硅酸锂中氘（氚）的扩散与释放机制研究

可控核聚变是一种清洁、安全的能源利用形式，并可能从根本上解决人类的能源需求，被誉为"人造太阳"。氚作为重要的核燃料，氚的增殖、提取与循环是聚变堆产氚包层必须解决的关键技术。硅酸锂被认为是理想的聚变堆产氚包层的氚增殖材料。氚在硅酸锂中的扩散与释放行为是非常重要的基础科学问题，决定着氚提取工艺设计。为此，本课题拟采用离子注入方法向硅酸锂中引入氘，采用中子散射、弹性反冲、XPS、XRD、SEM、TEM、FT-IR、TDS、EPR等多种分析技术，结合第一原理计算和分子动力学模拟以及动力学蒙特卡罗模拟，系统研究氘（氚）的存在形式、晶体学占位、宏观分布、键合状态、辐照缺陷以及氘的热释放特性及其影响因素，获得氘（氚）的扩散与释放机制。从宏观和微观尺度上促进对硅酸锂中氚行为的深入了解，为聚变堆氘氚燃料循环的氚提取工艺设计提供科学依据。

硅酸锂被认为是理想的聚变堆产氚包层的氚增殖材料。氚在硅酸锂中的扩散与释放行为是非常重要的基础科学问题，决定着氚提取工艺设计。本项目采用基于密度泛函理论的第一性原理计算，研究了Li2SiO3、Li4SiO4固体氚增殖材料的基态性质、缺陷性质以及氚的微观行为；采用固态反应法制备了高纯的Li2SiO3和Li4SiO4粉末，获得最佳的制备条件；利用离子注入方法向硅酸锂陶瓷中引入氘，模拟研究了其中的氚释放行为，获取离子注入对硅酸锂表面形貌、相结构的影响；利用热脱附谱技术研究离子注入氘的热释放过程，结合理论计算结果分析讨论氘在材料中的可能占位以及辐照缺陷对其释放行为的影响。