如何去除钨基材料中的氘同位素?

钨基材料中的氘可以通过同位素置换法和热解吸法去除。钨基材料是一类以钨为基加入其他元素组成的合金材料,具有高熔点、高硬度、高溅射阈值的特点,广泛应用于核聚变能领域。

核聚变堆中,钨基材料和氘分别扮演着“保护者”和“供能者”的角色。氘作为燃料,其本身不参与聚变反应的燃料循环,但会渗透滞留于钨基材料内部,劣化材料性能,需要通过一定的方式阻止其滞留并有效去除。

热解吸法

热解吸法运用梯度浓度原理,破坏钨基材料内部的动态平衡,以达到去除驻留氘的方法。其中,梯度浓度原理是指材料界面两侧由于存在气体或液体的浓度差,高浓度趋于低浓度直至平衡的状态。在浓度梯度的作用下,高温高压的氢同位素通过表面吸附、溶解和扩散的方式进入钨基材料内部,最终达到动态平衡。热解吸法调整氘的初始状态(高温高压),使内部氘浓度高于外部氘浓度,最终利用真空泵抽走。

钨基材料两侧的梯度浓度差

同位素置换法

同位素置换法也常用于去除钨基材料中驻留的氘,该方法运用了同位素化学性质相同的原理。在同样热充环境下,燃料选择氢的另一种同位素(氕),将钨基材料中滞留的氘置换出来,从而达到去除氘滞留的目的。

利用同位素置换法去除钨基材料中的氘

目前,由于同位素置换法和热解吸法均满足除氘效率高、无伤除氘等优点,因而同位素置换法和热解吸法被认为是最可行的除氘方法。

 

 

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