《钆锆烧绿石固化锕系核素机理及稳定性》系统地介绍了高放废物固化基材、钆锆烧绿石结构及性能特征、单一锕系模拟核素的钆锫烧绿石固化及稳定性、双锕系模拟核素的钆锆烧绿石固化及稳定性、多锕系模拟核素的钆锆烧绿石固化及稳定性、U3O8的钆锆烧绿石固化及α辐照效应等。《钆锆烧绿石固化锕系核素机理及稳定性》步骤描述具体细致,实验过程系统完整,全书图文并茂、数据详尽,具有较强的指导性和可操作性。《钆锆烧绿石固化锕系核素机理及稳定性》理论论证科学、实践性强,及时、准确地反映了国内外在该领域的新研究成果。
《钆锆烧绿石固化锕系核素机理及稳定性》适合环境工程、材料科学、矿物学等专业的本科生和研究生学习,也可供相关专业的教学与科研人员参考。
9 随着核技术的迅猛发展,其在核电、军事、科研、医疗等领域扮演着越来越重要的角色。然而,核能的开发及利用为人类带来巨大的经济效益与社会效益的同时也产生了大量的放射性废物,这些物质对人类的健康和生存环境产生了巨大的影响。如何安全地处理放射性废物已经成为人类是否能够继续开发及利用核能的关键课题。
高放废物是现存核废物中最难处理的废物形式之一,它主要以高放废液(废水)形式存在。目前,针对高放废物的处理,较为成熟的工艺是玻璃固化。但玻璃在高温及潮湿条件下会产生溶蚀、析晶等现象,继而导致固化体的整体破坏,因此需要寻找更为稳定、固溶度高、经济高效的固化基材。人造岩石固化是受地球上天然火成岩中含有少量放射性核素(如铀,钍)稳定存在了亿万年的启发,利用矿物学中的类质同象替代,通过一定的热处理工艺获得热力学稳定性能优异的矿物固熔体,将放射性核素包容在固熔体的晶相结构中,从而获得安全固化处理。高放废物中的大部分元素均能在高温高压条件下,以一定的固溶度进入矿相晶格结构中,形成一种稳定性良好的固熔体。针对不同放射性废物的来源与组成,近年来有三类氧化物组合矿物被认为是固化长寿命锕系核素的候选基材。其中,钆锆烧绿石普遍被认为是最具潜力的固化基材。
本书利用钆锆烧绿石作为固化基材,根据类质同象替代原理和钆锆烧绿石的晶体结构与原子占位方式,选取模拟核素作为锕系核素的替代物,利用高温固相法分别制备出钆锆烧绿石基模拟单一核素替代固化体、钆锆烧绿石基模拟双核素双位替代固化体、钆锆烧绿石基模拟多核素双位替代固化体、钆锆烧绿石基U308固化体,并对固化体进行稳定性能评价及辐照效应研究。全书总体分为6章,第1章为高放废物固化基材概述;第2章对钆锆烧绿石的结构及性质进行了相关介绍;第3、4、5章分别为钆锆烧绿石对不同模拟核素在不同占位方式下的固化研究;第6章为钆锆烧绿石对U3O8的固化研究。本书能够较为系统地呈现出钆锆烧绿石对放射性废物的处置能力。
本书的研究在国家自然科学基金项目(微波烧结钆锆烧绿石固化多核素的机理与辐照效应研究)和国家“863”计划项目(高放废液分离、处理工艺及关键设备技术研究)的资助下,利用钆锆烧绿石对核素的固化开展了一系列研究,并首次利用该矿物对复杂组分进行固化研究。卢喜瑞负责全书的统稿。卢喜瑞、刘小楠撰写第1、2章,卢喜瑞、董发勤、刘宁撰写第3章,董发勤、卢喜瑞、苏思瑾撰写第4章,段涛、卢喜瑞、樊龙撰写第5章,卢喜瑞、汪小琳、舒小艳撰写第6章。陈顺彰、谢忆、刘旭东、卿琪对全书的统编、编排做了大量的加工工作,侯晨曦、谢忆负责本书图、表的加工和整理。
本书的很多研究工作获得了核废物与环境安全国防重点学科实验室、四川省军民融合研究院、中国工程物理研究院材料研究所、中国科学院近代物理研究所320kV高电荷态离子综合实验平台的支持。同时,本书的出版得到了科学出版社的大力支持。编者在此对帮助本书编写、出版的所有同志表示最衷心的感谢!
放射性废物处理的相关知识体系繁杂庞大,由于作者的水平及知识有限,书中难免存在错误与疏漏,恳切希望读者批评指正。
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第1章 高放废物固化基材概述
1.1 高放废物的基本特征
1.1.1 高放废物的来源
1.1.2 高放废物的特点
1.1.3 高放废物的分类
1.2 高放废物的管理原则
1.3 高放废物的安全处置战略
1.4 高放废物固化方法
1.4.1 玻璃固化
1.4.2 矿物固化
1.5 高放废物矿物固化基材研究概况
1.5.1 高放废物固化基材的选取原则
1.5.2 高放废物固化基材的研究现状
1.5.3 钆锆烧绿石作为备选矿物固化体的发现
参考文献
第2章 钆锆烧绿石的结构及性能特征
2.1 烧绿石介绍
2.2 钆锆烧绿石的结构特征及综合性能
2.2.1 钆锆烧绿石的结构特征
2.2.2 钆锆烧绿石的综合性能
参考文献
第3章 单一锕系模拟核素的钆锆烧绿石固化及稳定性
3.1 单一锕系模拟核素固化体的制备
3.1.1 固化体的配方设计
3.1.2 固化体的高温固相烧结
3.2 单一锕系模拟核素固化体特性及固核机理
3.2.1 三价锕系模拟核素固化体特性及固核机理
3.2.2 四价锕系模拟核素固化体特性及固核机理
3.3 单一锕系模拟核素固化体性能
3.3.1 固化体的密度
3.3.2 固化体的维氏硬度
3.3.3 抗浸出性能
参考文献
第4章 双锕系模拟核素的钆锆烧绿石固化及稳定性
4.1 双锕系模拟核素固化体的制备
4.1.1 固化体的配方设计
4.1.2 固化体的高温固相烧结
4.2 双锕系模拟核素固化体特性及固核机理
4.2.1 固化体的物相
4.2.2 固化体的微观结构
4.2.3 固化体的元素分布
4.2.4 固化体的微观形貌
4.3 双锕系模拟核素固化体性能
4.3.1 固化体的密度
4.3.2 固化体的维氏硬度
4.3.3 抗浸出性能
4.3.4 重离子辐照稳定性
参考文献
第5章 多锕系模拟核素的钆锆烧绿石固化及稳定性
5.1 锕系模拟核素的选取及固化体制备
5.1.1 锕系模拟核素的选取
5.1.2 固化体的配方设计
5.1.3 固化体的高温固相烧结
5.2 模拟TRPO废物固化体特性及固核机理
5.2.1 固化体的物相
5.2.2 固化体的微观结构
5.2.3 固化体的元素分布
5.2.4 固化体的微观形貌
5.3 模拟TRPO废物固化体性能
5.3.1 固化体的密度
5.3.2 固化体的维氏硬度
5.3.3 抗浸出性能
5.4 模拟TRPO废物固化体的α射线辐照效应
5.4.1 固化体的α射线加速辐照
5.4.2 α射线加速辐照后固化体特性
5.4.3 固化体的α射线辐照肿胀机理
参考文献
第6章 U3O8的钆锆烧绿石固化及α辐照效应
6.1 U3O8固化体的制备
6.1.1 固化体的配方设计
……
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