抗等离子体辐照的防氚渗透材料的研究

本文研究了氚在经能量为１ｋｅＶ和２８ｋｅＶＨ＋离子辐照的３１６Ｌ不锈钢中，及其ＴｉＣ和ＴｉＮ＋ＴｉＣ表面镀层材料中的扩散渗透行为。结果表明，３１６Ｌ不锈钢表面经１ｋｅＶＨ＋离子辐照后，在３５２ｏＣ下氚在其中的渗透率比在有天然氧化膜的３１６Ｌ不锈钢中的渗透率高２４７倍，但只为表面镀钯的３１６Ｌ不锈钢中的渗透率的１／１．６５。３１６Ｌ不锈钢表面镀２—５μｍＴｉＣ，并经化学热处理在ＴｉＣ中生成防氚渗透阻挡层后，在下游面用１ｋｅＶ能量的Ｈ＋离子辐照，在３５９ｏＣ下氚在镀膜中的渗透率比没受辐照的样品的低５５．７％。在３１６Ｌ不锈钢表面镀有ＴｉＮ＋ＴｉＣ的材料中，其涂层的下游面用能量为２８ｋｅＶ的Ｈ＋离子辐照后，在３２６ｏＣ下氚在其中的渗透率比没受辐照的高了２倍。     

用SiC薄膜作防氚渗透阻挡层的研究

采用分步偏压辅助射频溅射法在316L不锈钢表面制备SiC薄膜，作为聚变堆第一壁及包层结构材料的氚渗透阻挡层，扫描电镜观察表明，制备的膜致密，均匀，且与基体结合牢固。X射线衍射分析表明，膜具有（111）面择优取向的β-SiC微晶结构。傅里叶变换红外光谱分析发现，对应于β-SiC的Si-C键存在伸缩振动吸收峰，采用中间复合过渡层技术，可以提高SiC膜与不锈钢基体的结合强度。测量了500℃时带有SiC膜的316L不锈钢的氚渗透率，与表面镀钯膜的316L相比，氚渗透率减低因子（PRF）值达到10^4以上，溅射时衬底偏压和射频功率要影响膜的结构，从而影响PRF值，根据分析结果，从不同的膜制备工艺中初步筛选出了合适工艺。     

“氚坑深度”和“氚坑时间”

裂变堆中的氙-135中毒效应是由于裂变产生的碘-135经由β衰变产生氙。135，后者吸收中子的截面很大，如停堆时剩余反应性不够，就要经过一段“碘坑时间”才能恢复到原来停堆前的反应性后才正常工作起来。与此类似却有所不同的一个全新的概念，“氚坑深度”和“氚坑时间”首次被我们引入到聚变堆研究领域，它表明为了实现“得失相当”，起动一个聚变堆所要求的最少氚储备和运行时间。“氚坑深度”和“氚坑时间”与具体的氚回收方案、提取氚的工艺过程、堆部件材料中的氚扣留量、增殖剂中不可回收的氚份额、泄漏到堆大厅的包容惰性气体氦中的份额以及氚自然衰变等等有关。     

聚变裂变混合堆的氚工艺和氚增殖剂研究

本文简要介绍聚变堆氚工艺和氚增殖剂研究的现状和我所在混合堆氚增殖剂和氚工艺研究中取得的成果，并对一领域的继续发展提出了一些建议。     

锆钴氢化物中氢氚的互排代研究

研究了一维排代条件下,ＺｒＣｏ－Ｈ体系上气－固间氢氚的互相排代特性,实验结果表明,氢氚间可以互相排代,影响排代效果的主要因素有：固相表面积、温度和气相流速。在粉化较好的ＺｒＣｏ颗粒（≥４８目）和较高的温度下（～８５℃）,气相流速提高到１．３ＮＬ／ｃｍ＾２ｍｉｎ还具有较理想的排代效果。氚丰度的流出曲线可以用塔板理论描述,且具有较小的塔板高度。     

FEB—E氚泄漏分析

由于氚本身非常昂贵而且氚的泄漏将造成环境污染,因此氚的控制对D－T加料的聚变堆来说是非常重要的问题。通常规定聚变堆环境周围总的氚泄漏率应＜3．7×10^11Bq·d^-1。在聚变实验增殖堆FEB－E设计中采用高压氦气冷却,液态锂作氚增殖剂,因而氚与增殖材料之间具有强的化学亲合力。在正常工作条件下,即温度低于680℃,由于氚的气相分压强很低,氚渗透泄漏几乎可以忽略不计,所以从包层泄漏极少。但是由于FEB－E氚燃耗率太低（2.08%),因而氚的通过量较大,氚泄漏主要发生在以下过程：从等离子体抽出气体的氚处理系统中（氢同位素低温分馏系统）漏失;氚从第一壁、偏滤器靶板渗透到氦气冷却剂,再由冷却剂工作流质的漏失导致氚的泄漏;氚植入和渗透到第一壁和偏滤器靶板材料及冷却剂管道内,再由这些部件的材料损坏、更换和报废过程中引起的氚漏失;从液态锂中提取氚的过程中氚增殖剂本身的直接损失引起的氚漏失;从等离子体加料系统（弹丸制作过程）的氚漏失。本文运用SWITRIM编码和Sieverts'定律,从氚在液态锂中的浓度以及溶解率常数随温度的变化关系中得到液态锂中氚的分压、再由氚压强的平方根（或一次幂）差定律计算氚向氦冷却剂中的泄漏,再假设一定的工作流失损失率,对FEB－E氚系统的氚泄漏进行分析,为环境安全评估提供必要的数据。在事故状态下的氚泄漏主要考虑当包层温度失控时氚从液态锂中析出向冷却剂渗透,再由于冷却剂工作流质的漏失导致氚的泄漏。     

基于X射线光谱测定法分析氚深度的模拟研究

氚是一种重要的聚变材料,在军事和民用方面都有广泛的用途,氚在薄膜靶中的浓度和深度研究是一项重要的课题.文章建立了氚β射线诱发X射线光谱的模拟方法,分析了氚β射线诱发X射线光谱与氚的浓度和深度分布的关系,研究表明氚在薄膜靶中浓度和深度分布与测定光谱存在对应关系,这为利用X光谱反解氚含最和深度分布奠定了基础.     

LiAlO_2陶瓷小球的堆外放氚行为

将LiAlO2陶瓷小球置于裂变反应堆中辐照,采用热解吸技术研究该类产氚材料的堆外放氚特性,考察了升温速率、载气组分、催化活性元素和提氚温度对氚释放行为的影响;采用电子自旋磁共振(ESR)实验技术研究了辐照缺陷的顺磁特征。结果表明:LiAlO2中氚的扩散速度慢,热解吸活化能高,氚释放主要分布在750~1000K;表面氢同位素交换反应贡献大,释氚形态受载气条件的影响较大,当氦气中添加H2时,会增大HTO转化成HT的比例;中子辐照会在LiAlO2中诱生F+,O-和O2-等缺陷色心,其退火湮灭行为与氚释放过程存在一定关系。     

用LB膜技术组装α—Fe2O3超微粒的研究

用超声分散的方法将α－Ｆｅ２Ｏ３超微粒分子用于硬脂酸／正己烷／氯仿溶液中，用ＬＢ膜进行有序组装。结果显示：α－Ｆｅ２Ｏ３超微粒能均匀地分散在有机溶剂中，α－Ｆｅ２Ｏ３超微粒／硬脂酸单分子膜的成膜性能良好，复合膜中的α－Ｆｅ２Ｏ３超微粒有一定的有序性，α－Ｆｅ２Ｏ３超微粒硬脂酸复合ＬＢ膜具有层状结构。     

氚β射线驱动的荧光灯

采用了放射性同位素氚在衰变过程中放射出β粒子激活发光材料发光的原理。因β粒子平均自由程只有4.3 mm,灯型选择直径应在4~8 mm之间。通过实验比对,确定常用的发光材料为:发红光材料硫氧钇 : 铕(Y₂O₂S : Eu);发绿光的发光材料硫化锌 : 铜,铝(ZnS : Cu,Al);发蓝光的发光材料硫化锌 : 银(ZnS : Ag)。经过测试选择发光材料的最佳平均粒度:硫氧钇铕4.6 μm;硫化锌铜铝5.3 μm;硫化锌银5.4 μm。同时探讨了涂屏方法和充氚排气工艺。对制作的氚灯进行了光亮度测试。最后给出了氚灯的使用与保存方法。     

＂Tritium Well Depth＂ and ＂Tritium Well Time＂

Somewhat similar to, but quite different from the xenon-135 poisoning effects resulted from fission produced iodine-135 via β-decay during restart-up process of a fission reactor, a complete new concept of ＂tritium well depth and tritium well time＂ is first time introduced in fusion research area by authors. It shows the least required amount of tritium storage is to start up a fusion reactor ,and the least operating time for achieving the ＂tritium break even＂ during the initial start-up phase due to the finite tritium breeding time. The tritium well depth and tritium well time depend on the tritium recovery scheme and extraction process, the tritium retention of reactor components,     

FEB聚变实验增殖堆氚投料量及氚回收的研究

运用三维ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏ程序ＭＯＲＳＥ＿ＣＧＴ，计算了变实验增堆ＦＥＢ满功率运行１０ｄ后外侧包层各区中的氚浓度、运行１天后的内侧包层各区中的氚浓度及运行１ＦＰＹ后Ｂｅ球中的氚投料量，设计了ＦＥＢ堆现场氚的分布流程图。采用组合于燃料净化系统和低温分馏法从等离子体排出气体中回收氚，讨论了从液态锂中回收氚的几种方案用于ＦＥＢ的可行性。     

FEB—E氚循环系统的计算机模拟

对聚变实验增殖堆（ＦＥＢ）工程概要设计的氚燃料循环构造了一个动态子系统模型，研制了模拟氚燃料循环系统的计算机程序ＳＷＩＴＲＩＭ，计算运行一年后１０个子系统中的氚投料量和整个推系统总的氚投料量，这对预示起动一个聚变热功率的１５０ＭＷ量级的实验增殖堆所需的最少初始氚投料量有参考价值，计算结果表明，要求的最少初氚贮备量除了与燃料气体净化系统和同位互分离系统中氚的平均逗留时间有关外，还与包层液态锂中提取氚     

球环型产氚聚变堆中子学分析

对球环型产氚聚变堆概念设计中的中子学设计进行了计算分析。此设计利用了球形环的先进等离子体物理性能和紧凑的结构特征,并尽量利用真空室内的空间安置氚生产包层以减少氚泄漏而提高氚增殖率,达到年产氚量1kg的目标。2D中子学计算得到的氚增殖率高于1．68的设计是其它类似设计没有达到的,进一步体现出球环型产氚聚变堆的先进性。     

SWITRIM��������ƺ�ʹ�øſ�

研制出了用于计算氚投料量在FEB聚变堆各个子系统中的分布及其随时间变化的数值模拟程序包SWITRIM。通过近5年的使用，表明其运行良好、计算结果可靠。用SWITRIM数值模拟研究了聚变堆起动过程中的“氚坑深度和氚坑时间”新现象。简单介绍了SWITRIM程序包的组成和用户使用说明以及最新的运用等。     

Preliminary Design of ITER TBM with Helium-Cooled and Solid Breeder Concept

ITER will play a very important role in first integrated blanket testing in fusion environment. Some DEMO blanket relevant technologies, such as tritium self-sufficiency, extraction of high-grade heat, design criteria, environmental impacts safety requirements and will be demonstrated in ITER test blanket modules （ TBMs ）     

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聚变堆第一壁表面和PFC材料内的氚滞留量、堆系统总的氚投料量多高？在启动和运行的开始阶段的氚坑深度,氚坑时间的大小是多少？在TBM氚增殖包层内固体氚增殖剂中的氚能否高效率地被载氚气体带出来并且以高效率地提取回收？能否找到某些新机制解决这些问题是决定实现ITER的预期目标和最终实现聚变能的实际运用成败的关键问题。本文第(Ⅰ)部分回答前面两个问题,在下期第(Ⅱ)部分将进行创新的探索性研究并且提出某些减少氚滞留量和改善氚提取回收效率的新方案,例如：基于氘饱和的海绵效应;第一壁表面建立氘和铍的伴同沉积层;基于在低频外电场作用下载氚气分子和硅酸锂颗粒电极化旋转催化同位素交换速率增强提高载氚气提取氚效率“SPB方法”等等。     

Research and Development of SWITRIM Code and Its Applications

The ftrst numerical simulation code package WITRIM has been developed to calculate the tritium inventory distribution and time-evolution in all sub-systems of FEB fusion reactor. The applications during recent six years indicate that it is reasonable and fully admitted by colleagues abroad. Some creative papers with new concept are published. For instance, we first time pointed out a new phenomenon of ＂tritium well depth and tritium well time＂ during the fusion reactor start-up phase. This is somewhat similar to, but quite different from the ＂iodine well depth and iodine well time＂ poisoning problem during restart-up process of a fission reactor. The authors not only proposed but also numerically solved this new phenomenon. The combination of the SWITRIM code package, user＇s guide, and application example are briefly introduced in this article.     

FEB-E 氚泄漏分析

用Ｓｉｅｖｅｒｔｓ定律和ＳＷＩＴＲＩＭ编码研究了聚变实验增殖堆的工程概要设计ＦＥＢ－Ｅ在正常工作状态和事故状态下的氚泄漏问题,分析表明,在这两种状态下ＦＥＢ－Ｅ包层液态锂中氚的分压都不高,氚泄漏的主要危险来自偏滤器的抽气系统的气体漏失。     

中子辐照锂化合物溶液产生氚的测量系统设计及实验

本文介绍一个用来测量中子辐照锂化合物产生的氚氢(HT)和氚水(HTO)系统。包括工作原理、操作步骤及初步实验结果。