近日，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)院核能安全所科研人員在聚變中子輻照鈦酸鋰（Li₂TiO₃）增殖劑的氚釋放行為研究中取得系列進(jìn)展，相關(guān)研究成果發(fā)表在國際核科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域知名學(xué)術(shù)期刊Nuclear Materials and Energy和International Journal of Hydrogen Energy上。

固態(tài)增殖劑的氚增殖和釋放行為對聚變反應堆固態(tài)包層的參數設計至關(guān)重要。目前對增殖劑輻照研究大多使用裂變中子、離子源和γ源等，14 MeV聚變中子輻照的研究數據相對較少。基于上述原因，科研人員擬利用強流氘氚聚變中子源對Li₂TiO₃開(kāi)展輻照產(chǎn)氚實(shí)驗，以探索高能中子對固態(tài)增殖劑產(chǎn)氚與釋氚性能的影響機制。

為了開(kāi)展該實(shí)驗，科研人員研發(fā)了配套的氚釋放系統，用于聚變中子輻照后增殖劑氚釋放和測量。該系統基于鼓泡器的氚捕集系統和自動(dòng)替換技術(shù)，并配有高效催化氧化劑，氚捕集效率接近100%。氚釋放系統可最大限度地減少氚損失，監測氚化水（HTO）和氚氣（HT）的釋放行為，可提供不同實(shí)驗溫度、載氣濕度和加熱速率等條件下對固態(tài)增殖劑釋氚行為的監測。

實(shí)驗結果表明，在14 MeV聚變中子輻照下，首次發(fā)現室溫下Li₂TiO₃釋放出一定量的HTO和HT，說(shuō)明室溫下Li₂TiO₃存在缺陷自愈合行為。隨著(zhù)釋氚系統溫度的升高，Li₂TiO₃存在一個(gè)氚釋放峰，且氚主要以氚化水的形式存在。此外載氣水蒸氣含量、不同氚測量方法和加熱速率對氚釋放行為有較大影響。此研究結果將促進(jìn)聚變堆固態(tài)增殖包層的優(yōu)化設計。

上述研究工作得到國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院國際合作計劃項目、中國科學(xué)院儀器設備功能開(kāi)發(fā)技術(shù)創(chuàng )新項目等支持。

文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.nme.2024.101653

https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2024.04.256

圖1. 14MeV聚變中子輻照固態(tài)增殖劑實(shí)驗布局

圖2. 氚釋放系統布局

圖3. Li₂TiO₃增殖劑中氚隨溫度變化的釋放曲線(xiàn)