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【Forum for Basic Studies on Energy】同步辐射技术与锕系元素化学(2020-11-22)
2020-11-20 21:00:05



石伟群研究员

中国科学院高能物理研究所

摘要随着我国核能事业的快速发展,与之相关的锕系元素化学研究方兴未艾。同步辐射技术作为当今先进核分析技术的代表,具有检测速度快、灵敏度高、检测限低等优点,是研究锕系化学强有力工具之一。其中,EXAFS(Extended X-ray absorption fine structure)通过监测吸收边高能侧吸收系数随能量的振荡变化,可以给出锕系离子在固体表面、溶液及高温熔盐中的微观配位结构信息,包括配位原子的种类及其与中心原子的距离、配位数、无序度等;XANES(X-ray absorption near edge structure)作为价态分析的强有力工具,可用来监测锕系离子在各种过程中的氧化态变化;SCXRD(single crystal X-ray diffraction)因为使用高亮度和高聚焦的X射线,可提供足够高的测量精度以保证小尺寸锕系晶体的精确结构解析;PXRD(powder X-ray diffraction)对分析非单晶样品优势明显,可用来对非单晶锕系化合物进行结构精修,也可用来研究锕系化合物在极端条件(高温,高压)下的相行为;HEXS (High energy X-ray scattering)基于对分布函数(PDFs)测定,可以给出晶态、非晶态及溶液状态下锕系离子的中、长程相互作用信息。高能量X射线可有效减少溶液吸附效应,提高测量精度;SAXS (Small angle X-ray scattering)可提供锕系团簇的结构信息,用于监测锕系团簇的形成过程;XRF(X-ray fluorescence)作为无损分析技术,可用于对锕系材料进行元素分布与定量分析;此外,可用于锕系材料表征的同步辐射技术还包括RXS (Resonant X-ray scattering)、IXS(Inelastic X-ray scattering)及STXM(Scanning transmission X-ray microscopy)等。我们可以根据不同锕系材料的研究体系,针对性地选择同步辐射技术解决锕系材料的物理化学问题。发展高灵敏度的多种手段复合的原位监测技术应该是锕系同步辐射技术发展的方向之一。本文针对以上技术在锕系材料表征中的应用进行了系统归纳和总结,对国内外近年来在该领域所取得的研究进展进行了综述,并对同步辐射技术在未来先进核燃料循环系统中的应用前景进行了展望。

报告人:中科院高能物理所研究员,课题组长,博士生导师。2007年1月在清华大学取得博士学位,后在中科院高能物理所工作至今。长期致力于核燃料循环化学与锕系元素化学相关基础研究。在JACS、Angew.Chem、CCS Chem.、Nat.Commun、Adv.Mater.、Environ.Sci.Technol. 、Chem. Commun.等国际知名期刊发表SCI 论文200余篇,成果被国内外同行广泛关注和引用,文章总引6000余次, H因子42 (Google Scholar)。获2019年国家杰出青年科学基金资助。分别担任期刊《Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology》和《Journal of Nuclear Science and Technology》的编委与国际顾问编委,中文期刊《核化学与放射化学》编委。现为中国化学会核化学与放射化学分会常务理事、中国核学会锕系物理与化学分会常务理事、中国有色金属学会熔盐化学与技术专业委员会副主任委员、中国核学会核化工分会理事兼副秘书长。

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20201122日,星期日,13:30

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