Pu在Gd2Zr2O7基质中的模拟固化: (Gd1-xCex)2Zr2O7+x的热物理性能研究

夏祥来 李林艳 郭放 苏伟 刘艳 陈晓谋 潘社奇

引用本文: 夏祥来, 李林艳, 郭放, 苏伟, 刘艳, 陈晓谋, 潘社奇. Pu在Gd2Zr2O7基质中的模拟固化: (Gd1-xCex)2Zr2O7+x的热物理性能研究[J]. 物理化学学报, 2015, 31(9): 1810-1814. doi: 10.3866/PKU.WHXB201507203 shu
Citation:  XIA Xiang-Lai, LI Lin-Yan, GUO Fang, SU Wei, LIU Yan, CHEN Xiao-Mou, PAN She-Qi. Simulation of the Immobilization of Pu in the Gd2Zr2O7 Matrix by Investigating the Thermophysical Properties of (Gd1-xCex)2Zr2O7+x[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2015, 31(9): 1810-1814. doi: 10.3866/PKU.WHXB201507203 shu

Pu在Gd2Zr2O7基质中的模拟固化: (Gd1-xCex)2Zr2O7+x的热物理性能研究

  • 基金项目:

    国家自然科学基金委员会和中国工程物理研究院联合基金(11176014) (11176014)

    国家自然科学基金(21471088)资助项目 (21471088)

摘要:

采用高温固相反应, 以NaF作助熔剂, 在1000 ℃的温度下合成了锕系元素Pu的模拟固化体(Gd1-xCex)2Zr2O7+x (0 ≤ x ≤ 0.7). 研究了模拟固化体的物相、热膨胀系数(TEC)、热导率(TC)随温度及组成的变化规律. 粉末X射线衍射(XRD)测试结果表明: Gd2Zr2O7基质本身呈弱有序烧绿石结构, 而用Ce4+取代Gd3+的模拟固化体都呈缺陷萤石结构. (Gd1-xCex)2Zr2O7+x的Ce(3d) X射线光电子能谱(XPS)有六个峰, 结合能分别位于 881.7, 888.1, 897.8, 900.4, 907.1, 916.1 eV处, 与CeO2的XPS图谱非常相似, 说明Ce为四价. 随着温度的升高, 所有样品的热膨胀系数总体上呈增大趋势. 在室温至750 ℃附近, 大部分样品的热导率随温度的升高而降低, 之后热导率又呈小幅上升. 在相同温度下, 固化体(Gd1-xCex)2Zr2O7+x (0 ≤ x ≤ 0.7)的热膨胀系数及热导率随组成变化呈相同趋势: 在0 ≤ x ≤ 0.1范围内随x的增大而增大, 随后在x = 0.1-0.7时逐渐减小.

English

    1. [1]

      (1) Stefanovsky, S. V.; Yudintsev, S. V.; Livshits, T. S. IOP Conf. Series: Mater. Sci. Eng. 2010, 9, 012001-1. doi: 10.1088/1757-899X/9/1/012001

      (1) Stefanovsky, S. V.; Yudintsev, S. V.; Livshits, T. S. IOP Conf. Series: Mater. Sci. Eng. 2010, 9, 012001-1. doi: 10.1088/1757-899X/9/1/012001

    2. [2]

      (2) Yudintsev, S. V.; Stefanovsky, S. V.; Ewing, R. C. Actinide Host Phases as Radioactive Waste Forms. In Structural Chemistry of Inorganic Actinide Compounds; Krivovichev, S. V., Burns, P. C., Tananaev, I. G. Eds.; Elsevier: Amsterdam, 2007; pp 457-490.(2) Yudintsev, S. V.; Stefanovsky, S. V.; Ewing, R. C. Actinide Host Phases as Radioactive Waste Forms. In Structural Chemistry of Inorganic Actinide Compounds; Krivovichev, S. V., Burns, P. C., Tananaev, I. G. Eds.; Elsevier: Amsterdam, 2007; pp 457-490.

    3. [3]

      (3) Donald, I. W.; Metcalfe, B. L.; Taylor, R. N. J. J. Mater. Sci. 1997, 32, 5851. doi: 10.1023/A:1018646507438(3) Donald, I. W.; Metcalfe, B. L.; Taylor, R. N. J. J. Mater. Sci. 1997, 32, 5851. doi: 10.1023/A:1018646507438

    4. [4]

      (4) Lutze, W.; Ewing, R. C. Radioactive Waste Forms for the Future; Lutze, W., Ewing, R. C. Eds.; Elsevier: Amsterdam, 1988; pp 1-159.(4) Lutze, W.; Ewing, R. C. Radioactive Waste Forms for the Future; Lutze, W., Ewing, R. C. Eds.; Elsevier: Amsterdam, 1988; pp 1-159.

    5. [5]

      (5) Kumar, B.; Lin, S. J. Am. Ceram. Soc. 1991, 74, 226. doi: 10.1111/jace.1991.74.issue-1(5) Kumar, B.; Lin, S. J. Am. Ceram. Soc. 1991, 74, 226. doi: 10.1111/jace.1991.74.issue-1

    6. [6]

      (6) Stefanovsky, S. V.; Ivanov, I. A.; Gulin, A. N. Scientific Basis for Nuclear Waste Management XVIII; Murakami, T., Ewing, R. C. Eds.; Materials Research Society: Pittsburgh, PA, 1995; pp 101-106.(6) Stefanovsky, S. V.; Ivanov, I. A.; Gulin, A. N. Scientific Basis for Nuclear Waste Management XVIII; Murakami, T., Ewing, R. C. Eds.; Materials Research Society: Pittsburgh, PA, 1995; pp 101-106.

    7. [7]

      (7) Sickafus, K. E.; Minervini, L.; Grimes, R. W.; Valdez, J. A.; Ishimaru, M.; Li, F.; McClellan, K. J.; Hartmann, T. Science 2000, 289, 748. doi: 10.1126/science.289.5480.748(7) Sickafus, K. E.; Minervini, L.; Grimes, R. W.; Valdez, J. A.; Ishimaru, M.; Li, F.; McClellan, K. J.; Hartmann, T. Science 2000, 289, 748. doi: 10.1126/science.289.5480.748

    8. [8]

      (8) Weber, W. J.; Ewing, R. C. Science 2000, 289, 2051. doi: 10.1126/science.289.5487.2051(8) Weber, W. J.; Ewing, R. C. Science 2000, 289, 2051. doi: 10.1126/science.289.5487.2051

    9. [9]

      (9) Lu, X. R.; Dong, F. Q.; Hu, S.; Wang, X. L.; Wu, Y. L. Acta Phys. Sin. 2012, 61, 152401-1. [卢喜瑞, 董发勤, 胡淞, 王晓丽, 吴彦霖. 物理学报, 2012, 61, 152401-1.](9) Lu, X. R.; Dong, F. Q.; Hu, S.; Wang, X. L.; Wu, Y. L. Acta Phys. Sin. 2012, 61, 152401-1. [卢喜瑞, 董发勤, 胡淞, 王晓丽, 吴彦霖. 物理学报, 2012, 61, 152401-1.]

    10. [10]

      (10) Zhang, F. X.; Wang, J. W.; Lian, J.; Lang, M. K.; Becker, U.; Ewing, R. C. Phys. Rev. Lett. 2008, 100, 045503-1. doi: 10.1103/PhysRevLett.100.045503(10) Zhang, F. X.; Wang, J. W.; Lian, J.; Lang, M. K.; Becker, U.; Ewing, R. C. Phys. Rev. Lett. 2008, 100, 045503-1. doi: 10.1103/PhysRevLett.100.045503

    11. [11]

      (11) Mandal, B. P.; Pandey, M.; Tyagi, A. K. J. Nucl. Mater. 2010, 406, 238. doi: 10.1016/j.jnucmat.2010.08.042(11) Mandal, B. P.; Pandey, M.; Tyagi, A. K. J. Nucl. Mater. 2010, 406, 238. doi: 10.1016/j.jnucmat.2010.08.042

    12. [12]

      (12) Kutty, K. V. G.; Asuvathraman, R.; Madhavan, R. R.; Jena, H. J. Phys. Chem. Solids 2005, 66, 596. doi: 10.1016/j.jpcs.2004.06.066(12) Kutty, K. V. G.; Asuvathraman, R.; Madhavan, R. R.; Jena, H. J. Phys. Chem. Solids 2005, 66, 596. doi: 10.1016/j.jpcs.2004.06.066

    13. [13]

      (13) Weber, W. J.; Wald, J. W.; Matzke, H. J. Nucl. Mater. 1986, 138, 196. doi: 10.1016/0022-3115(86)90006-1(13) Weber, W. J.; Wald, J. W.; Matzke, H. J. Nucl. Mater. 1986, 138, 196. doi: 10.1016/0022-3115(86)90006-1

    14. [14]

      (14) Kerdaniel, E. D. F.; Clavier, N.; Dacheux, N.; Terra, O.; Podor, R. J. Nucl. Mater. 2007, 362, 451. doi: 10.1016/j.jnucmat.2007.01.132(14) Kerdaniel, E. D. F.; Clavier, N.; Dacheux, N.; Terra, O.; Podor, R. J. Nucl. Mater. 2007, 362, 451. doi: 10.1016/j.jnucmat.2007.01.132

    15. [15]

      (15) Metcalfe, B. L.; Donald, I. W.; Fong, S. K.; Gerrard, L. A.; Strachan, D. M.; Scheele, R. D. J. Nucl. Mater. 2009, 385, 485. doi: 10.1016/j.jnucmat.2008.12.035(15) Metcalfe, B. L.; Donald, I. W.; Fong, S. K.; Gerrard, L. A.; Strachan, D. M.; Scheele, R. D. J. Nucl. Mater. 2009, 385, 485. doi: 10.1016/j.jnucmat.2008.12.035

    16. [16]

      (16) Ringwood, A. E.; Kesson, S. E.; Ware, N. G.; Hibberson, W.; Major, A. Nature 1979, 278, 219. doi: 10.1038/278219a0(16) Ringwood, A. E.; Kesson, S. E.; Ware, N. G.; Hibberson, W.; Major, A. Nature 1979, 278, 219. doi: 10.1038/278219a0

    17. [17]

      (17) Patwe, S. J.; Ambekar, B. R.; Tyagi, A. K. J. Alloy. Compd. 2005, 389, 243. doi: 10.1016/j.jallcom.2004.06.094(17) Patwe, S. J.; Ambekar, B. R.; Tyagi, A. K. J. Alloy. Compd. 2005, 389, 243. doi: 10.1016/j.jallcom.2004.06.094

    18. [18]

      (18) Tang, J. Y.; Chen, X. M.; Pan, S. Q.; Mu, T.; He, D. W. At. Energy Sci. Technol. 2010, 44, 394. [唐敬友, 陈晓谋, 潘社奇, 牟涛, 贺端威. 原子能科学技术, 2010, 44, 394.](18) Tang, J. Y.; Chen, X. M.; Pan, S. Q.; Mu, T.; He, D. W. At. Energy Sci. Technol. 2010, 44, 394. [唐敬友, 陈晓谋, 潘社奇, 牟涛, 贺端威. 原子能科学技术, 2010, 44, 394.]

    19. [19]

      (19) Lu, X. R.; Ding, Y.; Dan, H.; Yuan, S. B.; Mao, X. L.; Fan, L.; Wu, Y. L. Ceram. Int. 2014, 40, 13191. doi: 10.1016/j.ceramint.2014.05.024(19) Lu, X. R.; Ding, Y.; Dan, H.; Yuan, S. B.; Mao, X. L.; Fan, L.; Wu, Y. L. Ceram. Int. 2014, 40, 13191. doi: 10.1016/j.ceramint.2014.05.024

    20. [20]

      (20) Mandal, B. P.; Garg, N.; Sharma, S. M.; Tyagi, A. K. J. Nucl. Mater. 2009, 392, 95. doi: 10.1016/j.jnucmat.2009.03.050(20) Mandal, B. P.; Garg, N.; Sharma, S. M.; Tyagi, A. K. J. Nucl. Mater. 2009, 392, 95. doi: 10.1016/j.jnucmat.2009.03.050

    21. [21]

      (21) Reid, D. P.; Stennettn, M. C.; Hyatt, N. C. J. Solid State Chem. 2012, 191, 2. doi: 10.1016/j.jssc.2011.12.039(21) Reid, D. P.; Stennettn, M. C.; Hyatt, N. C. J. Solid State Chem. 2012, 191, 2. doi: 10.1016/j.jssc.2011.12.039

    22. [22]

      (22) Dickson, C. L.; Glasser, F. P. Cem. Concr. Res. 2000, 30, 1619. doi: 10.1016/S0008-8846(00)00362-8(22) Dickson, C. L.; Glasser, F. P. Cem. Concr. Res. 2000, 30, 1619. doi: 10.1016/S0008-8846(00)00362-8

    23. [23]

      (23) Lu, X. R.; Fan, L.; Shu, X. Y.; Su, S. J.; Ding, Y.; Yi, F. C. Ceram. Int. 2015, 41, 6344. doi: 10.1016/j.ceramint.2015.01.068(23) Lu, X. R.; Fan, L.; Shu, X. Y.; Su, S. J.; Ding, Y.; Yi, F. C. Ceram. Int. 2015, 41, 6344. doi: 10.1016/j.ceramint.2015.01.068

    24. [24]

      (24) Zhao, P. Z.; Li, L.Y.; Xu, S. M.; Zhang, Q. Acta Phys. -Chim. Sin. 2013, 29, 1168. [赵培柱, 李林艳, 徐盛明, 张覃. 物理化学学报, 2013, 29, 1168.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201304013(24) Zhao, P. Z.; Li, L.Y.; Xu, S. M.; Zhang, Q. Acta Phys. -Chim. Sin. 2013, 29, 1168. [赵培柱, 李林艳, 徐盛明, 张覃. 物理化学学报, 2013, 29, 1168.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201304013

    25. [25]

      (25) Zhao, L. Z. Acta Phys. Sin. 1989, 38, 987. [赵良仲. 物理学报, 989, 38, 987.](25) Zhao, L. Z. Acta Phys. Sin. 1989, 38, 987. [赵良仲. 物理学报, 989, 38, 987.]

    26. [26]

      (26) Zhang, H. S.; Chen, X. G.; Li, G.; Wang, X. L.; Dang, X. D. J. Eur. Ceram. Soc. 2012, 32, 3693. doi: 10.1016/j.jeurceramsoc.2012.06.003

      (26) Zhang, H. S.; Chen, X. G.; Li, G.; Wang, X. L.; Dang, X. D. J. Eur. Ceram. Soc. 2012, 32, 3693. doi: 10.1016/j.jeurceramsoc.2012.06.003

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  216
  • 文章访问数:  897
  • HTML全文浏览量:  59
文章相关
  • 发布日期:  2015-09-06
  • 收稿日期:  2015-03-26
  • 网络出版日期:  2015-07-20
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章