中的扩散系数常数D0＝（1．39±0．10）×10(-9)m2·S(-1)，活化能Q＝（145±3）kJ·mol(-1)。     

高温下GH3535合金中的氢同位素扩散渗透效应分析

Flibe具有熔点低、中子性能好、沸点高等特点,是未来大型氟盐冷却高温堆的主要候选氟盐冷却剂之一,在堆芯中与中子相互作用后会导致一定量的副产物氚产生。根据哈氏N合金的成分,钍基熔盐堆核能系统(TMSR)发展了GH3535合金,作为未来大型熔盐堆的主要候选结构材料。本实验中采用GH3535合金为试样,通过使用压力差驱动原理搭建的氢同位素扩散渗透装置,试验测得了400~800℃的温度下氢气、氘气在该合金中的渗透系数、扩散系数、Sieverts常数等主要参数。实验结果表明,氢气与氘气在GH3535合金中的扩散渗透机理均属于基体扩散控制过程,扩散渗透过程中氢气、氘气的主要参数与相应温度关系均符合阿累尼乌斯公式。对于不同质量数的氢同位素原子,拟合后渗透系数和扩散系数的指前因子之比分别为1.4:1和1.2:1,扩散和渗透过程中的激活能也非常接近,符合经典扩散理论的同位素效应,可以估算得到氚在GH3535合金中扩散渗透时的主要参数大约为氢的1/3(1/2),并可能用于氚在熔盐堆中的分布计算。     

氢同位素在一些材料中的溶解度系数、扩散系数和渗透率

研究了氚在金属材料、陶瓷材料、玻璃、弹性材料和聚合材料中的溶解度系数、扩散系数和渗透率;介绍了国外一些作者关于氢同位素在一些材料中的溶解度系数、扩散系数和渗透率及这些参数随温度变化的经验公式;论述了氚在金属材料、陶瓷材料和玻璃中的扩散渗透机理;总结了氚和氢在316L不锈钢中的扩散系数和渗透率。     

氢同位素在一些材料中的溶解度系数、扩散系数和渗透率

研究了氚在金属材料、陶瓷材料、玻璃、弹性材料和聚合材料中的溶解度系数、扩散系数和渗透率;介绍了国外一些作者关于氢同位素在一些材料中的溶解度系数、扩散系数和渗透率及这些参数随温度变化的经验公式;论述了氚在金属材料、陶瓷材料和玻璃中的扩散渗透视理;总结了氚和氢在316L不锈钢中的扩散系数和渗透率。     

氚在Li-Al合金中的扩散

【荷兰《核材料杂志》1983年第116卷第2-3期第141页报道】日本原子能研究所测定了氚在 Li-Al合金中的扩散系数。发现在铝中添加0.02%的锂以后,氚的扩散系数变为 D=8.5×10~(-5)exp[-43.9±14.8(千焦/摩)/RT](厘米~2/秒)该值比氚在纯铝中的扩散系数低一个数量级。进一步增加锂含量,会进一步降低氚的扩散系数。原因是氚与锂发生化学反应而被束缚。     

氟盐冷却高温堆氚输运特性数值研究

氚的控制是限制氟盐冷却高温堆（FHR）发展的关键问题，欲实现氚的有效控制，首先需明确氚在熔盐堆一回路中的输运行为。本文阐明了氚在熔盐堆一回路中的输运特性，包括氚的产生及存在形态的分化、石墨对氚的吸附、氚在熔盐中的溶解与扩散以及氚在管壁材料中的渗透等。针对氚在熔盐堆一回路中的输运行为，建立了数学物理模型，基于FORTRAN语言开发了适用于FHR的氚输运特性分析程序TAPAS。通过将实验数据与程序计算结果对比，说明了TAPAS程序计算的合理性和准确性。利用TAPAS对模块化移动式氟盐冷却高温堆（TFHR）中氚的输运特性进行了分析。计算表明，TFHR的初始产氚率约为5.54×10^-8 mol/s，一回路中的氚主要以T₂形式存在，腐蚀反应主要发生在热管段入口处。反应堆运行25 EFPD（等效满功率天）后，石墨吸附氚达到限值。反应堆稳态运行时，T₂向管壁表面的渗透速率可视为常数，其值为8.35 μmol/EFPD。本研究可为FHR的研究设计和辐射防护提供参考。     

二氧化铀表面扩散研究

本文用示踪原子法测得了高于1915℃的二氧化铀表面扩散系数。在数学模型中,考虑了体扩散和气相扩散效应。在1760—2110℃间UO_2的表面扩散系数可以表示为D_(?)=1.41×10~8exp(-123.6/RT)cm~2/s。关于气氛分子对二氧化铀表面扩散的影响作了实验和理论的探讨。结果表明UO_2的表面扩散系数随气氛分子质量的平方根线性减少。在1811—1818℃间可以表示为D_(?)=-9.86×10~(-7) M~(1/2) 2.05×10~(-5)cm~2/s。这可能与气氛分子对扩散表面的无规则碰撞所造成的扩散阻力有关。