核聚變能是一種可持續(xù)、清潔的新型能源,也是解決日益嚴峻的能源危機、環(huán)境污染等問題的有效手段,能滿足未來高度發(fā)達工業(yè)化的需要。氫同位素分離是氘氚燃料循環(huán)再利用的關鍵,也是核聚變堆的核心。氫同位素高效分離有助于實現(xiàn)核聚變過程氘氚燃料自持、降低運行成本。目前,大部分氫同位素分離材料研究都聚焦在通過材料微觀結構設計提升氫同位素吸附分離性能,而通常忽略整個吸附分離過程的熱管理效應。鑒于此,本文以多孔材料吸附及材料熱傳導理論為基礎,并借鑒國內外聚合物導熱復合材料的研究思路,選擇商業(yè)5A分子篩作為研究對象,詳細研究了導熱填料種類（氮化硼、石墨片、石墨烯及聚硅氧烷）與含量,以及導熱網(wǎng)絡對5A分子篩復合材料導熱性能和氫同位素吸附性能的影響,探討了材料導熱性能與氫同位素吸附之間的契合關系,形成了材料設計-熱導/氫同位素吸附性能調控技術。具體研究內容如下:（1）為了提升5A分子篩的導熱性能,分別選取氮化硼和石墨片（含量:0 wt%～30 wt%）,采用粉末混合法、模壓成型以及焙燒工藝制備了 5A/氮化硼和5A/石墨復合材料;采用XRD、SEM、FT-IR等技術表征了復合材料的結構和形貌;利用導熱測試儀和紅外... 

【文章來源】：中國工程物理研究院北京市

【文章頁數(shù)】：112 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１．２低溫蒸餾法分離屮／０２的流程圖??Ｆｉｇｕｒｅ?１．２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?Ｈ２／Ｄ２?ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ?ｂｙ?ｃｒｙｏｇｅｎｉｃ?ｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎ．??

形成金屬氫化物時具有氫同位素效應。首先，將惰性氣體（通??常為氦氣）引入填充有分離材料（常用的是載靶材料）的色譜柱中進行緩沖，然后導??入氫同位素混合氣體，在色譜柱內產生混合吸附區(qū)，待吸附達到穩(wěn)定后，將純氫氣當??作置換氣體注入。鑒于氫同位素效應，純氫氣優(yōu)先置換出混合吸附區(qū)段內重的氫同位??素，并將其推動到色譜柱的前列，形成一個新的吸附區(qū)。隨著置換的持續(xù)進行，純的??氫同位素色譜帶逐漸生成，重的氫同位素的色譜帶位于最前部，而色譜柱的最后部是??氫氣的色譜帶。置換色譜法分離過程示意圖見圖１．４１１２］。??ｎｎ?ｊ，?１?／?，?１?／??ｍｉｉＭｄｌＡＬｍ???，??，????（ａ）?（ｂ）?（ｃ）?（ｄ）??圖１．４氫同位素置換色譜法分離示意圖１１２１??Ｆｉｇｕｒｅ?１．４?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ?ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ．??通常，鈀－氫體系一般只能用來高效分離含氫的同位素混合氣體。如果用于氘氚的??分離，就需要更長的色譜柱或者采用其他方法。除此之外，分離完成后的緩沖區(qū)域也??較長，純氚的含量較低。??１．２．１．５?熱循環(huán)吸附法（Ｔｈｅｒｍａｌ?Ｃｙｃｌｉｎｇ?Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ?Ｐｒｏｃｅｓｓ，?ＴＣＡＰ）??熱循環(huán)吸附法是（ＴＣＡＰ）是由Ｌｅｅ［３９］率先提出的，該實驗室從１９８０年便開始對??這種方法進行詳細的研究［４（Ｍ１］。自１９９２年起，我國陸光達等［４２］開始對ＴＣＡＰ進行初步??研宄。經過數(shù)十年的研宄，在分離柱結構、分離材料、分離系統(tǒng)運行和控制等方面取??６??

?高導熱５Ａ分子篩復合材料的制備及其氫同位素吸附性能研究???得了顯著地進步｜４３］。圖１．５１４４１給出了?ＴＣＡＰ的裝置原理圖，裝置由填充有分離材料（通??常為載鈀材料）的分離柱和回流柱構成，運行期間，分離柱要經受高、低溫循環(huán)過程。??近年來，黃國強等獲得了一定的成績，他們設計并建立了?ＴＣＡＰ實驗裝置（見圖１．６），??而且通過實驗驗證了氫氘混合氣（氘的體積分數(shù)為４９．３?％）的分離性能，研宄發(fā)現(xiàn)，??３０個循環(huán)后，柱底端的氘豐度高達９８．８?％１４４］。??加熱?Ｉ??冷卻：：：．．＾?：：：?Ｈｎ??：：ｉ?＊＇：＇？?？?：：ｉ??ｒ．Ｈ??進料一Ｐｄ／Ｋ?：ｊｉ?ＰＦＲ??｜４．｜??｜?．Ｍ??！冬丨ｉ：????ｉｉ??產品??圖１．５熱循環(huán)吸附分離原理圖１４４１??Ｆｉｇｕｒｅ?１．５?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ＴＣＡＰ．???Ｈ２＋Ｄ２??冷刼循壞系條Ｉ??Ｂ！??＾?Ｌｉｒ１１?？?０１?娜?ｕ??—??１１?ｋｔ捧規(guī)ｉ?產品氣接受床??圖１．６?ＴＣＡＰ分離實驗裝置示意圖１４４１??Ｆｉｇｕｒｅ?１．６?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ＴＣＡＰ?ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ?ｄｅｖｉｃｅ．??７??


本文編號：3000813