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.     

铀床氚残留量的测量

分别采用直接测量法、同位素交换法和溶解法测量铀床中的氚残留量, 并分析了这三种测量方法在本实验条件下的误差. 直接测量法测量铀床的氚残留量的结果如下: 铀床的氚残留量为2.68%, 即每克铀含(0.0308±0.0003) mmol 氚气; 当压力读数在1500～133332 Pa之间时, 基于理想气体状态方程的测量方法(简称PVT法)的标准差小于0.95%. 同位素交换法测量铀床氚的结果如下: 加热充分解吸过的铀床经多次同位素交换后, 其交换效率仅为2.84%, 即不到3%(摩尔分数)的氚被氘气载带出来, 其同位素交换法测量的标准差为7.35%. 溶解法能够彻底地测量铀床中残留的氚, 其溶解法测量的标准差为6.49%.     

尿氚的分析测量和氚人体半排期的实验研究

用蒸馏和液体闪烁计数法测量了中国工程物理研究院核物理与化学研究所老点核退役过程中直接接触氚和间接接触氚工作人员的尿样几十个。氚浓度在 10 2 Bq/L和 10 5Bq/L之间 ,最大氚浓度为 2 .7× 10 5Bq/L ,约折合剂量当量 0 .19mSv。短期观测了 2 3名人体氚半排期 ,其范围为 5 .5～ 14.8d ,平均值 9.1d ;中期观测了 5名人体氚半排期 ,其范围为 7.6～ 9.4d ,平均值为 8.5d。本工作的共 2 8名半排期不仅与理论值 10d接近 ,而且与国内外的观测十分符合     

紫外线激活氚原子—制备氚标记单磷酸阿糖腺苷的研究

本文采用紫外线激活氚原子的方法,进行氚-氢同位素交换反应,制得氚标记单磷酸阿糖腺苷(9—~3H—mparaA)。产品的纯度是层析纯;放射性比活度16GBq.m mol~(-1);放射化学纯度92.0%。本法的优点是:交换反应温和、反应时间较短、不易破坏生物活性、引起的副产物少、产品分离和纯化较方便。     

关于川楝素的化学结构的修正

川楝素是从川楝树皮中提出的具有驱蛔作用的化学成分,分子式为C₃₀H₃₈O₁₁,原暂定结构为1^[1].但是,通过进一步的实验研究,发现1不能完全反映川楝素的真实化学结构.例如,纸层析^[2]和硅胶薄板双向层析(后者出现四个斑点)证实,川楝素始终有两个互变异构体存在.若以二氧六环为溶剂,氧化铂作催化剂,采用溶液内催化氚交换的方法^[3],制得氚标记川楝素(不定位标记),测定其标记物的放化纯度时,也证实了川楝素有两个互变异构体存在.     

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.     

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...     

锂陶瓷氚增殖剂的中子辐照性能与产氚行为

D-T聚变堆采用氚增殖剂与中子反应生成氚来保证其燃料的“自持”。Li₂O、LiAlO₂、Li₂ZrO₃、Li₂TiO₃和Li₄SiO₄等锂陶瓷材料由于具有良好的化学稳定性、机械力学性能和产氚性能等优点,是聚变堆主要的候选产氚材料,而其在中子辐照环境下的各种性能和行为是氚增殖包层模块设计所关心的重要内容。本文介绍了国际上锂陶瓷产氚增殖剂的辐照实验研究概况,对材料的辐照性能(材料稳定性、热导性、离子电导性和活化性能等)、堆内/堆外产氚行为、影响氚在陶瓷材料中扩散或释放的各种因素,以及近来关注较多的辐照缺陷与释氚行为的相互关系等方面进行了归纳、分析和总结,同时针对中国确定的氦冷固态球床包层模块的技术路线,提出了需要广泛而系统地开展锂陶瓷基础研究的建议,指出今后国际上氚增殖剂的研究重点是高燃耗(>10%)和高荷载破坏情况下锂陶瓷材料的辐照产氚性能,以及聚变堆氚增殖包层工程条件因素,如磁场、等离子体诱发电流和中子倍增剂等对锂陶瓷小球释氚行为的影响。     

氚标记化合物的制备与应用

氚标记化合物半衰期合适(12.3年)、制备方法简便、比放射性活度高(可达几十居里/毫克分子)、放射性自显影分辨率高,加上氚气价格低廉以及液体闪烁测量技     

金属氧化物催化剂在不同气氛中的除氚性能

建立了惰性气氛和含氧气氛的除氚模拟系统,通过三种金属氧化物催化剂(Cu O,Ag-X和H506-2)上除氢性能的考察来优化除氚系统的工艺参数。结果表明金属氧化物催化剂在两种不同气氛下均能够高效除氢,除氢效率99%以上。在此基础上,选用H506-02为除氚催化剂,工作温度为400℃时,建立的小型除氚器可使不同气氛的原气达到深度除氚的效果。     

锑酸消除空气中的氚

采用锑酸作为消气材料,锑酸与钯黑共同压制成消氚电极,考察在82.2L的系统中电压、消氚圆片大小、氚初始浓度、空气湿度等因素对消除空气中氚的速度的影响以及消氚的实际应用效果。结果表明:空气气氛中,在达到107Bq/L量级的氚量下,当消氚片面积达到0.025m2左右,消氚效率可达80%~90%,加电压不影响消氚效率。同样的消氚片,在N2气氛中消氚试验结果与在空气气氛中相似,均能达到90%左右,表明氚是以质子或自由基形态通过钯黑传导至锑酸,再被锑酸吸收。     

氚化学与工艺

氚作为一种重要的资源,在国防科技和国民经济领域有着广泛的应用。伴随着国防科技发展需求的不断提高,中国工程物理研究院在氚化学与工艺研究方面取得了一定的成就,研究领域涉及到氚的整个生命周期,包括生产、分离、储存、应用及氚废物治理等。本文重点介绍了中国工程物理研究院近年来在金属氚化物、储氚材料、氢同位素分离技术、含氚重水提氚关键技术和ITER相关氚技术等方面的研究进展。     

3H示踪法研究乙炔均相二聚反应的机理

首次采用氚标记法研究乙炔催化二聚反应机理,结果表明乙炔与Cu(Ⅰ)配位生成中间物同时,伴随乙炔分子上质子向水相转移过程.     

稀土催化聚丁二烯“氚数均分子量”的研究

本文应用示踪原子氚醇淬灭法,测出用多种稀土催化剂制得的聚丁二烯之“氚数均分子量”,并对稀土催化聚丁二烯氚数均分子量随转化率变化关系进行了讨论。本文还对某些稀土聚丁二烯氚数均分子量与渗透压法测定的数均分子量作了比较,其数值很相近,从而认为氚醇淬灭法有可能作为测定某些稀土聚丁二烯数均分子量的一种方法。     

低压催化氚化亮石松碱的定位效应的研究

近年来,中草药有效成分的研究引起国内外有关学者普遍关注。氚标记中草药有效成分是研究其相应的药代动力学和代谢产物的主要手段,它具有操作简便,条件温和等优点,但是一般氚化方法均不能明确给出氚化位置。而研究氚化定位效应又是药理工作者急待解决的重要课题,所以在很大程度上限制了该项技术的使用范围。最近,郑冬珠等人用FX—100型核磁共振谱仪给出了在PdO催化剂存在条件下,低压氚化亮石松碱的氚化位置及其相对含量。本文在前文基础上,以亮石松碱为底物,根据Fraser和Garnett等人提出的氢—氚同位素交换反应动力学理论,采用CNDO/2法,对PdO催化亮石松碱的立体构型讲行了计算,得出一些有意义的结果。     

锆吸氘和氚的动力学同位素效应

应用反应速率分析方法,在高真空金属系统上测定了锆在恒容体系和450～630 ℃范围内吸收氘和氚的p-t曲线。由p-t曲线可知,在同一温度下,锆吸氚的速率低于锆吸氘的速率;而随着温度的升高,由于解吸逆反应的影响,锆吸氚(氘)的反应速率降低。根据p-t曲线计算了吸气反应在不同温度的速率常数,得到锆吸氘和氚的表观活化能分别为(-25.9±0.7)和(-16.8±0.8)kJ·mol^-1。从活化能数据可以看出     

8′-溴-次黄嘌呤核■酸(8′-Br-IDP和8′-Br-IMP)的分离纯化及其鉴定

次黄嘌呤核苷二磷酸(5′-IDP)是合成“干扰素”诱导剂聚肌胞(Poly I:C)的主要原料之一。为了合成供示踪研究用的氚标记聚肌胞,我们制备了氚标记次黄嘌呤核苷二磷酸(8′-~3H-IDP);而获得层析纯的8′-溴-次黄嘌呤核苷二磷酸(8′-Br-IDP)则是首要前提。     

某些氚标记杂环化合物的~3H NMR研究

本文介绍了应用液-液催化、氢-氚交换法制备某些氚标记杂环化合物。采用PtO_2作为催化剂,选用含有杂氮原子的、杂氮和杂硫原子的、杂氧原子的十二种化合物作为研究对象,并用~3H NMR研究了氚在这些杂环化合物中的位置以及它在分于中的相对丰度,得到了满意的氚渗入结果。     

Li_3TaO_4粉体的制备及表征

钽酸锂作为一种具有潜在应用价值的新型固体氚增殖剂,主要有三种化合物:LiTaO3,Li3TaO4和Li7TaO6,Li3TaO4具有较高的锂密度(0.46g/cm3),还具有高熔点(1400℃)、良好的热学稳定性和较高的热导率等特点。本文采用固相反应法制备出高相纯(99%)、小粒径(1.4μma.v)的β-Li3TaO4粉末。并从锂密度、相结构稳定性、热学稳定性和热导率方面讨论了Li3TaO4作为氚增殖剂备选材料的可能性。     

氚核磁共振波谱在氚标记甾族化合物制备中的应用

本文介绍了十一种氚化甾族化合物的氚核磁共振谱。我们依照英国放化中心和英国萨里大学报道数据,(甾体骨架上的CH及CH_2各位置的谱线归属,应用了定位标记化合物作为对照)归属了其氚在化合物中标记的位置,根据其积分曲线定出了各位氚的相对百分含量。同时图谱中又提供了立体构型的信息,为氚化甾族化合物制备过程中,催化剂的选择,实验条件的控制及反应机理等研究提供了理论依据。