含铜离子水溶液的辐射分解行为

作者：林蕴良; 郭子方; 林子健; 吴志豪; 周煜筑; 张鹏; 林铭章^*

来源：辐射研究与辐射工艺学报, 2023, 41(04): 3-12.

DOI：10.11889/j.1000-3436.2023-0006

• 含铜离子水溶液
• γ射线
• 辐射分解
• 化学动力学模拟

铜与铜合金广泛应用于核材料领域，对于材料腐蚀控制和氢爆风险评估，含铜离子水溶液辐解的影响必须予以考虑。本工作开展了含铜离子水溶液γ辐解实验，探究了不同吸收剂量、吸收剂量率和Cu2+浓度对H2O2、O2和H2生成的影响。实验结果表明：随着吸收剂量的增加(0～1.80 kGy),H2O2和气相中H2的浓度先增大后趋于稳态，其稳态浓度分别为5.41×10-6 mol/L和7.91×10-5 mol/L，而气相中O2的浓度则维持在9.04×10-4 mol/L。Cu2+的存在使H2、H2O2的平衡浓度分别提升一个和两个数量级，对H2O2、H2的生成起到促进作用，但对O2的生成基本没有影响。H2O2和H2的平衡浓度随着吸收剂量率的增大而升高，当吸收剂量率从1.40 Gy/min增大到46.93 Gy/min，其平衡浓度分别从4.56×10-6 mol/L和1.78×10-5 mol/L升高到2.46×10-5 mol/L和3.81×10-4 mol/L，而在此吸收剂量率范围内O2基本不受影响。同时，基于水辐解反应动力学和气液两相传质双膜理论，我们构建了含铜离子水溶液辐解计算模型。模拟结果与实验数据相比，标准化平均偏差的绝对值基本在1%～7%之间，最大约24%，证明了计算模型的有效性和正确性。在此基础上，运用该模型计算了C6+离子辐照下含铜离子水溶液的辐解行为，模拟结果与文献报道的实验数据吻合良好，表明模型具备可扩展性。

• 单位
  中国科学技术大学