《釓鋯燒綠石固化錒系核素機理及穩定性》系統地介紹了高放廢物固化基材、釓鋯燒綠石結構及性能特征、單一錒系模擬核素的釓锫燒綠石固化及穩定性、雙錒系模擬核素的釓鋯燒綠石固化及穩定性、多錒系模擬核素的釓鋯燒綠石固化及穩定性、U3O8的釓鋯燒綠石固化及α輻照效應等。《釓鋯燒綠石固化錒系核素機理及穩定性》步驟描述具體細致,實驗過程系統完整,全書圖文并茂、數據詳盡,具有較強的指導性和可操作性。《釓鋯燒綠石固化錒系核素機理及穩定性》理論論證科學、實踐性強,及時、準確地反映了國內外在該領域的新研究成果。
《釓鋯燒綠石固化錒系核素機理及穩定性》適合環境工程、材料科學、礦物學等專業的本科生和研究生學習,也可供相關專業的教學與科研人員參考。
9 隨著核技術的迅猛發展,其在核電、軍事、科研、醫療等領域扮演著越來越重要的角色。然而,核能的開發及利用為人類帶來巨大的經濟效益與社會效益的同時也產生了大量的放射性廢物,這些物質對人類的健康和生存環境產生了巨大的影響。如何安全地處理放射性廢物已經成為人類是否能夠繼續開發及利用核能的關鍵課題。
高放廢物是現存核廢物中最難處理的廢物形式之一,它主要以高放廢液(廢水)形式存在。目前,針對高放廢物的處理,較為成熟的工藝是玻璃固化。但玻璃在高溫及潮濕條件下會產生溶蝕、析晶等現象,繼而導致固化體的整體破壞,因此需要尋找更為穩定、固溶度高、經濟高效的固化基材。人造巖石固化是受地球上天然火成巖中含有少量放射性核素(如鈾,釷)穩定存在了億萬年的啟發,利用礦物學中的類質同象替代,通過一定的熱處理工藝獲得熱力學穩定性能優異的礦物固熔體,將放射性核素包容在固熔體的晶相結構中,從而獲得安全固化處理。高放廢物中的大部分元素均能在高溫高壓條件下,以一定的固溶度進入礦相晶格結構中,形成一種穩定性良好的固熔體。針對不同放射性廢物的來源與組成,近年來有三類氧化物組合礦物被認為是固化長壽命錒系核素的候選基材。其中,釓鋯燒綠石普遍被認為是最具潛力的固化基材。
本書利用釓鋯燒綠石作為固化基材,根據類質同象替代原理和釓鋯燒綠石的晶體結構與原子占位方式,選取模擬核素作為錒系核素的替代物,利用高溫固相法分別制備出釓鋯燒綠石基模擬單一核素替代固化體、釓鋯燒綠石基模擬雙核素雙位替代固化體、釓鋯燒綠石基模擬多核素雙位替代固化體、釓鋯燒綠石基U308固化體,并對固化體進行穩定性能評價及輻照效應研究。全書總體分為6章,第1章為高放廢物固化基材概述;第2章對釓鋯燒綠石的結構及性質進行了相關介紹;第3、4、5章分別為釓鋯燒綠石對不同模擬核素在不同占位方式下的固化研究;第6章為釓鋯燒綠石對U3O8的固化研究。本書能夠較為系統地呈現出釓鋯燒綠石對放射性廢物的處置能力。
本書的研究在國家自然科學基金項目(微波燒結釓鋯燒綠石固化多核素的機理與輻照效應研究)和國家“863”計劃項目(高放廢液分離、處理工藝及關鍵設備技術研究)的資助下,利用釓鋯燒綠石對核素的固化開展了一系列研究,并首次利用該礦物對復雜組分進行固化研究。盧喜瑞負責全書的統稿。盧喜瑞、劉小楠撰寫第1、2章,盧喜瑞、董發勤、劉寧撰寫第3章,董發勤、盧喜瑞、蘇思瑾撰寫第4章,段濤、盧喜瑞、樊龍撰寫第5章,盧喜瑞、汪小琳、舒小艷撰寫第6章。陳順彰、謝憶、劉旭東、卿琪對全書的統編、編排做了大量的加工工作,侯晨曦、謝憶負責本書圖、表的加工和整理。
本書的很多研究工作獲得了核廢物與環境安全國防重點學科實驗室、四川省軍民融合研究院、中國工程物理研究院材料研究所、中國科學院近代物理研究所320kV高電荷態離子綜合實驗平臺的支持。同時,本書的出版得到了科學出版社的大力支持。編者在此對幫助本書編寫、出版的所有同志表示最衷心的感謝!
放射性廢物處理的相關知識體系繁雜龐大,由于作者的水平及知識有限,書中難免存在錯誤與疏漏,懇切希望讀者批評指正。
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第1章 高放廢物固化基材概述
1.1 高放廢物的基本特征
1.1.1 高放廢物的來源
1.1.2 高放廢物的特點
1.1.3 高放廢物的分類
1.2 高放廢物的管理原則
1.3 高放廢物的安全處置戰略
1.4 高放廢物固化方法
1.4.1 玻璃固化
1.4.2 礦物固化
1.5 高放廢物礦物固化基材研究概況
1.5.1 高放廢物固化基材的選取原則
1.5.2 高放廢物固化基材的研究現狀
1.5.3 釓鋯燒綠石作為備選礦物固化體的發現
參考文獻
第2章 釓鋯燒綠石的結構及性能特征
2.1 燒綠石介紹
2.2 釓鋯燒綠石的結構特征及綜合性能
2.2.1 釓鋯燒綠石的結構特征
2.2.2 釓鋯燒綠石的綜合性能
參考文獻
第3章 單一錒系模擬核素的釓鋯燒綠石固化及穩定性
3.1 單一錒系模擬核素固化體的制備
3.1.1 固化體的配方設計
3.1.2 固化體的高溫固相燒結
3.2 單一錒系模擬核素固化體特性及固核機理
3.2.1 三價錒系模擬核素固化體特性及固核機理
3.2.2 四價錒系模擬核素固化體特性及固核機理
3.3 單一錒系模擬核素固化體性能
3.3.1 固化體的密度
3.3.2 固化體的維氏硬度
3.3.3 抗浸出性能
參考文獻
第4章 雙錒系模擬核素的釓鋯燒綠石固化及穩定性
4.1 雙錒系模擬核素固化體的制備
4.1.1 固化體的配方設計
4.1.2 固化體的高溫固相燒結
4.2 雙錒系模擬核素固化體特性及固核機理
4.2.1 固化體的物相
4.2.2 固化體的微觀結構
4.2.3 固化體的元素分布
4.2.4 固化體的微觀形貌
4.3 雙錒系模擬核素固化體性能
4.3.1 固化體的密度
4.3.2 固化體的維氏硬度
4.3.3 抗浸出性能
4.3.4 重離子輻照穩定性
參考文獻
第5章 多錒系模擬核素的釓鋯燒綠石固化及穩定性
5.1 錒系模擬核素的選取及固化體制備
5.1.1 錒系模擬核素的選取
5.1.2 固化體的配方設計
5.1.3 固化體的高溫固相燒結
5.2 模擬TRPO廢物固化體特性及固核機理
5.2.1 固化體的物相
5.2.2 固化體的微觀結構
5.2.3 固化體的元素分布
5.2.4 固化體的微觀形貌
5.3 模擬TRPO廢物固化體性能
5.3.1 固化體的密度
5.3.2 固化體的維氏硬度
5.3.3 抗浸出性能
5.4 模擬TRPO廢物固化體的α射線輻照效應
5.4.1 固化體的α射線加速輻照
5.4.2 α射線加速輻照后固化體特性
5.4.3 固化體的α射線輻照腫脹機理
參考文獻
第6章 U3O8的釓鋯燒綠石固化及α輻照效應
6.1 U3O8固化體的制備
6.1.1 固化體的配方設計
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