高放核废料纳米陶瓷固化体的辐照自修复行为研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    91326103
  • 项目类别:
    重大研究计划
  • 资助金额:
    88.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A3001.粒子束与物质相互作用
  • 结题年份:
    2016
  • 批准年份:
    2013
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2014-01-01 至2016-12-31

项目摘要

ceramic solidification becomes a candidate solution for resolving high-level radioactive nuclear waste disposal and storage gradually,and candidate materials those have a high ability of anti-radiation have been selected. Nevertheless, amorphization, phase transition, and swelling induced by radiation are still fatal problems in application. According to the applicant’s research foundation on inter-discipline subject between nanoceramic and radiation effects, the applicant proposes these ideas. Due to high interfaces and high surface energy of nanoceramic, the energy deposition of irradiated alpha particle at the grain boundary shows great probability. So the effect of radiation on the amorphization of grain in nanoceramics is relatively weaker compared with traditional ceramics. Meanwhile, as helium bubble aggregation that causes material swelling mostly occurs at the grain boundary, radiation damage in the nanoceramic significantly weakens. All of these will lead to a completely different radiation effects under the nuclear waste irradiation between nanoceramics and traditional ceramics (grain size is in micron level). Even irradiation will effectively enhance the self-organization and self-healing capacity of defects in nanocrystals because of heating effects caused by β-decay. This application project will focus on three most important nuclear waste host nanoceramic materials. Through comprehensive irradiation simulation experiments, the study will obtain the mechanism of amorphization and swelling induced by α-particle irradiation, and explore the mechanism of self-healing problem of recrystallization caused by β-ray irradiation. On the basis of the effect of composite damage experiments ( the coupling effect of the displacement effect, helium effect and heating effect ), this project will select nanoceramic of high resistance to radiation. The investigation will lay the academic and technical foundation for nuclide hot experiments and future nuclear waste disposal applications.
陶瓷固化逐步成为解决高放核废料处置和存储的候选方案,被遴选出了几种抗辐照能力强的候选材料,但辐照非晶化、辐照相变和肿胀等依然是其应用中的致命问题。而申请者基于其在纳米陶瓷和辐照效应交叉学科上的研究基础,认为纳米陶瓷晶界多、界面能高,辐照α粒子能量沉积在晶界处的几率大,对晶粒本身辐照非晶化影响相对较小,氦泡聚集引起的材料肿胀也多发生在晶界处,辐照损伤在纳米陶瓷中显著弱化,导致纳米陶瓷和传统陶瓷在辐照下具有完全不同的效应,加上β衰变引起的热效应,甚至会有效增强其中缺陷的自组织和自修复能力。本申请项目重点研究三种当前最重要的核废料固化用纳米陶瓷,通过综合辐照模拟实验,获得α衰变致非晶化、肿胀的机制,探索β衰变引起再结晶的“自我修复”的机理,根据复合损伤效应实验(移位效应、氦效应和热效应的耦合效应),遴选出自我修复能力强的高抗辐照纳米陶瓷,为热态实验和未来核废料处置应用奠定学术和技术基础。

结项摘要

陶瓷固化逐步成为解决高放核废料处置和存储的候选方案,国际上遴选出了几种抗辐照能力强的候选材料,但辐照非晶化、辐照相变和肿胀等依然是其应用中的致命问题。本项目提出了纳米陶瓷固化体来解决以上问题,主要是基于:纳米陶瓷中可以作为辐照缺陷吸收“陷阱”的晶界面积大,对晶粒本身辐照非晶化影响相对较小;氦泡聚集引起的材料肿胀多发生在晶界处,肿胀在纳米结构固化体中显著弱化;间隙原子型点缺陷扩散到晶界处后甚至会反扩散回晶粒内部和空位点缺陷复合,从而使纳米结构具备更强的辐照缺陷自修复能力;β衰变引起的电离激发效应和热效应,也会有效增强固化体的晶体结构自修复能力。本项目主要研究内容是从三种当前最重要的核废料固化中遴选出高放核废固溶量大,抗辐照性能出色的Gd2Zr2O7,合成纳米结构陶瓷,通过综合辐照(α,β,Kr+)实验,模拟研究纳米结构固化体在α衰变离子作用下的微观结构和缺陷变化(如相变或非晶化、间隙点缺陷团、空位聚集形成的空洞、辐照肿胀等)及其与晶粒尺寸的关系,并探索β衰变引起再结晶的“结构自修复”机理,提出抗辐照的晶界优化设计方案。研究结果表明纳米结构相比微米结构具有更好的缺陷自修复和结构自修复能力,且晶粒尺寸存在优选范围(约48nm),本研究也首次获得了易于工业化生产的纳米陶瓷烧结烧结技术。以上结果对于预测核废料固化中可能发生的辐照损伤现象具有现实意义,为载核素热态实验和未来核废料处置应用奠定了学术和技术基础。所以本研究不仅具有学术意义,也具有潜在应用价值。

项目成果

期刊论文数量(12)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Bifunctional behavior of Er3+ ions as the sintering additive and the fluorescent agent in Er3+ single doped gamma-AlON transparent ceramics
Er3离子作为Er3单掺杂γ-AlON透明陶瓷中的烧结添加剂和荧光剂的双功能行为
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    Journal of Luminescence
  • 影响因子:
    3.6
  • 作者:
    Wei, Nian;Lu, Zhongwen;Chen, Xingtao;Lu, Tiecheng
  • 通讯作者:
    Lu, Tiecheng
Preparation of a B4C hollow microsphere through gel-casting for an inertial confinement fusion (ICF) target
通过凝胶注模制备用于惯性约束聚变 (ICF) 靶材的 B4C 空心微球
  • DOI:
    10.1016/j.ceramint.2016.09.196
  • 发表时间:
    2017-01-01
  • 期刊:
    CERAMICS INTERNATIONAL
  • 影响因子:
    5.2
  • 作者:
    Chen, Ruichong;Shi, Qiwu;Lu, Tiecheng
  • 通讯作者:
    Lu, Tiecheng
Fast crystallization of amorphous Gd2Zr2O7 induced by thermally activated electron-beam irradiation
热激活电子束辐照诱导非晶态 Gd2Zr2O7 的快速结晶
  • DOI:
    10.1063/1.4936785
  • 发表时间:
    2015-12-07
  • 期刊:
    JOURNAL OF APPLIED PHYSICS
  • 影响因子:
    3.2
  • 作者:
    Huang, Zhangyi;Qi, Jianqi;Lu, Tiecheng
  • 通讯作者:
    Lu, Tiecheng
Transmittance enhancement of AlON transparent ceramic by aqueous gel-casting with phosphoric acid-treated powder
磷酸处理粉末水凝胶注模增强 AlON 透明陶瓷的透光率
  • DOI:
    10.1016/j.jeurceramsoc.2016.06.018
  • 发表时间:
    2016-12
  • 期刊:
    Journal of the European Ceramic Society
  • 影响因子:
    5.7
  • 作者:
    Qiao, Hao;Wei, Nian;Huang, Wanxia;Lu, Tiecheng
  • 通讯作者:
    Lu, Tiecheng
Fabrication of Li4SiO4 ceramic pebbles with uniform grain size and high mechanical strength by gel-casting
凝胶注模法制备晶粒均匀、机械强度高的Li4SiO4陶瓷卵石
  • DOI:
    10.1016/j.ceramint.2015.10.003
  • 发表时间:
    2016-02-01
  • 期刊:
    CERAMICS INTERNATIONAL
  • 影响因子:
    5.2
  • 作者:
    Yang, Mao;Gong, Yichao;Lu, Tiecheng
  • 通讯作者:
    Lu, Tiecheng

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其他文献

大面积有序多孔聚苯乙烯薄膜的制备及其光学性质研究
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  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    吴卫东;2.Department of Physics & Key Laboratory for Radia;3.International Center for Material Physics,Chines;肖磊;方瑜;卢铁城;蒋晓东;罗炫;叶鑫;唐永建;WU Wei-dong1,XIAO Lei1,2,FANG Yu1,LU Tie-cheng2,3,
  • 通讯作者:
    WU Wei-dong1,XIAO Lei1,2,FANG Yu1,LU Tie-cheng2,3,
span class=J_biaoti高压下Fe从bcc到hcp结构相变机理的第一性原理计算/span br /
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 作者:
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  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
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  • 作者:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    卢铁城
含羟基结构熔石英光电性质的第一性原理研究
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    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    石彦立;卢铁城;陈军
  • 通讯作者:
    陈军

其他文献

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卢铁城的其他基金

新型透明陶瓷综合辐射屏蔽光学窗口体系设计、制备及其防护机理研究
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  • 资助金额:
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    青年科学基金项目

相似国自然基金

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  • 批准号:
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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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