摻雜模擬核素鈰離子的玻璃-玻璃陶瓷固化體的結(jié)構(gòu)控制與性能研究.pdf

1、高放射性廢物(HLW)是商業(yè)和軍事等方面的核能利用后產(chǎn)生的乏燃料經(jīng)處理的產(chǎn)物，其中殘留的Pu對人體具有極大的放射性危害，并且待處置的大量HLW限制了相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。玻璃固化后對HLW進行永久地質(zhì)處置是如今大批量解決其存放問題的唯一方式。在實際情況下，HLW中放射性核素含量隨來源及處理過程的不同而有很大起伏，但很少有相關(guān)研究對有效核素固化量作出分析。因此本文率先研究了不同體系玻璃固化體中核素含量對結(jié)構(gòu)的影響，以及由此導(dǎo)致化學(xué)穩(wěn)定性的改變，

2、而后通過抗浸出性能評價得出核素固化量與化學(xué)穩(wěn)定性的關(guān)系。玻璃的熱力學(xué)亞穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)在大強度和長時間輻照作用下難以滿足上萬年穩(wěn)定性的需要，于是研究基于前期試驗選擇化學(xué)穩(wěn)定性較為優(yōu)異的玻璃體系，添加金屬氧化物，對玻璃固化體進行熱處理，使其進一步轉(zhuǎn)變?yōu)椴Ａ沾晒袒w，實現(xiàn)陶瓷固化高放射性核素、玻璃固化中低放廢物的復(fù)合固化模式。同時控制固化體組成，研究在優(yōu)化的結(jié)構(gòu)中核素含量對固化體晶化及抗浸出性能的影響。于是本文在對HLW來源及固化處理的方式進行綜

3、合論述的基礎(chǔ)上，通過CeO2引入Ce作為Pu的模擬核素，采用差熱分析(DTA)、X射線掃描儀(XRD)、冷場發(fā)射掃描電子顯微鏡(FE-SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)和等離子體質(zhì)譜(ICP-MS)等檢測手段開展了以下研究:
　　(1)研究鈉鋁硅和鋁硼硅玻璃固化不同摻量CeO2后結(jié)構(gòu)及抗浸出性能的變化規(guī)律，得出模擬核素的最有效玻璃固化含量，以及抗浸出性能較優(yōu)的玻璃體系。
　　(2)基于優(yōu)化的玻璃體系加入CeO2、CaO及不同

4、質(zhì)量分數(shù)的TiO2和ZrO2，通過熔融法調(diào)整熱處理溫度制備出具有單相六方晶系鈣鈦鋯石(CaZrTi2O7-3T)的玻璃陶瓷固化體。研究不同TiO2和ZrO2摻量對鈣鈦鋯石玻璃陶瓷固化體抗Ce離子浸出性能的影響，得到優(yōu)化的熱處理溫度及有效的TiO2和ZrO2摻量;
　　(3)在優(yōu)化的鈣鈦鋯石玻璃陶瓷固化體熱處理制度和配比的基礎(chǔ)上研究了B2O3和CeO2對玻璃陶瓷固化體的析晶行為和Ce離子抗浸出性能的影響，分析了Ce在鈣鈦鋯石晶體中的

5、固化機制，得到玻璃陶瓷固化體中模擬核素的有效固化量，并研究同條件下與玻璃固化體之間的抗浸出性能差異。
　　本文的創(chuàng)新之處在于:
　　(1)首次通過抗浸出實驗研究模擬核素對固化體化學(xué)穩(wěn)定性的貢獻，并由此得出玻璃固化體的有效固化比例;
　　(2)可控制備出單相六方晶系鈣鈦鋯石玻璃陶瓷固化體，相比于傳統(tǒng)的單斜晶系鈣鈦鋯石，具有更為優(yōu)異的包容性和化學(xué)穩(wěn)定性;
　　(3)研究六方鈣鈦鋯石玻璃陶瓷體的結(jié)構(gòu)與CeO2的交互影響