發(fā)布時間：2020-11-13 07:27

　　 釓鋯燒綠石(Gd_2Zr_2O_7)被認為是晶格固化錒系核素(~(239)Pu,~(237)Np,~(238)U,~(238)Np等)以及裂變核素(~(129)I,~(90)Sr,~(137)Cs等)擁有超長半衰期核素的理想基材之一,也是目前高放廢物處理處置等領域研究的熱點和難點。然而,燒綠石是一種較難合成的礦物,主要利用高溫固相法對其進行制備。傳統(tǒng)方法具有耗時長(~72 h),產(chǎn)生廢水廢氣等缺點。放電等離子燒結(Spark Plasma Sintering)是近年來發(fā)展起來的一種新型燒結技術,能將等離子活化、熱壓、電阻加熱相融合,實現(xiàn)樣品的快速制備,具有升溫速度快、燒結時間短、產(chǎn)品致密度高、粒徑均勻等優(yōu)點。本論文首次將放電等離子燒結技術應用于高放廢物固化處理。以Gd_2O_3和ZrO_2為原料,制備Gd_2Zr_2O_7釓鋯燒綠石礦物固化體,將Nd~(3+)作為三價錒系核素的模擬替代物,Ce~(4+)作為四價錒系核素的模擬替代物,制備釓鋯燒綠石基模擬核素固化體(Gd_(2-x)NdZr_2O_7(0≤x≤2.0),Gd_2Zr_(2-y)Ce_yO_7(0≤y≤2.0)及Gd_(2-x)Nd_xZr_(2-y)Ce_yO_7(0≤x,y≤2.0))。借助XRD、SEM、Raman、TEM等測試表征,并對XRD衍射數(shù)據(jù)進行結構精修,分析模擬廢物含量對固化體的物相、晶胞參數(shù)、振動模式、微觀形貌、微觀結構的影響,弄清模擬核素在固化體中的類質(zhì)同象作用、賦存狀態(tài)(A、B占位、競爭機制、氧化價態(tài)和固溶量等)及晶格固核機理。主要研究結果表明:(1)以Gd_2O_3和ZrO_2為實驗原料,利用放電等離子燒結爐在1700oC、80 MPa條件下保溫3 min成功制備單一物相Gd_2Zr_2O_7固化體。所得樣品與常規(guī)方法在1500oC燒結72 h的樣品相比,具有致密的微觀形貌和較高的密度。(2)通過配方設計,成功制備釓鋯燒綠石基三價模擬核素固化體Gd_(2-x)NdZr_2O_7(0≤x≤2.0)。在所制備的釓鋯燒綠石基三價模擬核素固化體中,當0≤x≤0.7時,樣品為單一的螢石型結構;當0.8≤x≤2.0時,樣品轉(zhuǎn)變?yōu)闊�綠石型結構。且隨三價模擬核素摻雜量增加,拉曼振動強度呈現(xiàn)出逐漸增加的趨勢,密度呈現(xiàn)出逐漸減小的趨勢,晶粒尺寸呈現(xiàn)增大的趨勢。(3)通過配方設計,成功制備釓鋯燒綠石基四價模擬核素固化體Gd_2Zr_(2-y)Ce_yO_7(0≤y≤2.0)。在所制備的釓鋯燒綠石基四價價模擬核素固化體中,當0≤y≤1.0時,樣品為單一的螢石型結構;當1.5≤y≤2.0時,樣品轉(zhuǎn)變?yōu)榛旌舷嘟Y構。系列固化體形貌均勻,晶界清晰,致密性高,且隨四價模擬核素摻雜量增加,密度呈現(xiàn)出逐漸減小的趨勢。(4)利用放電等離子燒結技術成功燒結一系列釓鋯燒綠石基模擬雙核素放射性廢物固化體Gd_(2-x)Nd_xZr_(2-y)Ce_yO_7(0.0≤x,y≤2.0)。當0.0≤y≤1.0時,樣品為單一的螢石型結構;當y≥1.5,樣品轉(zhuǎn)變?yōu)榛旌舷�。在單一物相條件下,隨模擬核素摻雜量增加,XRD衍射峰向小角度方向偏移,晶胞參數(shù)和晶胞體積呈增大的趨勢。所制備樣品微觀形貌均勻,晶粒呈立方形,樣品內(nèi)原子層排列整齊,具有較高的致密度,元素在其內(nèi)部分布均勻。
【學位單位】：西南科技大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TL94
【文章目錄】：
摘要
abstract
1 緒論
    1.1 放射性廢物的分類及特點
    1.2 高放廢物固化處理現(xiàn)狀
    1.3 高放廢物人造巖石固化研究現(xiàn)狀
    1.4 燒綠石作為理想固化基材的選題依據(jù)
        1.4.1 燒綠石的抗浸出性能
        1.4.2 燒綠石的耐輻照性能
        1.4.3 燒綠石的結構特征
    1.5 燒綠石的制備
    1.6 研究概述
2 釓鋯燒綠石的SPS燒結
    2.1 實驗原料及儀器設備
        2.1.1 實驗原料及儀器
        2.1.2 燒綠石的制備
    2.2 測試與表征
        2.2.1 物相分析
        2.2.2 微觀形貌分析
        2.2.3 密度分析
    2.3 本章小結
2-xNd_xZr₂O₇固化體的SPS燒結及固核機理研究'>3 Gd_2-xNd_xZr₂O₇固化體的SPS燒結及固核機理研究
2-xNd_xZr₂O₇固化體的制備'>    3.1 Gd_2-xNd_xZr₂O₇固化體的制備
        3.1.1 固化體的配方設計
        3.1.2 實驗原料及儀器設備
        3.1.3 固化體的SPS燒結
            3.1.3.1 原料的預處理
            3.1.3.2 固化體的制備
    3.2 固化體的測試與表征
        3.2.1 物相分析
        3.2.2 結構分析
        3.2.3 微觀形貌分析
        3.2.4 密度分析
    3.3 本章小結
2Zr_2-xCe_xO₇固化體的SPS燒結及固核機理研究'>4 Gd₂Zr_2-xCe_xO₇固化體的SPS燒結及固核機理研究
2Zr_2-xCe_xO₇固化體的制備'>    4.1 Gd₂Zr_2-xCe_xO₇固化體的制備
        4.1.1 固化體的配方設計
        4.1.2 實驗原料及儀器設備
        4.1.3 固化體的SPS燒結
            4.1.3.1 原料的預處理
            4.1.3.2 固化體的制備
    4.2 測試與表征
        4.2.1 物相分析
        4.2.2 結構分析
        4.2.3 微觀形貌與微觀結構分析
        4.2.4 密度分析
        4.2.5 化學穩(wěn)定性分析
    4.3 本章小結
1-xNd_x)2(Zr_1-xCe_x)2O₇固化體的SPS燒結及固核機理研究'>5 (Gd_1-xNd_x)2(Zr_1-xCe_x)2O₇固化體的SPS燒結及固核機理研究
1-xNd_x)2(Zr_1-xCe_x)2O₇固化體的制備'>    5.1 (Gd_1-xNd_x)2(Zr_1-xCe_x)2O₇固化體的制備
        5.1.1 固化體的配方設計
        5.1.2 實驗原料及儀器設備
        5.1.3 固化體的SPS燒結
            5.1.3.1 原料的預處理
            5.1.3.2 固化體的制備
    5.2 測試與表征
        5.2.1 物相分析
            5.2.1.1 Nd含量對固化體物相影響
            5.2.1.2 Ce含量對固化體物相影響
            5.2.1.3 Nd和Ce含量對固化體物相影響
        5.2.2 晶胞參數(shù)計算
        5.2.3 結構分析
        5.2.4 微觀形貌與微觀結構分析
    5.3 本章小結
6 主要結論、創(chuàng)新點及后續(xù)研究工作
    6.1 主要結論
    6.2 主要創(chuàng)新點
    6.3 本研究的不足之處及后續(xù)工作建議
參考文獻
致謝
攻讀碩士期間發(fā)表的學術論文及研究成果

【相似文獻】

相關期刊論文 前10條

1 周冠南;周時光;滕元成;楚士晉;;燒綠石固化高放廢物的研究進展[J];材料導報;2006年09期

2 吳兆廣，羅上庚，于承澤，盛嘉偉，柳得櫓;模擬高放廢物玻璃固化體在處置條件下的浸出行為研究（Ⅱ）[J];核科學與工程;1996年01期

3 羅上庚;;第二代高放廢物固化體——人造巖石[J];核科學與工程;1993年02期

4 盛嘉偉，羅上庚，湯寶龍，柳得擼;90－19／U模擬高放廢物玻璃固化體表面性能的研究[J];輻射防護;1996年02期

5 周小毛;劉曉東;羅太安;;溶膠-凝膠法制備富鈾燒綠石[J];陶瓷學報;2015年03期

6 張振濤;甘學英;苑文儀;王雷;邢海青;;反氣相色譜測量玻璃裂隙比表面積的方法研究[J];中國原子能科學研究院年報;2007年00期

7 夏益華,劉森林;計算高放廢物固化體內(nèi)放射性活度及內(nèi)、外劑量率的計算機程序[J];輻射防護;1991年01期

8 張華;GIN Stephane;;模擬單一裂隙對高放廢物玻璃固化體蝕變行為影響初步研究[J];中國原子能科學研究院年報;2009年00期

9 吳兆廣，羅上庚，于承澤，湯寶龍;模擬高放廢物玻璃固化體在處置條件下的浸出行為研究（Ⅰ）[J];核科學與工程;1994年04期

10 馬明燮;;放射性廢物的危害指標的使用問題[J];輻射防護通訊;1984年03期

相關博士學位論文 前10條

1 李鵬;摻雜模擬核素鈰離子的玻璃/玻璃陶瓷固化體的結構控制與性能研究[D];浙江大學;2013年

2 謝華;同時固化錒系核素與裂變產(chǎn)物鍶的新型模擬固化體結構與性能研究[D];南京理工大學;2015年

3 楊建文;富燒綠石人造巖石和鋯英石固化模擬錒系廢物研究[D];中國原子能科學研究院;2000年

4 孟成;乏燃料后處理中放射性核素的陶瓷固化體的結構與化學穩(wěn)定性研究[D];浙江大學;2016年

5 韋紅鋼;核素在高放廢物地質(zhì)處置預選場的遷移行為研究[D];中國地質(zhì)大學（北京）;2012年

6 章英杰;Pu在特定地質(zhì)環(huán)境下的化學行為研究[D];中國原子能科學研究院;2005年

7 錢麗鑫;高放廢物深地質(zhì)處置庫緩沖材料[D];同濟大學;2007年

8 張華;高放固化體處置條件下的浸出和模型研究[D];中國原子能科學研究院;2004年

9 張瑞珠;利用自蔓延高溫合成技術固化放射性廢物[D];北京科技大學;2005年

10 張江梅;微弱核信號檢測及核素識別方法與實驗研究[D];中國科學技術大學;2017年

相關碩士學位論文 前10條

1 王蘭;釓鋯燒綠石基模擬核素固化體的放電等離子燒結及固核機理研究[D];西南科技大學;2018年

2 樊龍;釓鋯燒綠石晶格固化多核素的機理及穩(wěn)定性研究[D];西南科技大學;2016年

3 劉松柏;錒系核素和裂變產(chǎn)物鍶模擬固化體的制備和表征[D];東華理工大學;2014年

4 周小毛;富鈾型燒綠石的合與制備[D];東華理工大學;2016年

5 鄒秋林;核素固化體鈦基陶瓷晶體結構及其穩(wěn)定性研究[D];西南科技大學;2013年

6 查才存;應用水滑石實時合成分離固化模擬核素銪釷[D];合肥工業(yè)大學;2014年

7 朱歡;核素在包氣帶中遷移的數(shù)值模擬研究[D];長安大學;2010年

8 張曉航;α衰變對高放廢物玻璃固化體的輻照效應研究[D];蘭州大學;2010年

9 黃鳳羽;高廟子膨潤土對模擬核素的阻滯性能研究[D];西南科技大學;2016年

10 秦建法;蒙特卡洛法模擬玻璃固化體浸出行為的研究[D];西南科技大學;2015年

本文編號：2881919