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由于核能的深入研究及广泛应用,目前世界上积攒了成千上万吨的核废料,长寿命核废料的处理一直是人们面临的一大难题。分离-嬗变技术可以将长寿命的核废料嬗变为短寿命或稳定的核素,为解决核废料难题提供了可行性方案。本文针对核废料嬗变的需要,研究嬗变用靶材。
采用粉末冶金法在氩气保护气氛下制备了不同NaI含量的Al-NaI放射性嬗变靶材,并使用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、X射线光电子能谱仪、AAS-800原子吸收光谱仪等材料分析测试方法对嬗变靶材的物相、显微组织、元素分布及水化学稳定性等性能进行测试分析,研究NaI的含量变化对Al-NaI放射性嬗变靶材的致密度、抗弯强度、布氏硬度、导电性能的影响。采用螺纹和焊接两种密封方法对嬗变靶材进行密封,使用MSE-4000氦质谱检漏仪对密封件进行检漏,检测其密封性能。
研究发现:烧结过程中Al和NaI未发生反应,随着NaI含量的增多,Al-NaI放射性嬗变靶材的致密度、抗弯强度降低,布氏硬度和电阻率升高。采用螺纹密封方法可以得到漏率值为10-5～10-6pa·m3／s的铝包套真空靶材密封件,采用焊接方法可以得到漏率值为10-8～10-9pa·m3／s的不锈钢包套的非真空靶材密封件,满足嬗变率测量要求。
对烧结和未烧结的试样分别在20℃、50℃、80℃的蒸馏水中进行浸出试验,得出结论:NaI的浸出率随温度的升高而增大。在浸出试验的前24小时,靶材的浸出率较大,随着浸出时间的增加,靶材的浸出率逐渐减小。未烧结的嬗变靶材NaI浸出率较大,尤其当温度达到80℃以上时,96小时后NaI的质量浸出率超过了80％。烧结后的Al-NaI嬗变靶材NaI浸出率明显减小,烧结可以大幅度改善Al-NaI嬗变靶材的水化学稳定性,满足安全性要求。