产氚锂陶瓷制备方法和其性能研究概述.pdfVIP

全国核技术及应用研究学术研讨会院青年科协专题分会场 产氚锂陶瓷制备方法及其性能研究概述 1 侯京伟 罗阳明 （中国工程物理研究院核物理与化学研究所，四川绵阳，621900 ） 摘 要 本文概述了几类锂陶瓷粉体制备及其陶瓷的成型方法、重点介绍了锂陶瓷释 氚性能国内外研究状况，对国内锂陶瓷研究发展方向提出了初步看法。 关键词 固态包层，产氚，锂陶瓷，制备方法 1 引言 随着人类的发展，能源的消耗日益增长，能源危机已经成为一个全球性问题。核能 是解决能源问题的根本出路。受技术能力的制约，目前用于能源生产的核能仅限于裂 变反应，但核电站所需使用的铀资源仅够运行七十几年，而且其总装机容量还受放射 性废物处理能力的制约，不可能彻底解决人类能源问题。聚变能由于是以氘氘 （D-D） 或氘氚 （D-T）反应为基础，而氘大量存在于海水之中，氚可以通过辐照氘或锂生产， 因此，聚变能有可能成为人类用之不竭的、最洁净的核能。 1985 年美苏首脑在日内瓦峰会上提出建造国际热核聚变试验堆(International Thermo-nuclear Experiment Reactor，ITER)计划，此后在欧美日俄四国科学家与工程师 的共同努力下，于1998 年完成了ITER 工程设计，2005 年6 月，各参与国达成了将ITER 建造在法国卡达拉奇的协议。氚包层 （Test Blanket Module ，TBM ）是ITER 装置中重 要组成部分，它不仅提供等离子体所需的燃料氚，还作为将聚变能转化为热能的介质。 锂元素有聚变反应的最适中子截面积，能够有效的和聚变中子反应生成氚，是公认的 最佳聚变堆氚包层增殖材料。 根据增殖剂的形态对 TBM 进行分类，有液态和固态氚增殖剂包层。液态包层一般 采用熔点较低的纯 Li 或 Pb-17Li 等合金作为增殖剂，而固态包层采用锂陶瓷作为增殖 剂。常见的锂陶瓷增殖剂有Li O 、?-LiAlO 、Li ZrO 、Li TiO 、Li SiO 和 Li SiO 等。 2 2 2 3 2 3 2 3 4 4 锂陶瓷具有化学稳定性及热稳定性好，可以在高温下操作等优点，已被世界广泛接受， [1] [2] [3] [4] 日本 、美国 、德国 、法国 等在锂陶瓷性能方面进行了大量研究工作，并积累了大 量数据。上世纪 80 年代末，国内中物院在863 新能源领域混合堆氚工艺研究中，开展 [5] [6] 了?-LiAlO 陶瓷研制 ，近几年针对ITER 计划，开展了Li SiO 、Li TiO 等陶瓷研究 。 2 4 4 2 3 本文重点介绍锂陶瓷制备方法及其产氚性能国内外的研究进展。 2 锂陶瓷制备方法 锂陶瓷的制备通常可分为两大步骤：粉末的制备和陶瓷的烧结成型。目前采用的锂 陶瓷增殖剂有柱状、环状和球状。由于球状增殖剂具有更大的比表面积，装卸容易、 透气性及传热性能好，有利于氚的释放和材料的热传导，因此一般采用球状增殖剂。 2.1 粉末的制备[7] 粉末的制备方法一般有固相反应法、液相法、溶胶－凝胶法三种。固相反应法需要 加热到高温，产物需要研磨成粉末。液相法对干燥条件要求较高，常用的是溶胶－凝 1第一作者简介 侯京伟：（1985,8— ），男，研究实习员，本科，主要从事放射化学、氚工艺研究 胶法。溶胶－凝胶法作为低温或温和条件下合成无机化合物或无机材料的重要方法， 在制备陶瓷、玻璃、薄膜、复合材料等方面获