【摘要】：熔鹽反應(yīng)堆是第四代核能系統(tǒng)中六種反應(yīng)堆型之一，具有固有安全性、核資源有效利用、防止核擴(kuò)散、燃料循環(huán)、經(jīng)濟(jì)性等優(yōu)點。核石墨具有低原子序數(shù)、高慢化比、高熱導(dǎo)率和優(yōu)良的機(jī)械性能等優(yōu)勢，可作為熔鹽堆的中子慢化劑、反射體和堆芯支撐結(jié)構(gòu)。在熔鹽堆中，熔鹽在核石墨通道內(nèi)流通。核石墨是多孔材料，高溫熔鹽及裂變產(chǎn)物氣體會擴(kuò)散滲透到核石墨中，并影響其力學(xué)性能、熱學(xué)性能及輻照壽命等。為了阻隔熔鹽及裂變產(chǎn)物氣體的擴(kuò)散與滲透，我們與中國科學(xué)院金屬研究所合作在核石墨表面沉積熱解炭涂層。本論文研究了熱解炭涂層的結(jié)構(gòu)及性能、熱解炭涂層前后核石墨與熔鹽相容性、輻照缺陷對熱解炭涂層與熔鹽相容性的影響。 本論文利用同步輻射掠入射X射線衍射（GI-XRD）、場發(fā)射掃描電子顯微鏡（FE-SEM）、偏光顯微鏡（PLM）、高分辨的透射電子顯微鏡（HRTEM）研究了熱解炭涂層的結(jié)構(gòu)、石墨化度、孔徑分布，同時采用透氣性測試儀研究了熱解炭涂層前后氦氣滲透性，，進(jìn)行了靜態(tài)熔鹽實驗來檢驗涂層前后核石墨與熔鹽的相容性。實驗結(jié)果揭示采用化學(xué)氣相沉積技術(shù)在IG-110核石墨基底上沉積的熱解炭涂層具有各向異性石墨化結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)致密、無裂紋，內(nèi)部孔洞的孔徑僅在納米級別。熱解炭涂層后核石墨的氦氣滲透性降低至10-8cm2/s以下，能有效阻隔熔鹽向核石墨中的滲透。 在熔鹽堆堆芯中，熱解炭涂層需承受輻照與熔鹽的協(xié)同作用。本論文采用離子束輻照熱解炭涂層，并采用FE-SEM、GI-XRD、TEM、拉曼和X射線光電子能譜（XPS）研究了輻照對熱解炭結(jié)構(gòu)的影響。實驗結(jié)果揭示300keVAr+離子輻照使熱解炭涂層中沿C軸方向的石墨相堆垛結(jié)構(gòu)退化、石墨層間距變大。隨著離子輻照劑量增加，熱解炭涂層中的輻照損傷深度增加，在峰值劑量為0.26DPA時輻照損傷深度達(dá)到最大值，在輻照損傷區(qū)熱解炭的晶體結(jié)構(gòu)趨于無序，并在峰值劑量為1.58DPA時完全非晶。 對輻照后的熱解炭涂層進(jìn)行了靜態(tài)熔鹽實驗，采用FE-SEM、拉曼、同步輻射近邊X射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)（NEXAFS）和XPS研究了輻照缺陷對熱解炭涂層與熔鹽相容性的影響。實驗結(jié)果揭示熔鹽使熱解炭涂層表面形成C-F鍵，輻照產(chǎn)生的缺陷進(jìn)一步促進(jìn)了熱解炭涂層在熔鹽中的氟化。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院（上海應(yīng)用物理研究所）
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TL426

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前3條

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本文編號：2705150