钛-氚反应特性研究 BR>script

针对氚化钛后处理过程中的技术要求,在金属氢化物热力学及动力学参数测试系统上测定了氚化钛在恒容系统和350~550℃范围内热解吸反应的p-t曲线,并应用反应速率分析方法计算了其在不同温度下的速率常数,得到氚化钛热解吸反应的表观活化能Ea为(62.1±1.6)kJ/mol。     

钛膜表面氧气氧化层研究

研究了钼基钛膜表面氧气氧化工艺;用XRD分析了氧气氢化层的物相,其物相随氧化条件而异,含有Ti、TiO2、TiO、Ti2O、Ti3O和Ti6O等多种物相;用XPS研究了氧气氧化层钛的主要价态,其主要价态为 4、 3和 2价;用AES深度剖析研究了氧气氧化层的厚度,并研究了温度、氧气压力和时间对氧气氧化层厚度影响的规律;所有氧气氧化层均不与腐蚀介质发生作用,证明了该氧化层致密连续.     

氘/氚化铀热解吸的动力学同位素效应

在高真空金属系统上测定了氘/氚化铀在恒容体系和225～400℃范围内热解吸的压力-时间等温线,应用反应速率分析方法计算了各自在不同温度下的速率常数。随着温度的升高,热解吸反应的速率增大,反应的平衡压随之增高。由速率常数计算得到氘/氚化铀热解吸的表观活化能分别为(26.3±0.4)kJ/mol和(27.7±0.6)kJ/mol。活化能数据显示,氘/氚化铀热解吸反应的动力学同位素效应不明显。     

氚在真空贮存容器材料中的吸附和渗透行为

研究了贮存氚靶约4 a和20 a的两个316 L不锈钢真空贮存容器(以下简称贮存容器)及其垫片材料对氚的吸附行为,并对氚在贮存容器材料中的渗透速率进行了测量和分析。结果表明,贮存容器外表面氚污染为几十Bq/cm2,不锈钢与陶瓷中吸附的氚活度均为106Bq/g;热解吸至1 273 K过程中,材料中99%的氚释放出来;在解吸出的氚中,陶瓷中的HTO比例高于不锈钢;贮存温度对氚靶贮存容器的渗氚速率有较大影响,夏季约为冬季的4倍。上述结果提示,氚在贮存容器材料内表面吸附后,一部分会向晶格扩散并滞留下来;另一部分则透过材料向外环境渗透,其中温度是影响氚向外环境渗透的主要因素之一。     

含氦纳米晶钛膜的PBS和XRD研究

为研究不同晶粒尺寸纳米钛膜的储氦行为,在He-Ar混合气体下,用磁控溅射方法沉积纳米晶钛膜,利用PBS(proton backscattering)、XRD(X-ray diffraction)对膜的氦含量和微观结构及晶粒大小进行了研究.结果表明:在其它实验参数不变的情况下,当沉积温度从60℃升至350℃时得到均匀分布的含氦量(指原子百分比)从38.6%逐渐降至9.2%的钛膜,其平均晶粒由13.1 nm增加到44.2 nm;当He/Ar分压比分别为6、10、15、19时得到均匀分布的含氦量分别为17.6%、47.2%、48.3%和38.6%的钛膜.He的引入引起(002)晶面衍射峰向小角度移动,但(100)晶面衍射峰不变,即晶胞参数c增加,a不变化;随膜中He含量的增加,衍射峰展宽,晶粒变小,显示出氦的掺入有抑制纳米晶粒长大的趋势.     

铀吸氘和氚的动力学同位素效应

应用反应速率分析方法,在高真空金属系统中测定了金属铀在恒容体系和150～300℃范围内吸收氘和氚的p-t曲线。由p-t曲线可知,在同一温度下,铀吸氚的速率与铀吸氘的速率基本相同;而随着温度的升高,由于解吸逆反应的影响,铀吸氚(氘)的反应速率降低。根据p-t曲线计算了吸气反应在不同温度的速率常数,得到铀吸氘和氚的表观活化能分别为(-42.8±0.3)和(-43.2±1.2)kJ·mol-1。从活化能数据可以看出,铀吸氘和氚的反应动力学同位素效应不明显。     

高压氘氚气氛下铜对氚的吸附

为了解氚在铜表面的吸附和解吸行为，对铜样品在n（D）∶n（T）=1∶1，503 K时，15 MPa下恒温8 h后，再在27 MPa恒温6 h下进行了氚的吸附，并对吸附氚的铜样品在室温下和加热到1 173 K时的解吸氚量和吸附总氚量进行了测量。结果表明，铜的吸附总氚量为31.89 MBq/cm²,解吸氚量为29.18 MBq/cm²，测量的标准差为6.49％；室温和加热条件下铜所释放的氚中，化学成分主要是HTO和HT，大部分以HT形式存在；铜的自由氚量占吸附总氚量的3.64 ％；铜的热解吸谱至少存在3个解吸峰，其解吸温度分别为650，750和1 173 K以上。     

氧化层对钛吸附与解吸氘的动力学影响研究(Ⅱ)--氧化层对氘化钛热解吸动力学的影响

测定了3种不同氧化层厚度的氘化钛在873～1073K范围内的热解吸反应速率常数,得到673K下氧化5、2h的氘化钛和未经氧化处理的氘化钛热解吸氘的活化能分别为(29.0±1.0)、(27.6±1.0)和(24.9±1.4)kJ/mol。实验表明:氘化钛表面氧化层具有阻氘性能,氘化钛表面氧化层越厚,表观活化能越大。     

Al/Zr-V/Mo多层膜的吸氘性能研究

对Al/Zr V/Mo多层膜的吸氘性能进行了实验研究。铝膜仅在320 ℃有单一的除气峰,Zr V膜的除气峰有2个,分别为220和350 ℃。当铝层平均厚度小于 0 6μm时,Al/Zr V多层膜的除气峰类似于Zr V膜;大于0 6μm时,类似于铝膜。多层膜的吸氘量随铝膜的厚度增加逐步减小,直至铝膜的平均厚度为0 7μm后,吸氘量不再有大的变化,但有小幅波动。由于 Al膜在除气中有不同程度的破坏,当铝膜平均厚度小于0 6μm时,多层膜的吸氘速率变化行为类似于 Zr V膜;当铝膜厚度大于 0 6μm时,多层膜的吸氘速率受铝膜厚度的影响不大。     

表面有阳极氧化层的钛吸氘动力学

应用反应速率分析方法,测定了钛片和表面有阳极氧化层的钛片在恒容体系和475～680℃下的吸氘反应速率常数,得到钛片和有阳极氧化层的钛片吸氘的活化能分别为112±2kJ/mol和187±3 kJ/mol;钛表面氧化层越厚,表观活化能越大;实验证明氧化层具有阻氘性能.