产氚锂陶瓷微球

聚变能源的开发是解决人类能源危机的重要途径之一,包层产氚是实现聚变能源的核心技术,特别是在目前的国际ITER合作计划中明确指出,各ITER参与国将提供自行设计加工的产氚包层参加ITER实验。产氚材料作为重要的一种包层材料,在产氚实验包层的设计、研发中具有重要作用。中国固态TBM产氚实验包层设计初步选择Li4SiO4陶瓷微球作为首选氚增殖剂,Li2TiO3及其他性能优异的锂陶瓷作为候选材料。     

A12O3X2（X=H，D，T）的电子振动近似方法

用密度泛函理论在B3LYP／6．311＋＋g（d,P）基组水平上对A12O3X2（X=H,D,T）分子的可能较低能量构型进行了几何优化．结果表明该分子的基态电子态和对称性为A12O3X2（X=H,D,T）（1A’）G,计算了氢同位素分子及A12O3X2（X=H,D,T）的电子能量E、定容热容Cv和熵S．用电子振动近似方法计算了固体A12O3的氢化热力学函数△H0,△S0,△G0,以及平衡压力与温度的关系．当A1203吸附氢（氘,氚）形成固体时,反应的氢氘氚排代效应的顺序为氚排代氘,氘排代氢,与钛等金属与氢及其同位素反应的氢氘氚排代效应的顺序相反．总体来说,这种排代效应都非常弱．随着温度的增加,这系列反应的氢氘氚排代效应趋于消失．     

Al2O3X(X=H,D,T)的电子振动近似理论方法研究

用密度泛函理论(DFT)方法在6-311 G(d,p)水平上对Al2O3X(X=H,D,T)分子较低能量的几何构型进行了优化.计算结果表明该分子有两个可能基态,即Al2O3X(X=H,D,T)(2A′)Cs和Al2O3X(X=H,D,T)(2B2)C2v.全电子计算了氢同位素分子及Al2O3X(X=H,D,T)的能量E、定容热容CV和熵S.应用电子振动近似理论,即用单个分子Al2O3X(X=H,D,T)中的电子和振动能量和熵近似代表它们处于固态时的能量和熵,计算得到固体Al2O3的氢化热力学函数ΔH0,ΔS0,ΔG0以及平衡压力与温度的关系.当Al2O3吸附氢(氘,氚)形成C2v对称性气态Al2O3X(X=H,D,T)对应的固体时,氢气可以排代氘气,氘气可以排代氚气.这种排代效应非常不明显;形成Cs对称性气态Al2O3X(X=H,D,T)对应的固体时,反应的氢氘氚排代效应的顺序为氚排代氘,氘排代氢,与钛等的氢氘氚排代效应的顺序相反.总体而言,这种排代效应都非常弱.随着温度的增加,这一系列反应的氢氘氚排代效应趋于消失.     

Study on Chemical Behavior of Energetic Deuterium-implanted into Li2TiO3

In ITER test blanket module design, the elucidation of tritium recovery from solid tritium breeding material is one of critical issues and Li2TiO3 is a candidate of tritium breeding materials. In the present study, in order to understand tritium behavior in solid breeding material Li2TiO3, the X-ray photoelectron spectroscopy （XPS） and thermal desorption spectroscopy （TDS） experiments are carried out to elucidate the trapping behavior using 3 keV D2^＋ implanted sample. The Ti-2p XPS spectrum shows that a shoulder appeared at the lower energy side as increasing ion fluence, and it was suggested that Ti^3＋ was formed by the reduction of Ti^4＋.     

ITER第一壁、偏滤器靶板和壁的热负荷计算

由于日本和欧共体对固体氚增殖包层已进行了很多实验研究，并且提出了他们的1TER固体氚增殖包层模块(TBM)方案。为了设计具有中国研究基础的氚增殖包层模块方案，我们选定液态锂和锂-铅作为氚增殖材料的ITER包层模块方案。但是包层第一壁的厚度一般只有2～3cm，因为它必须小于14．1MeV聚变中子的平均自程，从结构力学的角度它是非常单薄的。     

ITER ƫ�������Ѷ�̽�����������ƽ�չ

基于中国ITER氦冷固态增殖剂试验包层(CHHCSBTBM)3×3模块化结构设计,借助一维中子输运计算程序ONEDANT和二维中子输运计算程序TWODANT,对ITER实验包层模块(TBM)设计的中子学问题进行计算。计算出产氚增殖比以及不同材料区的功率密度、中子通量分布和产氚增殖率,并对计算结果进行分析比较。     

氢化氧化铝的同位素效应研究

在B3LYP/6-311++G(d,p)水平上预测了Al2O3H3分子的较低能量构型.其基态构型具有C s对称性,电子态为1A′.通过研究Al2O3M3和M2(M=H,D,T)的能量E、定容热容C V和熵S,用电子振动近似讨论了Al2O3+3/2M2→Al2O3M3反应的氢同位素效应,得到了Al2O3氢化的热力学函数?H0,?S0,?G0,及平衡压力与温度的关系.研究表明,氧化物Al2O3吸附氢(氘,氚)反应的同位素排代效应顺序为氚排代氘,氘排代氢,与钛等金属的同位素排代顺序相反.但排代效应都非常弱,且随着温度的增加趋于消失.     

中国超导聚变工程实验堆氦冷固态包层中子学设计分析

根据中国聚变工程实验堆(CFETR)设计要求,参考氦冷固态包层实验包层模块(HCCB TBM)的设计经验,完成了CFETR固态包层的中子学设计分析,并评估了中平面位置可开窗口的最大面积。设计分析结果表明,基于增殖单元的固态包层中子学设计方案的氚增殖比(TBR)达到了1.243,满足CFTER氚自持设计要求;中平面可以开出的辅助窗口的最大面积为11.43m²。     

中国超导聚变工程实验堆氦冷固态包层中子学设计分析

根据中国聚变工程实验堆(CFETR)设计要求,参考氦冷固态包层实验包层模块(HCCB TBM)的设计经验,完成了CFETR固态包层的中子学设计分析,并评估了中平面位置可开窗口的最大面积。设计分析结果表明,基于增殖单元的固态包层中子学设计方案的氚增殖比(TBR)达到了1.243,满足CFTER氚自持设计要求;中平面可以开出的辅助窗口的最大面积为11.43m2。     

试验包层模块（TBM）安全分析中的参数选择

在CH HCSB TBM（中国氦冷却固态增殖试验包层模块）中所用到的材料有：结构材料（EUROFER）、中子倍增剂铍、氚增殖材料（Li4SiO4）以及冷却剂氦气。对这些材料选取合适的设计参数对安全分析是非常重要的。本文将通过计算结果提出这些材料的一些参数（如：比热，导热系数等）的选择依据。     

钨中氢同位素热脱附实验的速率理论模拟研究

本文采用基于速率理论的模拟方法研究钨材料中氢同位素氘的热脱附谱. 热脱附数据来源于520 K下受等离子体辐照的多晶钨, 入射离子能量为40 eV, 剂量为1× 10²⁶ D/m². 通过调节速率理论中的俘获能、俘获率等参数, 最终获得与实验相符合的热脱附拟合谱. 拟合结果表明, 钨中俘获的氘存在于三种俘获态, 俘获能分别为1.14 eV, 1.40 eV和1.70 eV, 相应脱附温度峰值为500 K, 600 K和730 K. 这三个俘获能分别应对应于第一原理计算得到的空位俘获第3–5个氢原子的俘获能(含零点振动能修正)、空位俘获第1–2个氢原子的俘获能, 空位团簇对氢原子的俘获能. 模拟结果表明, 在本辐照实验条件下, 钨中空位及空位团簇是氘在钨中的主要俘获态.     

Y2O2S:Eu3+,Mg2+,Ti4+红色材料的制备和长余辉性能

用高温固相法制备了Y2O2S：Eu^3 ,Mg^2 ,Ti^4 红色长余辉材料,余辉时间达到1h以上,X射线衍射测量表明材料的晶体结构为Y2O2S。发射光谱对应了Eu^3 离子^5DJ(J=0,1,2,3)→^7FJ(J=0,1,2,3,4))的特征发射;激发光谱主峰位于345nm,另外在260,396,468,540nm等处也存在激发峰。对比测量了Y2O2S：Eu^3 ,Mg^2 ,Ti^4 和Y2O2S:Eu^3 的热释发光曲线,Y2O2S:Eu^3 的热释发光曲线可以拟合成3个热释发光峰的叠加：237,226,301K;而Y2O2S：Eu^3 ,Mg^2 ,Ti^4 的热释发光曲线可以拟合成5个热释发光峰的叠加：149,215,262,287,334K,并计算了相应的陷阱能级。Ti^4 是引起较深陷阱能级的主要原因,Mg^2 起电荷补偿的作用。     

Al2O3X2（X=H,D,T）的电子振动近似方法

用密度泛函理论在B3LYP/6-311++g（d,p）基组水平上对Al₂O₃X₂（X=H,D,T）分子的可能较低能量构型进行了几何优化.结果表明该分子的基态电子态和对称性为Al₂O₃X₂（X=H,D,T）（¹A′）C_s,计算了氢同位素分子及Al₂O₃X₂（X=H,D,T）的电子能量E、定容热容C_V和熵S.用电子振动近似方法计算了固体Al₂O₃的氢化热力学函数△H⁰,△S⁰,△G⁰,以及平衡压力与温度的关系.当Al₂O₃吸附氢（氘,氚）形成固体时,反应的氢氘氚排代效应的顺序为氚排代氘,氘排代氢,与钛等金属与氢及其同位素反应的氢氘氚排代效应的顺序相反.总体来说,这种排代效应都非常弱.随着温度的增加,这系列反应的氢氘氚排代效应趋于消失.     

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基于中国ITER氦冷固态增殖剂实验包层(CH HCSB TBM)最新2×6模块化结构设计,用三维中子输运计算程序MCNP/4C和相应数据库,对ITER实验包层模块设计的中子学问题进行计算分析,计算出在实际运行工况下,氚增殖率为0.0123g.d-1,整个TBM内的核热沉积为0.587MW。在各材料区内,最高功率密度为6.26MW.m-3,同时给出了不同材料区的功率密度。     

CH HCSB TBM�й�����մ���ֳ��΢���о���չ

介绍了中国氦冷球床实验包层模块(CHHCSBTBM)设计中固体氚增殖剂陶瓷球的功能要求。考虑正硅酸锂(Li4SiO4)作为第一候选材料。对其陶瓷粉体的制作方法、微球成型方法和微球中氚的释放、辐射稳定性等进行了简要介绍,并概述了我国在固体氚增殖剂研究方面已经开展的工作。     

Eu3+摩尔浓度对Y2O2S:Eu3+,Mg2+,Ti4+红色长余辉材料光谱的影响

用高温固相法制备了Y2O2S：Eu^3 ,Mg^2 ,Ti^4 红色长余辉材料。测量了该材料的余辉曲线,余辉时间为1h以上;由X射线衍射得到晶体结构为Y2O2S.测量了不同Eu^3 摩尔浓度下的激发光谱和发射光谱,得到从^5DJ(J=0,1,2,3)^-7FJ(J=0,1,2,3,4,5)的发射谱线,并得到位于260,345,468和540nm激发峰。由于激活剂饱和效应,Y2O2S：Eu^3 ,Mg^2 ,Ti^4 发射光谱中513．6,540．1,556．4,587．3和589．3nm属于从^5D2,^5D1到^7FJ(J=0,1,2,3,4)跃迁的发射峰随Eu^3 摩尔浓度的增加相对削弱;激发谱包括位于350nm左右属于电荷转移态吸收(Eu^3 -O^2-,Eu^3 -S^2 )的激发主峰和在可见光区位于468,520和540nm属于Eu^3 离子4f-4厂吸收的激发峰。随着Eu^3 摩尔浓度的增加,位于468,520和540nm的激发峰相对增强。     

HL-2A装置上DD热核聚变中子产额和通量的估算

用蒙特卡罗方法,利用MCNP3B编码计算了HL 2A装置芯部离子温度为5keV、离子密度为5×1013cm-3的DD热核聚变中子产额的空间分布,以及高场边A、低场边D、偏滤器的B和C点所在位置各种能量的中子辐射通量和平均通量。计算了由于D+D→P+T反应产生氚,在10%的氚与氘发生DT反应产生中子的条件下,热核聚变中子的产额以及在A、B、C、D各位置通量发生的变化。计算结果为发展新的聚变中子诊断系统、辐射防护和环境评估提供了依据。     

氦冷固态增殖实验包层安全分析研究进展综述

介绍了氦冷固态增殖实验包层(HCCB TBM)系统,该系统主要由TBM 包层、氦冷却系统、氚提取系统、冷却剂净化系统、氚计量系统和中子活化系统等组成。TBM 结构安全分析主要包括电磁安全分析、热工水力安全分析和中子学安全分析,TBM 材料安全分析主要包括结构材料安全分析、阻氚涂层和氚处理等功能材料安全分析。对国内外学者在上述安全分析研究工作中取得的研究进展进行综述,并对TBM 未来的安全分析工作进行展望,以期对其安全设计提供参考。     

正硅酸锂陶瓷小球离线释氚实验研究

中国氦冷球床包层(CH HCSB TBM)初步采用Li₄SiO₄陶瓷小球作为氚增殖材料,实验研究了Li₄SiO₄陶瓷小球的中子辐照产氚性能。将冷冻成型法制备的Li₄SiO₄ 陶瓷小球置于反应堆中辐照100min,然后在离线释氚实验平台上进行退火行为研究。实验结果表明,在用He +1% H₂为载气,流速为100mL•min^-1,升温速率为5K•min^-1的实验条件下,氚气(HT+T₂)是Li₄SiO₄陶瓷小球的主要释氚形态,占总氚的70%左右(不包括自由氚中的氚气),在400℃~700℃范围内出现两次释氚峰;氚化水(HTO+T₂O)所占比例小于20%,主要在300℃~500℃的低温段进行释放;氚在800℃前基本释放完,小球退火后的残氚量小于1%。冷冻成型干燥法制备的Li₄SiO₄陶瓷小球在300℃~700℃范围内有较好的释氚性能,氚残留量低,在聚变堆固态氚增殖包层设计中具有一定应用价值。     

立方相Na_(1/2)Bi_(1/2)TiO_3和K_(1/2)Bi_(1/2)TiO_3的电子结构和结构不稳定性的第一性原理比较研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法比较研究了Na1/2Bi1/2TiO3和K1/2Bi1/2TiO3的电子结构、离子位移势能面和Γ声子等性质.结果表明,Na1/2Bi1/2TiO3和K1/2Bi1/2TiO3的电子结构很相似,价带由O 2p电子态主导并包含部分Ti 3d和Bi 6p电子态,导带低能部分由Ti 3d空轨道构成;K取代Na后其Ti—O和Bi—O键的键强略有增加.两者的离子位移势能面也很接近,O离子的偏心位移对结构不稳定性起主导作用,且K取代Na后其作用增强.Γ声子都存在3个软模,分析表明软模主要来自O6基团的振动,K取代Na后A2u软模发生硬化.