激光分离同位素的原理与进展

自从第一次提出用激光进行同位素分离的新方法以来,迄今已经有十年了.由于此法具有极高的选择性和较低的能量消耗等突出优点,因而获得极其迅速的发展.到目前为止,应用激光已成功地分离了氢、氧、氮、硼、碳、硅、氯、溴、硫、钠、钙、铝、钨、铷、锇、铀、钚、钛等同位素.而在上述诸同位素中,最为吸引人的是氢和铀的同位素--氘和铀235的分离,因为它与核能源的开发利用是密切相关的[1].近年来,这方面的研究有了令人兴奋的进展.本文就激光分离同位素的基本原理、方法和最近有关进展作一扼要介绍. 一、光谱中的同位素位移效应 与激光分离原理 …     

材料学科研究进展

1核材料 1.1铀表面改性的抗腐蚀性能研究 金属铀因其独特的核性能而具有广泛的用途，但由于其高化学活性而极易在许多环境介质中遭受腐蚀。因此，发展铀表面改性技术，研究镀层对铀抗腐蚀特性的影响备受关注。开展了铀表面脉冲电镀镍技术，磁近代溅射镀铝膜及铝／钛双重复合膜技术和铀表面激光快速熔凝技术研究，分析了镀层的组织结构，测试了镀层的腐蚀特性。研究发现脉冲电镀镍层在铀表面上连续、致密、覆盖完整、界面清晰，具有较好的保护性能铀、铝镀层、铝／钛复合镀层在50μg／g的Cl^-溶液中的腐蚀电位，铀表面铝镀层的腐蚀电位较铀的腐蚀电位低，可以提供牺牲性保护，但铝镀层表面存在微孔隙，会产生点蚀；钛镀层的腐蚀电位较铀高，表面仍然具有微孔隙，会产生点蚀；经过激光快速熔凝处理，铀的抗氧化能力明显增强。这些研究结果为优化铀表面防腐蚀镀层体系提供了技术基础。     

铀微粒样品源中总铀量的估计

本实验室拟采用ICP-MS与激光烧蚀进样系统相结合的技术进行粒子分析研究，实验中制备了铀微粒样品，为了保证实验室及环境的安全，需要知道制备的铀微粒样品量。本实验通过制备铀微粒样品，估算样品中的铀量，为将来开展钚粒子分析技术的实验安全提供数据。     

韩国核能力

根据公开资料分析，韩国政府曾在20世纪70年代组织开发过核武器，后迫于美国的压力而宣布终止。韩国在2004年被揭露出一系列核问题：（1）激光浓缩铀试验。韩国科学家在2000年实验采用原子气体激光同位素分离（AVLIS）技术，耗费3．5kg金属铀，最后共获得了0．2g平均浓度为10．2％的铀-235。试验生成的铀-235的最高浓缩度已达到77％，接近武器级水平。（2）钚分离试验。1982年4月至5月，几名韩国科学家从钚和铀裂变产物的溶液中提取了少量（毫克级）的钚。（3）化学铀浓缩试验。1979年至1981年，韩国科学家将0．7埏天然铀粉末浓缩为0．72％的铀-235。（4）金属铀提炼试验。1982年，韩国在一座未公开的设施上将UO2转换成UF4，而后在1982年5月至1984年11月，用UF4生产了大约150kg金属铀。这些核问题韩国都未按《全面保障监督协定》规定及时向IAEA申报。     

自辐射场下UO3分子光谱研究

铀原子和氧原子分别使用相对论有效原子实势（Relativistic Effective Core Potential）和6-311+G(d)基组，采用优选的密度泛函B3P86方法，研究了铀本身产生自辐射场（-0.005～0.005a.u.）作用下UO3基态分子的最高占据轨道（HOMO）能级EH、最低空轨道（LUMO）能级EL、能隙Eg、费米能级FL和谐振频率ν．结果表明：UO3分子在自辐射场中的谐振频率ν2(b1)、ν3(a1) 、ν4(a1) 和ν6(b2)与实验值151.5 cm-1、186.2 cm-1、745.7 cm-1和852.6cm-1基本吻合．EH随自辐射场的增加而减少，EL随自辐射场的增加而增大，Eg始终处于增大的趋势，费米能级FL上升，占据轨道的电子难以被激发至空轨道而形成激发态，UO3分子在自辐射场中更趋于稳定，可以阻止O2、H2等扩散到表面内层而腐蚀铀表面，有利于了铀在自辐射场中抗腐蚀．     

气体分子在δ-Pu表面吸附离解行为的第一原理研究

金属钚为重要的核材料,具有活泼的化学性质,很容易与环境中的氢、氧和水汽反应发生表面腐蚀。由于有关Pu金属表面性质以及气体分子与表面相互作用的理论研究公开报道较少,且不同作者的结果存在差别,我们使用广义梯度近似（GGA）方法结合平板周期模型对气体原子分子在δ-Pu表面上吸附行为进行了计算,对吸附方式、成键过程、电荷分布等方面进行了探讨。     

核科学百年讲座第三讲核 能与核武器

核能有两个最具影响的应用：一是它的和平利用——核电(第四讲介绍)，另一是它的军事应用——核武器．文章将介绍核能和核武器基本原理以及核燃料生产方法．首先简要介绍核裂变能与聚变能；然后比较详细地说明原子弹的基本原理，包括中子增殖、自持裂变链式反应条件、临界质量和两种形式原子弹的结构原理等，对于氢弹、中子弹的原理仅作简单介绍；最后，对核燃料的生产：铀同位素分离和钚—239的反应堆生产作了原理性的介绍。     

核武器的物理基础

 利用能自持进行的核裂变或核聚变反应释放的能量,产生爆炸作用并具有大规模杀伤破坏效应的武器,总称为核武器。其中,利用铀235或钚239等重原子核的裂变链式反应原理制成的武器,叫裂变武器,通常称为原子弹。利用重氢（（₁²）H,即氘）或超重氢（（₁³）H,即氚）等轻原子核的热核反应原理制成的武器,叫热核武器或聚变武器,通常称为氢弹。以高能中子辐射为主要杀伤因素的低当量小型氢弹,称为中子弹。 一、原子弹 铀235、钚239这类重原子核在中子轰击下,会分裂为两个中等质量数的核（称为裂变碎片）,同时放出2-3个中子和约2.9×10^-11J的核能。     

宇宙射线μ子辐射成像与反恐

美国洛斯阿拉莫斯国家实验室的科学家,在2003年3月Nature登载的一篇题为《宇宙射线μ子辐射成像》（Radiographic Imaging with Cosmic-ray Muons）的简讯中宣称,模拟和实验研究表明,作为天然本底的宇宙射线μ子可用于探测隐藏在集装箱中的核材料,立刻引起世界上许多研究者的兴趣。因为从已知的核材料走私事件和学者的分析来看,恐怖主义者购买或制造核武器进行核恐怖袭击是完全可能的,而且不容忽视。铀和钚是核武器的原料,理论上讲,4千克钚就可制成原子弹,     

Y（Fe，Si）12化合物结构与磁性的第一原理计算

R（Fe，Si）12（R=Y，Nd）型稀土永磁材料具用重要的实际应用价值，然而对于V（Fe，Si）12化合物微观机理的理论计算工作至今尚未开展。采用新近发展的全势能线性缀加平面波（（L）APW）＋局域轨道（10）和广义梯度近似（GGA）密度泛函方法对其结构与磁性进行了研究。     

自辐射场下CUO分子光谱研究

铀原子和碳、氧原子分别使用相对论有效原子实势（Relativistic Effective Core Potential）和6-311+G(d)基组,采用优选的密度泛函B3P86方法,研究了铀本身产生自辐射场（-0.005～0.005a.u.）作用下CUO基态分子的能隙Eg和谐振频率ν.结果表明：CUO分子在自辐射场中反对称伸缩振动频率ν3(σg)和对称伸缩振动频率ν1(σg)与实验值852.6 cm-1、804.4cm-1基本吻合. Eg始终处于增大的趋势,占据轨道的电子难以被激发至空轨道而形成激发态,CUO分子在自辐射场中更趋于稳定,可以阻止O2、CO2等扩散到表面内层而腐蚀铀表面,有利于了铀在自辐射场中抗腐蚀．     

铀表面铝镀层热应力分布

铀是非常活泼的金属，在大气环境中很容易发生腐蚀，通过磁控溅射方法，在铀表面镀铝可以对铀起到很好的防腐蚀效果，但经过磁控溅射以后，薄膜内会产：生应力，从而影响了铀表面铝镀层的结合强度及使用性能。一般认为，薄膜内的应力来源于两个方面：一是热应力，二是生长应力。热应力是由于薄膜与基体热膨胀系数不同经温度变化引起的，而生长应力则来自于薄膜与基体物理性质的不同，以及薄膜中的结构缺陷。对于一种确定结构的膜基体系，生长应力比较固定，而热应力却可以通过磁控溅射工艺进行一定的调整。文中采用热弹塑性有限元分析方法，对铀表面磁控溅射沉积铝镀层的热应力分布进行了研究。     

铀铌合金热氧化过程的AES研究

在超高真空下，室温下，通入高纯O2，清洁铀铌合金表面就会吸附O2，并解离与表面铀原子结合生成UO2，与表面铌原子结合生成NbO，继续氧化成为Nb2O5；但在高温(673K)时，反应情况截然不同，在氧化过程中，表面上的Nb基本保持为金属态的Nb，U也不能完全氧化为UO2。利用AES研究真空热处理对铀铌合金表面层的影响，将有助进一步丰富铀铌合金的氧化腐蚀机理。     

液体基底表面金薄膜中的有序结构和自组装现象

研究了沉积在液体基底（硅油）表面金薄膜中的带状有序结构和自组装现象.实验结果表明：在一定条件下，生长在硅油表面的金薄膜中可形成一种特征的有序结构，它是由近似矩形状的畴块拼接而成的；相邻畴块的长度近似相等，但宽度一般不同，因而具有特征长度为101—102μm数量级的准周期结构.进一步的实验发现：此类带状有序结构是由薄膜中特征内应力所引起的物质相互挤压而形成的.另外，对此类具有近似自由支撑边界条件的薄膜中的内应力形成机理进行了研究. 关键词： 薄膜 有序结构 内应力 自组装     

化学与化工学科研究进展

化学与化工学科是我院的主体学科之一，其内容主要涉及核化学与核化工、含能材料化学、有机化学与高分子化学、电化学和环境化学与环境工程等领域。核化学与核化工领域主要包括放射化学、氢同位素化学与氚工艺、铀（钚）化学及其与核能释放相关的材料化学。含能材料化学主要涉及炸药的设计、合成、加工号『生能研究。有机化学与高分子化学主要开展激光聚变靶材料的制备、性能检测与应用研究，还包括武器用结构材料的结构与性能研究。电化学主要开展长寿命热电池的应用研究。在环境化学与环境工程领域，主要涉及环境监测与评价、“三废”处理技术以及核设施退役技术的研究与应用。     

金属铀氧化的拉曼光谱和原子力显微镜在线研究

从分子结构的角度认识铀在环境气氛中的氧化腐蚀规律，是研究铀部件贮存性能的重要内容。文中采用激光显微拉曼光谱及原子力显微镜，首次分别研究了铀在大气环境、干燥空气和饱和水汽下，在20-400℃的温度范围内样品显微形貌和氧化产物的变化。     

基于波移光纤及硅光电倍增管的钚气溶胶测量系统北大核心CSCD

钚气溶胶测量是进行钚材料相关实验研究的基础。为了确保辐射安全,常需将钚材料密封于密闭容器内以实现对钚气溶胶的包容,商用钚气溶胶监测设备由于难以放入含钚密闭容器而不适用于该应用场景下钚气溶胶浓度的监测。使用ZnS(Ag)闪烁体作为辐射灵敏材料放置于含钚密闭容器内,通过波移光纤将闪烁体信号引出密闭容器,并通过硅光电倍增管实现对闪烁体信号的采集,使用该技术路线建立的钚气溶胶测量系统能够用于密闭容器内钚气溶胶的测量。该测量系统可根据具体需求实现对探测器尺寸、形状的定制,具有功耗低,结构相对简单等优点,实现了密闭容器内钚气溶胶的远程就地测量,具备n/γ混合辐射场下α粒子甄别测量能力。     

FLAPW方法研究δ-钚(001)面的性质

采用 FLAPW(全势线性缀加平面波)方法,在广义梯度近似(GGA)、反铁磁(AFM)下研究了δ-钚(001)面的性质.计算得到的表面能系数和功函数分别为0.08 eV/(A)2和3.15 eV,接近其近邻元素α-铀的实验值(0.094 eV/(A)2和3.4～3.9 eV).与体相原子相比,表层原子由于近邻原子数目的减少,5f-5f和5f-6d轨道波函数重叠、杂化几率降低,5f电子定域化特性增强,局部磁矩增大.表层原子向内收缩2.70%,然而,由于表面弛豫能很小,δ-钚(001)面相当稳定.     

TMSR白光中子源关键核数据实验进展

钍铀燃料循环核数据的精度和可靠性直接关系着钍基熔盐堆的安全性和经济性。目前大多数核数据都是基于铀钚燃料循环进行开发，若直接用在钍基熔盐堆上将会出现核设计不确定度较高的问题。为了提高钍基熔盐堆物理设计所需核数据的适用性，中国科学院上海应用物理研究所自行设计并建造了紧凑型的15 MeV电子加速器驱动的白光中子源(Photoneutron Source，PNS)，用于开展钍铀燃料循环核数据的实验测量。该装置已通过技术验收，并进行了一系列关键核素的核数据测量，检验了现用核数据的可靠性，为相关核素的核数据评价与改进提供了基础实验数据。     

提高铀质谱分析灵敏度的一种方法研究

在质谱分析中，磷酸作为电离增强剂在分析锂、铅、钡等元素时经常使用，而对于铀质谱分析使用磷酸作为电离增强剂则未见报道。初步研究了磷酸在铀质谱分析中的铀离子产额，发现使用磷酸可以提高铀质谱分析灵敏度达到4．5倍。