137Cs人造巖石固化及其衰變子體對(duì)固化體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響.pdf

1、高放廢液人造巖石將放射性核素禁錮于礦相晶格位置所形成的固溶體具有致密度高、核素浸出率低、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，是高放廢液的較佳處理方式。各國(guó)在人造巖石固化處理高放廢液技術(shù)方面投入了大量的科研力量。
　　當(dāng)前大量的研究工作主要集中在長(zhǎng)壽命錒系核素固溶能力、固化體化學(xué)穩(wěn)定性及抗輻照穩(wěn)定性等方面，較少研究涉及放射性裂片核素及其衰變子體對(duì)固化體性能影響。由于放射性裂片核素的衰變子體在價(jià)態(tài)、離子半徑等方面同母體通常存在較大差異，這必將導(dǎo)致人造巖石

2、固化體在結(jié)構(gòu)及其穩(wěn)定性等方面的改變。因此，在評(píng)估高放廢液人造巖石固化長(zhǎng)期安全性時(shí)，除應(yīng)關(guān)注長(zhǎng)壽命核素對(duì)固化體穩(wěn)定性影響，還需關(guān)注裂片核素及其衰變子體對(duì)固化體結(jié)構(gòu)及穩(wěn)定性影響。
　　本論文實(shí)驗(yàn)抓住裂片核素137Cs在自然界中存在穩(wěn)定同位素的有利條件，以堿硬錳礦為寄主相，制備Cs/Ba不同比例的固化體。模擬研究了137Cs及其衰變子體137Ba共同作用下時(shí)BaxCsyTi8O16系列固化體的結(jié)構(gòu)演變規(guī)律。利用XRD、SEM等分析測(cè)試方

3、法對(duì)固化體的物相、結(jié)構(gòu)、微觀形貌等進(jìn)行了研究。采用密度泛函理論，研究了Cs取代Ba后固化體結(jié)構(gòu)體系的變化規(guī)律。主要得出了以下結(jié)論：
　　(1)以CsNO3、Ba(NO3)2、Ti2O3、TiO2為原料，通過(guò)對(duì)配方設(shè)計(jì)的探討，最終利用高溫固相法在1250℃，5％H2/Ar氣氛中燒結(jié)3h后，成功制備出高相純的BaxCsyTi8O16系列固化體。
　　(2)BaxCsyTi8O16系列固化體的結(jié)晶度約為80%左右，晶粒尺寸在600

4、nm左右；精修結(jié)果表明固化體礦相任保持四方相，且晶胞參數(shù)隨著Cs摻雜濃度的增加都成增加的趨勢(shì)，晶胞體積V受晶胞參數(shù)a的影響較大；固化體晶粒發(fā)育較為良好、晶界清晰，隨著Cs濃度增加，樣品晶粒形狀由六邊形結(jié)構(gòu)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橹鶢罱Y(jié)構(gòu)；其致密性較好，相對(duì)密度均大于80%。
　　(3)在堿硬錳礦的Ba1.05-xCsxTi8O16體系中，Cs取代Ba后體系的費(fèi)米能級(jí)進(jìn)入導(dǎo)帶區(qū)，態(tài)密度總體具有變小的趨勢(shì)。隨著Cs濃度的增加，體系形成能增大，晶胞體