近日，中國科學院合肥物質院核能安全所科研人員在聚變中子輻照鈦酸鋰（Li₂TiO₃）增殖劑的氚釋放行為研究中取得系列進展，相關研究成果發表在國際核科學技術領域知名學術期刊Nuclear Materials and Energy和International Journal of Hydrogen Energy上。

固態增殖劑的氚增殖和釋放行為對聚變反應堆固態包層的參數設計至關重要。目前對增殖劑輻照研究大多使用裂變中子、離子源和γ源等，14 MeV聚變中子輻照的研究數據相對較少。基于上述原因，科研人員擬利用強流氘氚聚變中子源對Li₂TiO₃開展輻照產氚實驗，以探索高能中子對固態增殖劑產氚與釋氚性能的影響機制。

為了開展該實驗，科研人員研發了配套的氚釋放系統，用于聚變中子輻照后增殖劑氚釋放和測量。該系統基于鼓泡器的氚捕集系統和自動替換技術，并配有高效催化氧化劑，氚捕集效率接近100%。氚釋放系統可最大限度地減少氚損失，監測氚化水（HTO）和氚氣（HT）的釋放行為，可提供不同實驗溫度、載氣濕度和加熱速率等條件下對固態增殖劑釋氚行為的監測。

實驗結果表明，在14 MeV聚變中子輻照下，首次發現室溫下Li₂TiO₃釋放出一定量的HTO和HT，說明室溫下Li₂TiO₃存在缺陷自愈合行為。隨著釋氚系統溫度的升高，Li₂TiO₃存在一個氚釋放峰，且氚主要以氚化水的形式存在。此外載氣水蒸氣含量、不同氚測量方法和加熱速率對氚釋放行為有較大影響。此研究結果將促進聚變堆固態增殖包層的優化設計。

上述研究工作得到國家自然科學基金、中國科學院國際合作計劃項目、中國科學院儀器設備功能開發技術創新項目等支持。

文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.nme.2024.101653

https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2024.04.256

圖1. 14MeV聚變中子輻照固態增殖劑實驗布局

圖2. 氚釋放系統布局

圖3. Li₂TiO₃增殖劑中氚隨溫度變化的釋放曲線