锂锡合金中氚扩散行为的计算

锂锡合金是非常有前景的聚变能源堆液态包层产氚材料,研究氚在其中的扩散行为是很有意义的工作.本文从氢在金属中扩散的宏观规律出发,依据平板模型初步建立了氚-锂锡体系的扩散模型,利用相关文献数据,探讨了不同研究方式、氚浓度、温度对扩散行为的影响,分析了这种扩散的微观机制.计算结果表明:造成研究结论之间巨大差异的原因在于锂锡表...     

锂铅合金释氚实验研究

由于锂铅合金因具有高增殖比、低活泼性和可能作为冷却剂的特点,被认为是最有潜力的能源堆包层氚增殖材料。在理论模型描述熔融锂铅合金氚释放行为的基础上,开展了中子辐照后Li₁₇Pb₈₃合金的离线氚释放实验。结果表明: 释放氚的化学形式99％以上为难溶于水的成分（HT或T2）; 氚滞留时间随载气中氢分压的增加而减小,氢分压达到1000 Pa后变为常数,且与实体积无关;氚释放速率对温度的依赖性符合Arrhenius定律。以此为基础得到的氚在熔融锂铅中的动力学参数结果,虽与文献值有差异,但同样证明了在633—973 K的范围内, 氚从液态锂铅到气相的整个释放过程中起决定作用的是氚在合金内的扩散和气\|液界面的多相反应重组。Lithium\|lead alloy is considered to be one of the most prominent tritium breeding materials for the fusion reactor blanket because of its high breeding ratio, and low reactivity and possible use as coolant. An out\|of\|pile experiment of tritium release from Li₁₇Pb₈₃ alloy was performed after neutron irradiation on the base of mathematical model to describe tritium release behavior from an eutectic lithium\|lead alloy. The results suggest that the dominant chemical form of the released tritium (>99%) was the water\| insoluble component (HT or T2). Tritium residence time decreased with increasing H₂pressure in carrier gas up to 1000 Pa, and above this concentration limit it became constant and not influenced by the plenum volume. The temperature dependence of the tritium release rate can be described by an Arrhenius law. Consequently, the present results on the kinetic parameters of tritium in molten Li₁₇Pb₈₃alloy are considered to be different from the values in literature, but it is the same that the overall release process is governed by the diffusion of tritium atoms in the Li₁₇Pb₈₃and by the heterogeneous reaction at the gas\|eutectic interface of the tritium atom recombination at temperatures from 633 to 973 K.     

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在自行设计与建造的液态锂铅合金鼓泡器实验系统上,开展了气-液接触法提取液态锂铅合金中的氢。实验结果表明,氦气比氩气更适合作填料塔的载带气;塔温越高,塔出口端氢含量越大;载气流速对出口端氢含量的影响呈锯齿状,无明显规律。实验结果虽然与文献数据有差别,但可以认为采用气-液接触法提取液态锂铅中的氢同位素是可行的,提取效率是随液态锂铅在填料塔中滞留的时间增长而增大的。     

聚变堆液态包层提氚鼓泡器的概念设计

在气-液接触法提取液态锂合金中的氢的实验基础上,提出了以气-液交换柱为核心的提氚鼓泡器(LBTB)的概念设计。LBTB 主要由气体进样纯化器、气-液交换柱系统、饱和器－解吸器和辅助系统构成。LBTB以氩氢混合气为吹洗气,其主要功能是在线监测液态包层主回路中的氚行为,并检验多柱级联后的氚回收率是否可以达到90%的期望值。     

液态锂铅合金中微量氚的回收

解决全球能源问题的聚变反应堆一直备受关注,其中由欧盟、俄罗斯、中、韩、印、日等多方合作的ITER(International Thermonuclear Experimental Reactor)计划便是一个代表性的进展标志.ITER实验包层工作组将液态锂铅实验包层模块列为重点开发对象,中国提出的双功能锂铅实验包层模块DFLL-TBM(Dual FunctionLithium Lead-Test Blanket Module)是主要研究方案之一,液态锂铅集氚增殖剂、冷却剂和中子倍增剂于一身,可采用鼓泡器方式实现氚的提取.有关含氚固体废物的回收早有报道,但主要集中于贮氢材料中氚的同位素交换和氘氚化锂残渣中的氚回收,而高温液态合金中氚的回收还未见报道.如果要将液相锂铅中的氚滞留量降低到包层设计的要求,则必须使其上方的氚分压不超过107Pa,采用单纯的氦吹洗或真空脱气难以满足要求,102Pa是它们所能达到的最低极限压力,这是因为在低氚浓度下,由液相转入气相的氚速率是受氚在液相、气相及气-液界面的扩散过程所限制.为了提高从锂铅合金中回收氚的效率,减小氚在液相和气相的分子扩散阻力及气体在液相的滞留时间,本文采用氦吹洗气以及其与氢、氘的混合气作为交换载带气,利用同位素效应(isotopic effect),对液态锂铅合金中的微量氚开展实验回收的预先研究,期望对今后包层氚提取系统(TES)的工程化设计与建造提供技术支持.研究结果显示:随着交换温度的升高,氚的回收率明显增加,并且温度越高,第一次解吸的氚量越大.623K时,同位素交换效果较差,氚回收率较低;723K时经过6次交换后氚的回收率为78.2%;823K时交换一次氚的回收率就可达到66.3%.在相同温度下,氚回收率随交换次数的增加而增加,但经过6次交换后,曲线趋于平坦,氚回收率似乎在接近80%左右形成最大值.此外,单独使用氦吹洗气,氚回收率不到30%;添加0.1%的氘比氢的回收率要略高一些,这是因为充氚结束后的锂铅合金处于平衡状态,并非饱和状态,要交换出合金内的氚,必须预先吸附一定量的载带气,使其达到交换温度下的气体平衡离解压力,方可将合金中的氚交换出来.在较高的交换温度下,氚比氘、氘比氢更容易从锂铅中解析出来,这与气相色谱法分离氢同位素的原理是一致的.但过度增加载带气中氘的比例,反而降低了氚回收率,这是因为随着氘分压的增大,吸附质之间的同位素效应将减弱.总之,采用氦与0.1%氘组成的混合吹洗气,利用同位素交换效应对锂铅合金中的微量氚进行回收是有效的,氚回收效率接近80%;交换温度和交换次数对氚回收率的影响显著,在载带气相同的情况下,温度越高,交换次数越多,氚回收率越高.     

锂铅合金中氚扩散行为的理论研究

锂铅合金是非常有前途的聚变堆、聚变-裂变混合堆包层产氚材料,研究氚在其中的扩散行为是很有意义的工作.从氢在金属中扩散的宏观规律出发,依据平板模型初步建立了氚-锂铅体系的扩散模型,利用相关文献数据,探讨了不同研究方式、氚浓度、温度对扩散行为的影响,分析了这种扩散的微观机制.计算结果表明:造成研究结论之间巨大差异的原因在于锂铅表面物理和化学状态的不同考虑;在一定温度范围内,氚浓度的升高引起扩散系数的下降,温度的升高引起扩散系数的增加.     

载钛中孔二氧化硅分子筛的光催化性能研究

分别 以单一 Ｔｉ Ｏ２ 纳米粒 子及不 同 Ｔｉ Ｏ２ 覆 盖率的中 孔分 子筛（ Ｔｉ Ｏ２／ Ｈ Ｍ Ｓ） 和微 孔分 子筛（ Ｔｉ Ｏ２／ Ｎａ Ｙ） 为光催 化剂,以２ ,４ ,６三氯苯 酚（ Ｔ Ｃ Ｐ） 为 降解对象 ,考察了 两类分子 筛担 载 Ｔｉ Ｏ２ 的光催化性 能． 结 果表明 ： 在钛 含量相 同的 条 件下 , Ｔｉ Ｏ２／ Ｈ Ｍ Ｓ 的光 催 化活 性 高于 Ｔｉ Ｏ２／ Ｎａ Ｙ 和 单一 Ｔｉ Ｏ２ 的光催 化活性; Ｔｉ Ｏ２ 负载量 较低时 , Ｔｉ Ｏ２／ Ｈ Ｍ Ｓ 即可 显示 有高 的光 催化 活性, 且其 光催 化活性随着 中孔分 子筛孔径 的增大而 升高     

旋转喷嘴鼓泡法提取液态锂铅合金中的氢

模拟了锂铅合金中氚提取技术,在采用流体力学建立代数模型的基础上,开展了旋转喷嘴鼓泡法提取锂铅合金中氢的研究。研究结果表明：锂铅熔融温度越高,氢提取累计效率越高;鼓泡床气含率受叶轮孔径影响不大,只是在较高的氦气流速下,采用小孔径时的气含率略高于大孔径,但孔径越小,气泡比表面积越大;随着氦气流速的增加,液态锂铅流循环强度明显增加,氢提取速率加快;喷头转速对氢提取影响有限。     

DFLL-TBM液态锂铅合金鼓泡器实验系统的设计

液态锂铅合金鼓泡器是中国双功能液态锂铅测试包层氚处理单元的重要组成部分。为了完成鼓泡器实验系统的建造与运行,在多年开展氢同位素与锂铅合金相互作用的理论计算和旋转喷嘴鼓泡法提取液态锂铅中微量氢实验的基础上,提出了实验系统的总体设计、主回路设计和辅助系统设计。这个设计以气液交换填料塔为核心,实现了液态锂铅中氢同位素的测量与提取。     

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在气-液接触法提取液态锂合金中的氢的实验基础上,提出了以气-液交换柱为核心的提氚鼓泡器(LBTB)的概念设计。LBTB 主要由气体进样纯化器、气-液交换柱系统、饱和器－解吸器和辅助系统构成。LBTB以氩氢混合气为吹洗气,其主要功能是在线监测液态包层主回路中的氚行为,并检验多柱级联后的氚回收率是否可以达到90%的期望值。