第一章 氚 1
1.1 氚的性质 1
1.1.1 氚的核辐射特性 1
1.1.2 同位素效应 2
1.1.3 氚气向氚化水蒸气的转化 8
1.1.4 氚的溶解、扩散和渗透 10
1.1.5 氚的放射生物学效应 13
1.2 氚的来源 16
1.2.1 天然来源 18
1.2.2 人工来源 19
1.3 现役核设施中氚的生成和释放 19
1.3.1 反应堆 19
1.3.2 核燃料后处理设施 21
1.3.3 氚的生产与回收设施 23
1.4 热核反应与聚变堆中的氚 25
1.4.1 核聚变反应 25
1.4.2 实现可控热核聚变的条件 27
1.4.3 磁约束聚变堆的构造 28
1.4.4 工程聚变堆的燃料循环 30
1.4.5 惯性约束聚变 31
1.4.6 惯性聚变能发电 33
1.5 氚的分析测量 36
1.5.1 气体电离探测器测量 38
1.5.1.1 电离室 38
1.5.1.2 正比计数器 39
1.5.1.3 盖革-缪勒计数管 40
1.5.2 闪烁探测器测量 41
1.5.3 其他放射性测量方法 44
1.5.4 质谱分析 45
1.5.5 气相色谱分析 46
1.5.6 光谱分析 47
1.6 氚的用途 47
1.6.1 氢弹 48
1.6.2 中子弹 49
1.6.3 热核燃料 50
1.6.4 氚靶和氚放射源 51
1.6.5 氚灯和氚发光涂料 54
1.6.6 放射性示踪与氚标记化合物 55
1.7 氚的安全和防护 57
1.7.1 氚的放射学毒性 58
1.7.2 氚内照射对人体健康的影响 61
1.7.3 氚放射防护的基本原则 65
1.7.4 氚安全控制 69
第二章 氚在固体材料中的理化行为 72
2.1 氚的渗透行为 73
2.2 氚在材料表面的吸附-解吸过程 79
2.2.1 单分子层吸附 81
2.2.2 多分子层吸附 84
2.2.3 解吸 85
2.3 氚在材料中的溶解过程 86
2.3.1 溶解度、溶解热与溶解定律 87
2.3.2 氚在金属中的溶解 92
2.4 氚的扩散行为与扩散方程 95
2.4.1 菲克第一定律和第二定律 95
2.4.2 扩散方程式的求解 98
2.4.2.1 稳态扩散方程求解 98
2.4.2.2 非稳态扩散方程求解 100
2.4.2.3 稳态与非稳态扩散方程分析 101
2.4.3 扩散过程的影响因素 106
2.5 扩散渗透参数的定量评价 115
2.5.1 φ，D和S三者之间的关联 116
2.5.2 定量评价方法举例 119
2.5.3 氢同位素在某些材料中的扩散渗透参数 126
2.6 氚的非常规渗透与渗漏 129
2.6.1 表面复合控制步骤的渗透 130
2.6.2 等离子体驱动的渗透 130
2.6.3 渗漏（或泄漏） 132
2.7 扩散渗透测定的实验方法 135
2.7.1 压力测量法 137
2.7.2 吸附-解吸测量法 140
2.7.3 四极质谱仪法 141
2.7.4 电离室测量法 144
2.7.5 正比计数管测量法 146
2.7.6 测量方法评价 147
2.8 含氚固溶体与元素氚化物 149
2.8.1 氚与金属的相互作用 151
2.8.2 金属钯中的氚 156
2.8.3 金属氚化物的储氚作用 159
2.8.4 氢脆与氦脆 164
2.9 氚在材料中的辐射效应 170
第三章 防氚渗透材料的类别与使用要求 177
3.1 防氚渗透材料的含义 178
3.2 防氚渗透材料的性能要求 181
3.3 材料分类 185
3.3.1 根据材料发展的成熟程度分类 185
3.3.2 根据材质类型和结构特点分类 188
3.4 氚的密封与包容 190
3.4.1 氚的第一级密封和包容 191
3.4.2 氚的二级包容 192
3.4.3 氚的多重包容 192
3.5 氚的常规操作系统举例 194
3.5.1 产氚操作系统 194
3.5.2 贮氚操作系统 196
3.5.3 钯合金分离纯化系统 198
3.5.4 核燃料元件包壳 199
3.5.5 核燃料后处理中氚的回收系统 202
3.5.6 重水反应堆中氚的回收系统 204
3.5.7 大量氚的处理系统 205
3.6 氚废物处理 207
3.6.1 气态氚废物 208
3.6.1.1 催化氧化脱氚 209
3.6.1.2 气态氚废物的直接固定 210
3.6.2 液体氚废物 211
3.6.2.1 水泥固化 211
3.6.2.2 有机氚废液处理 212
3.6.3 固体氚废物 213
3.6.3.1 高释气率固体氚废物 213
3.6.3.2 包装与贮存 214
3.6.4 高比活度氚废物 215
3.7 个人辐射防护与氚污染控制 216
3.7.1 个人防护衣具 217
3.7.1.1 防护手套 218
3.7.1.2 防护气衣 220
3.7.2 氚污染控制 221
3.7.2.1 大型核设施的氚污染控制 221
3.7.2.2 氚开放性操作的污染控制 224
3.7.2.3 材料氚污染的控制 225
3.8 工程试验聚变堆 227
3.8.1 装置本体结构 228
3.8.2 第一壁 229
3.8.3 氚循环纯化处理 231
3.8.4 多重包容 232
3.9 防氚渗透材料的选择与开发 234
3.9.1 材料选择与开发的依据 234
3.9.2 材料开发关注的焦点 237
3.9.3 材料的表征和评价 240
第四章 金属与合金 242
4.1 不锈钢 243
4.1.1 氢同位素在奥氏体不锈钢中的扩散渗透行为 245
4.1.2 氚在316L不锈钢中的扩散渗透行为及其同位素效应 251
4.1.3 不锈钢贮氚容器的渗透特征 254
4.1.4 表面状态对氚扩散渗透行为的影响 261
4.2 铝和铝合金 268
4.2.1 金属铝及其合金 268
4.2.2 铝基金属间化合物（铝化物）涂层 271
4.2.3 305铝合金表面氧化膜 275
4.2.4 氚渗透机制探讨及渗透的影响因素 279
4.2.5 防氚渗透性能评价 282
4.3 其他金属与合金 286
4.3.1 金属元素单质及合金 286
4.3.2 核燃料元件金属包壳材料的比较 292
4.3.3 铀与铀合金同氚的相互作用 297
第五章 非金属材料 302
5.1 陶瓷材料 304
5.1.1 氚扩散实验研究 305
5.1.1.1 实验原理和装置 305
5.1.1.2 实验结果 307
5.1.1.3 几种材料的测量参数 312
5.1.2 氚溶解度实验研究 317
5.1.2.1 二次离子质谱分析 318
5.1.2.2 实验方法 320
5.1.2.3 实验结果 321
5.1.3 氚渗透示踪实验研究 326
5.1.3.1 实验原理和方法 326
5.1.3.2 烧结氧化铝样品管的实验结果 330
5.1.4 结论 335
5.2 碳质材料——石墨 335
5.2.1 高温气冷堆包覆颗粒燃料涂层 339
5.2.2 氚在热解碳中扩散行为实验研究 341
5.2.3 氚在不同石墨样品中的释放行为研究 345
5.3 玻璃 351
5.3.1 SCB玻璃 354
5.3.2 含硼玻璃与石英玻璃 354
5.4 有机高分子材料 357
5.4.1 防氚衣具材料的选择 359
5.4.2 氚在有机高分子材料中渗透的实验测量 364
5.4.3 湿度对材料渗透性的影响 367
第六章 复合材料和组合材料 371
6.1 复合材料中的基体与功能体 372
6.1.1 金属-金属复合材料 373
6.1.2 陶瓷材料功能体 375
6.2 复合材料的制备 378
6.2.1 金属氧化物涂层 380
6.2.2 空心阴极离子镀 384
6.2.3 离子束辅助沉积 385
6.3 氘-氚聚变堆材料的选择 387
6.3.1 核聚变点火与等离子体约束条件 387
6.3.2 面对等离子体的材料 389
6.3.3 第一壁和包层结构材料 394
6.3.4 聚变堆材料研究中的问题 396
6.4 复合材料中氚渗透数学模型 400
6.4.1 氚在两材料层中的渗透模型 400
6.4.2 无量纲数学表达 406
6.4.3 模型数学求解和结果讨论 409
6.4.4 数学模型应用实例 412
6.5 碳化钛（TiC）陶瓷膜复合材料实验研究 414
6.5.1 概述 414
6.5.2 TiC陶瓷膜复合材料的制备 417
6.5.3 TiC陶瓷膜成分分析与性能评价 419
6.5.4 渗透机制的模型解释 424
6.5.5 TiC陶瓷膜高效阻渗机制探讨 428
6.6 碳化钛（TiC）陶瓷膜稳定性研究 431
6.6.1 等离子体辐照稳定性研究 431
6.6.2 中子辐照稳定性研究 435
6.6.3 γ射线和β射线辐照稳定性研究 436
6.6.4 在反复热冲击下的稳定性研究 438
6.7 碳化硅（SiC）陶瓷膜复合材料实验研究 441
6.7.1 概述 441
6.7.2 不锈钢基体表面SiC阻挡层研究 444
6.7.3 SiC陶瓷膜的阻渗机制探讨 450
6.8 组合材料 451
6.8.1 分类和应用 452
6.8.2 因科洛依合金三层组合材料 455
参考文献 459