[发明专利]一种快速确定Zr2

说明书

本发明提供了一种快速确定Zr₂Fe基合金抗毒化温度的方法和提高Zr₂Fe基合金抗毒化性能的方法，涉及氢同位素储存技术领域。本发明通过第一性原理理论预测Zr₂Fe基合金抗杂质气体毒化的条件，并通过实验验证了其抗毒化条件，极大地缩短了实验测试的时间及原料成本，且具有普遍适用、效果突出的优点。本发明能够避免或缓解Zr₂Fe基合金在吸氢/氘/氚过程中的杂质毒化问题，从而提高Zr₂Fe基吸氢性能。

技术领域

本发明涉及氢同位素储存技术领域，尤其涉及一种快速确定Zr₂Fe基合金抗毒化温度的方法和提高Zr₂Fe基合金抗毒化性能的方法。

背景技术

随着人类社会的发展，能源危机日益显著。作为能源消耗大国，中国既要保持经济的持续发展，又要解决环境污染问题，对清洁、可再生的新能源需求更为迫切。而在众多新型能源中，受外界影响较小，具有安全、高能量密度的可控聚变能成为解决能源危机的一个理想途径。目前基于托卡马克装置的磁约束聚变研究较为广泛且进展迅速。作为国际热核聚变实验堆的首选方案，氘氚聚变反应是最容易实现的聚变反应途径。但是，由于氚本身既是燃料又具有放射性，不但非常昂贵，而且一旦泄漏将对环境造成巨大污染。因此，控氚对氘氚为燃料的聚变堆来说是非常重要的课题。

一种成熟的脱氚方法是将含氚废气经催化氧化后作为氚水收集。然而，氚化水可以进入细胞核/细胞产生生物学效应，包括遗传毒性、免疫毒性、神经毒性。因此，与放射性氚气相比，氚化水具有剧毒，即使在低浓度下也会造成更大的污染。目前，采用金属吸气剂法捕集惰性气氛中的氚，具有不产生高毒性的氚水、被捕集的氚容易回收等优点，是当今氚工艺实验室大力发展的一种含氚废气处理方法。

Zr₂Fe合金可以在氢含量浓度较低情况下对氢气达到较高的吸收效率，且其原料成本要低于其它锆基合金，如ZrCo、ZrNi等合金，因此Zr₂Fe合金在实际工业生产中应用较广。但杂质气体自然存在于空气中或氚回收系统产生，气体的毒化会严重阻碍Zr₂Fe在氚技术中的应用，因而抗毒化能力是评价Zr₂Fe合金的一个关键参数。目前，关于杂质气体(如一氧化碳)对Zr₂Fe 合金在吸氢过程中性能衰减的研究鲜有报道，仅Prigent等人表征了Zr₂Fe合金对纯氢和5vol.％CO+95vol.％H₂混合物的气体吸附性能，结果表明室温条件下低浓度的CO降低了Zr₂Fe合金的吸氢性能，但在较长时间尺度上仍表现出明显的吸附性能(Prigent,J.；Latroche,M.；Leoni,E.；Rohr,V., Hydrogen trapping properties of Zr-based intermetallic compounds in the presence of CO contaminant gas.Journalof alloys and compounds 2011,509, S801-S803.)。目前用于探究杂质气体对锆基合金吸氢气性能影响的实验手段若要考量各个温度，耗时较长、效率较低，无法快速判定锆基合金在实际应用中的优选温度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种快速确定Zr₂Fe基合金抗毒化温度的方法和提高Zr₂Fe基合金抗毒化性能的方法，可以快速判定锆基合金在实际应用中的优选温度，提高Zr₂Fe基合金的抗毒化能力。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种快速确定Zr₂Fe基合金抗毒化温度的方法，包括以下步骤：根据第一性原理的密度泛函理论计算杂质气体在Zr₂Fe基合金表面的饱和吸附分子数量；