强激光与粒子束
2024, 36(1): 016001
1 中广核研究院有限公司，广东 深圳 518028
2 大亚湾核电运营管理有限责任公司，广东 深圳 518124
燃料棒是核电厂包容放射性物质的第一道屏障。燃料棒破损会导致冷却剂裂变产物活度升高，严重时机组须在数小时内后撤到停堆。通过取样监测的冷却剂放射化学数据可以一定程度上反映堆芯内装载燃料棒的破损情况。本研究介绍了压水堆核电厂功率运行期间冷却剂内裂变产物的来源，分析了裂变产物通过反冲和扩散方式的产生机理，通过求解迁移方程得到稳态情况下裂变产物活度的解析解。基于最小二乘法对反冲释放和扩散释放的裂变产物释放产生比进行解谱，建立了诊断压水堆燃料棒破损时间、破口程度、锕系核素泄漏、燃耗和燃料批次的定量分析模型。采用某百万千瓦压水堆运行中发生二次氢化的燃料循环的冷却剂裂变产物监测数据进行了验证，理论模型的分析结果也与机组停堆后啜漏检查和热室检查结果相符。
燃料破损 裂变产物 释放产生比 二次氢化 fuel failure fission product release-to-birth secondary hydriding 强激光与粒子束
2024, 36(3): 036002
1 中国科学院精密测量科学与技术创新研究院, 湖北 武汉 430071
2 中国科学院大学, 北京 100049
为满足同一科研园区内不同建筑之间10 MHz氢钟信号（HCS）长期稳定度共享的需求，提出了一种低成本、集成化的基于光纤链路的10 MHz HCS传递完整解决方案。该方案采用1 GHz的射频信号对激光光强进行调制，利用光纤实现信号传递。通过将远端反射信号与本地信号和频后直接与待传递的HCS分频鉴相，输出误差信号反馈控制1 GHz信号的频率，实现远端1 GHz信号与本地HCS之间的相位锁定，从而使远端1 GHz信号具有与本地HCS相同的频率稳定度；之后再通过分频器在远端生成10 MHz信号，作为射频参考输出。实验验证了该方案的频率传递保真度，该系统在200 m往返光纤上的附加频率稳定度 (艾伦偏差）为1 s平均时间和10000 s平均时间；在20 km传递距离上，附加频率稳定度 (艾伦偏差）为1 s平均时间和10000 s平均时间。研究结果表明该系统的长时间频率传递稳定度优于HCS的频率稳定度，可以满足千米范围内氢钟信号共享的需求。
光通信 氢钟信号传递 光纤 锁相环 噪声补偿 optical communication hydrogen clock signal transferring optical fiber phase-locked loop noise compensation
1 东华理工大学 江西省核地学数据科学与系统工程技术研究中心南昌 330013
2 东华理工大学 核科学与工程学院南昌 330013
为解决嫦娥二号γ射线谱仪（Chang'E-2 gamma-ray spectrometer，CE2-GRS）数据中氢（H）特征γ射线（2H@2.223 MeV）微弱信息提取困难的问题，提出了衰变分支比剥谱与非线性最小二乘拟合高斯函数结合的方法，并基于全月幅铝（Al）丰度的研究结果，构建了剥离Al-H合峰中Al计数的特征函数，实现了对2.1~2.5 MeV能窗内干扰核素（214Bi@2.204 MeV、27Al@2.210 MeV、49Ca@2.371 MeV）的特征γ射线的剥离，最终获取了全月幅氢元素特征γ射线的3 s计数空间分布。对全月14个典型月海地区内氢元素特征γ射线计数进行分析，结果表明：月球背面的艾肯盆地、智海与月球正面的雨海、风暴洋表现出高值特征，其计数达到平均值的2.6倍。将月表氢元素分布特征与月球勘探者（Lunar Prospector，LP）超热中子数据对比发现：二者在月球正面的雨海、风暴洋地区以及月球背面艾肯盆地的分布特征呈高度负相关。月表氢元素分布特征进一步预测了智海、雨海、风暴洋区域可能大量存在结构水，实现了对轨道γ能谱数据的深入挖掘和科学应用。
CE2-GRS 衰变分支比 非线性最小二乘拟合 氢元素分布 CE2-GRS Decay branching ratio Nonlinear least-square fitting Distribution of hydrogen
1 1.太原理工大学 1. 新材料界面科学与工程教育部重点实验室
2 2.材料科学与工程学院, 太原 030024
针对TiO2表面活性位点不足、反应动力学缓慢、CO2还原产物中碳氢化合物的产率低以及选择性差等问题, 研究通过Pd催化氧还原法在缺氧环境中构筑了具有表面氧空位的一维单晶TiO2纳米带阵列(Pd-Ov-TNB)。通过形貌结构、载流子行为及光催化性能分析, 探究了表面氧空位和Pd的氢溢流效应对光生载流子分离传输及还原产物选择性的影响。结果表明, Pd-Ov-TNB的CO2还原活性强, 产物中CH4、C2H6和C2H4的产率分别为40.8、32.09和3.09 µmol·g-1·h-1, 碳氢化合物的选择性高达84.52%, 在C-C偶联方面展现出巨大的潜力。其一维单晶纳米带结构提高了材料的活性比表面积和结晶度, 为CO2还原反应提供了更多的活性位点, 并加速载流子的分离传输。同时, 氧空位增强了光生电荷的表面积累, 为CO2还原提供了富电子环境。此外, Pd纳米颗粒提高反应体系中H*的浓度, 并通过氢溢流效应将H*转移到催化剂表面吸附CO2的活性位点, 促进反应中间产物氢化。各种优势共同作用促使CO2向碳氢化合物高效转化。
氧空位 TiO2纳米带 氢溢流 光催化还原CO2 oxygen vacancies TiO2 nanobelt hydrogen spillover photocatalytic CO2 reduction
1 1.南京工业大学 材料科学与工程学院, 材料化学工程国家重点实验室, 南京210009
2 2.中国科学院 上海硅酸盐研究所, 上海200050
3 3.中国科学院 上海高等研究院, 上海201210
随着工业的快速发展, 相关制造领域排放的污水重金属铜离子污染愈发严重。与此同时, 催化领域对铜金属资源的需求却不断增加。本研究利用粉煤灰和改性剂聚乙烯亚胺(PEI)制备了低成本改性水合硅酸钙(PCSH), 用于吸附水溶液中的铜离子(Cu(II)), 并进一步碱处理固定于表面的Cu(II), 形成铜基活性材料用于有机污染物的催化降解。相比于未改性的样品(CSH), PCSH对Cu(II)的饱和吸附容量提高100%, 高达588 mg/g。研究发现, 这主要是因为添加PEI有利于形成较大的比表面积、优良的孔隙结构以及Cu(II)与-NH2之间的强络合。从PCSH获得的铜基催化剂呈现纺锤形多孔形貌, 作为催化剂分别用于活化过氧硫酸氢钾(PMS)氧化降解罗丹明B(RhB)和活化硼氢化钠(NaBH4)还原降解4-硝基苯酚(4-NP), 速率常数达到0.7135 /min (pH (7.0±0.3); [RhB]= 20 mg/L; [PMS]= 0.12 g/L; [催化剂]= 0.8 g/L)和11.47×10-3 /s (pH (11.0±0.3); [4-NP]= 10-4 mol/L; [NaBH4]= 5×10-3 mol/L; [催化剂]= 0.167 g/L), 是CSH催化剂体系的20和19倍。本工作利用固体废弃物粉煤灰实现了水溶液中铜元素的再利用, 为水中污染物的有效处理和利用提供了新启示。
粉煤灰 水合硅酸钙 铜离子吸附 聚乙烯亚胺 过氧硫酸氢钾 fly ash calcium silicate hydrate Cu(II) adsorption polyethyleneimine potassium peroxymonosulfate
西安建筑科技大学材料科学与工程学院，西安 710055
Y掺杂的BaZrO3因其优异的化学稳定性而被广泛研究。然而，较高的烧结温度限制了其应用。为改善BaZrO3的烧结活性，对Y-BaZrO3采用Pr3+和Ni2+进行共掺杂，并对其微观形貌及电化学性能进行研究。Ni与材料形成固溶体，Pr3+的掺杂增大了晶粒尺寸，这对致密化过程极为重要。XPS、Raman和EPR结果表明，少量Pr3+掺杂可以增加材料的氧空位含量，并通过加速水的解离和吸附促进质子进入，从而促进质子传导。然而，过量Pr3+掺杂导致的高浓度氧空位会产生缺陷缔合反应，使低温下的电导率略有下降。随着温度的升高，氢分离膜的氢渗透性也增加。此外，BaZr0.66Y0.2Pr0.1Ni0.04O3-δ的氢渗透性高于BaZr0.71Y0.2Pr0.05Ni0.04O3-δ，在1 173 K时，氢渗透性达到2.60×10-8 mol·cm-2·s-1。
氧空位 质子电导率 氢分离膜 oxygen vacancy proton conductivity hydrogen separation membrane
1 河南工业大学理学院, 郑州 450000
2 上海大学理学院物理系, 上海 201900
本文采用热聚合法和水热法成功制备了ZnO/g-C3N4系列复合光催化剂, 并对所制备样品的结构、形貌和光吸收性能等进行了表征和测试, 通过在可见光照射下降解亚甲基蓝(MB)和光解水产氢评估了样品的光催化性能。实验结果表明, 制备的ZnO/g-C3N4系列复合光催化剂性能均优于ZnO和g-C3N4样品。此外, 当ZnO和g-C3N4的摩尔比为1∶1时, 所制备ZnO/g-C3N4复合样品的光催化性能最好。一方面, 此样品仅在30 min后便达到了94.36%的降解率, 其降解速率分别是ZnO和g-C3N4的5.6和6.7倍; 另一方面, 此样品6 h光解水产氢量为11.75 mmol, 产氢速率是g-C3N4的7倍。研究表明, 所制备的ZnO/g-C3N4系列复合光催化剂在降解污染物和光解水产氢方面均展现出了优异的性能。同时, 本文还对ZnO/g-C3N4系列复合光催化剂的光催化降解和产氢机理进行了研究。
ZnO/g-C3N4复合光催化剂 水热法 光降解 光解水产氢 活性自由基 ZnO/g-C3N4 composite photocatalyst hydrothermal method photodegradation photolysis aquatic hydrogen active free radical
具有高储氢容量和可逆储氢性能的新材料的开发对氢能的大规模利用至关重要。基于第一性原理计算, 研究了Li原子和Ca原子单独修饰和共修饰VO2单层体系的H2分子存储性能。结果表明Li原子和Ca原子均能稳定结合在VO2单层表面而不产生金属团簇。单个Li原子和Ca原子分别最多可稳定吸附3个和6个H2分子, 且H2分子平均吸附能均大于0.20 eV/H2。吸附体系差分电荷和态密度分析结果表明, 氢分子的极化机制以及氢分子与金属原子间的轨道杂化作用是H2分子在金属原子周围稳定吸附的主要原因。Li原子修饰体系的储氢质量密度随着Li原子覆盖度的增加而逐渐增加, 而Ca原子修饰体系的储氢质量密度在低金属覆盖度时较高; Li/Ca共修饰体系的储氢质量密度有所增加, 其储氢质量密度为5.00%(质量分数)。此外, 考虑了不同温度和压强条件下储氢体系的稳定性。
VO2单层 储氢 第一性原理计算 锂原子 钙原子 修饰 VO2 monolayer hydrogen storage first-principle calculation lithium atom calcium atom decoration
1 西安建筑科技大学冶金工程学院，西安 710048
2 西安交通大学材料科学与工程学院，金属材料强度国家重点实验室，西安 710049
固体氧化物电解池(SOEC)在本质上是固体氧化物燃料电池(SOFC)的逆向模式，通过电化学过程在电极侧实现氢气/碳氢燃料气体的析出，具有简单、灵活、低能耗等显著优势，能量转换效率高达85%~95%。作为目前极有望实现大规模高效制氢的先进电化学能量转化装置，SOEC稳定性和寿命的提升，对实现中国能源结构调整、推进“双碳”目标进程具有重要意义。本文针对燃料电极、固态电解质、氧电极3大关键部件的材料选择、服役性能等研究现状展开了系统讨论，分别对其电流密度、电压衰减率、阻抗、电导率及产氢速率等性能参数进行了详细归纳。在此基础上，提出了SOEC技术在未来电解海水制氢中的应用潜力，并就复合电极等关键部件材料的发展进行了展望。
固体氧化物电解池 制氢 燃料电极 电解质 氧电极 solid oxide electrolytic cell hydrogen production fuel electrode electrolyte oxygen electrode
