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。      

氚在RAFM钢表面的吸附研究

采用气相吸附法研究了室温下RAFM钢表面对氚的吸附与释放行为，并使用316L钢、1Cr18Ni9Ti钢进行了对照实验。结果表明，RAFM钢表面的氚吸附与释放性质与316L钢、1Cr18Ni9Ti钢的非常相似，相同表面状态的样品，在相同实验条件下的吸附氚量相差不超过50%。可推测，未经深度除水处理的RAFM钢暴露于氚后，表面会形成富氚层，浓度远高于基体溶解氚，厚度不大于10 μm。表面氚的形态以化学吸附和物理吸附的氚化水为主，约占90%以上。室温下RAFM钢表面吸附的氚在干燥气氛中的释放非常缓慢，但遇水会因氚-水间的同位素交换而加速释放。     

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。     

氘、氚在RAFM钢中的扩散渗透研究

采用气相渗透方法,对国产低活化铁素体/马氏体钢(RAFM钢)之一的中国低活化马氏体钢(CLAM钢)进行了氘(D)、氚(T)渗透实验,得出了573~873 K间,氘在CLAM钢中的渗透率ΦD=3.41×10~(-8)exp(-39181/(RT))(mol/(m·s·Pa0.5)),扩散系数DD=1.43×10~(-7)exp(-22110/(RT))(m2/s),溶解度常数SD=2.38×10~(-1)exp(~(-1)7071/(RT))(mol/(m~3·Pa0.5))。在573~823 K间,氚在CLAM钢中的渗透率为ΦT=2.50×10~(-8)exp(-38493/(RT))(mol/(m·s·Pa0.5)),并根据渗透的同位素效应比值,推导出氚在CLAM钢中的扩散系数DT=1.95×10~(-7)exp(-22797/(RT))(m~2/s),溶解度常数ST=1.28×10~(-1)exp(~(-1)5696/(RT))(mol/(m3·Pa0.5))。实验还发现,风冷降温使钢的氘渗透通量出现先升后降的异常现象,其产生的机制及其对工程应用的影响有待进一步研究。