不同濕度下金屬Ce的腐蝕行為

李連順

(中核四零四有限公司,甘肅嘉峪關 732850)

金屬钚(Pu)化學性質非常活潑,一旦于表面發生氧化腐蝕,化學性質和核反應能力都會受到極大影響。因此Pu的防腐研究對Pu的儲存和安全隱患有至關重要的作用。但考慮到Pu放射性等問題,通常用電子結構相似的鈰(Ce)來代替進行腐蝕研究。Ce作為一種重要的鑭系稀土元素,價電子結構(4f15d16s2)與錒系元素鈾(U)(5f36d17s2)和钚(Pu)(5f67s2)的價電子結構相近似。Ce在鑭系元素中也是化學性質最活躍、最復雜的金屬元素之一,且本身無放射性,因此,可利用Ce來安全模擬錒系元素U,Pu等固化高放射性廢物材料的熔煉及腐蝕等行為,為錒系元素U,Pu等放射性和高活潑性金屬的物理化學性能研究提供借鑒和參考。

國內外利用Ce模擬Pu,U的相關研究開展已久。鄒林秋等[1]利用Ce模擬U研究晶格固化的問題,發現在高溫固相反應中摻雜Ce形成晶相有鈣鈦礦和金紅石的陶瓷固化體過程中,Ce核素只進入鈣鈦礦的晶格中,且與其形成了固溶體。Wang等[2]以Ce模擬Pu研究高放射性廢物的固化處理,發現Ce在玻璃化產物中具有2種協同固定機制,一種是Ce進入晶格形成Ce-O-Si鍵;另一種是存在于玻璃結構間隙中的CeO2晶體。

針對U,Pu的儲存和安全隱患等方面的研究,采用Ce模擬U,Pu的環境腐蝕亦有諸多報道。羅麗珠等[3]利用X射線光電子能譜技術(X-ray photoelectron spectroscopy,XPS)研究了Ce氧化后的組分結構變化,發現最先形成Ce2O3,增大充入氧氣的量就會進一步生成CeO2。陳丕恒等[4]研究Ce在室溫大氣環境下的氧化過程,認為Ce的氧化物較復雜,初期氧化物Ce2O3會繼續氧化形成Ce7O12,并進一步形成CeO2。……