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氘氚聚变能是解决未来人类能源问题的重要途径之一。核聚变学科涉及很多科学、工程技术和材料问题,其中氚自持是氘氚聚变堆的核心问题之一。由于氚在自然界中仅痕量存在,聚变堆中除了运行初期必须向聚变堆环形真空室提供预留的氘氚气体外,稳态运行后,聚变堆所需的燃料氚必须由聚变高能中子通过铍、铅等材料倍增后辐照含有锂物质构成的包层材料来产生。掌握含锂增殖剂的释氚行为及机理是设计氚提取回路并实现氚自持的研究基础,也是研究难点。基于此,本文对我国聚变堆固体锂陶瓷增殖剂的主要候选材料Li4SiO4的释氚行为展开了研究,重点研究晶粒表面反应对Li4SiO4释氚行为的影响。本文通过离线释氚实验研究了晶粒表面吸附／解吸反应以及同位素交换反应对Li4SiO4释氚行为的影响,并根据实验数据分析了各表面反应同时存在情况下的竞争机制及优先反应类型。在此基础上分析并解释了文献中数据出现较大差异的原因,为氚提取回路的设计提供了实验基础和理论依据。由于载气流速和升温速率会影响释氚温度,因此如无特殊说明,本文的实验数据都是在载气流速为50mL/min,升温速率为5℃/min条件下获得的。主要结论如下：(1)对于Li4SiO4来说,除了少量自由氚气之外,氚扩散至晶粒表面后主要以-OT形式存在。既可以通过-OT/-OH的再结合/解吸反应释放氚水(410℃以下),也可以通过O-T键的断裂后形成的T离子的再结合反应释放氚气(563℃和722℃)。前者释放温度低于后者。样品自身释放氚气的实验现象的发现完善了锂陶瓷增殖剂表面释氚过程的认识。此类实验研究在文献中鲜有报道。样品自身释放氚气的实验现象仅出现在表面“干燥”的样品。Li4SiO4样品吸水后,表面上H2O/-OH浓度增加,使得氚水解吸反应优于氚气解吸反应发生,因而降低了释氚温度以及氚气释放比例。(2) Li4SiO4是吸水能力较强的锂陶瓷增殖剂,存在多个吸附H2O/-OH的位点,根据样品预处理条件以及存放条件的不同,表面既有物理吸附水,也有化学吸附水。物理吸附水通过H20同位素交换反应影响释氚温度,化学吸附水通过-OH/-OT再结合／解吸反应影响释氚行为。Li4SiO4表面存在多个H2O/-OH的位点导致出现多个氚水解吸峰,随Li4Si04表面吸附水分的不同而不同。本文对Li4SiO4释氚表面反应动力学研究表明,Li4SiO4表面的氚水解吸反应为二级反应,每种解吸位点对应着不同的活化能。对释氘实验中各释氚峰温对应的活化能进行了计算。(3)载气中H2主要通过H2同位素交换反应和H2在Li4SiO4表面生成水的反应影响锂陶瓷增殖剂的释氚化学形态和温度。H2同位素交换反应仅在400℃以上出现,但仍然低于通过T2/HT再结合／解吸反应释放氚气的温度(563℃和722℃),因此载气中加H2可降低氚气释放温度。H2在Li4SiO4表面生成水的反应峰值温度出现在668℃。(4) Li4SiO4样品表面上吸附水分导致的氚水解吸反应以及载气中加H2后的氢同位素交换反应对锂陶瓷增殖剂释氚的影响存在竞争机制。前者(反应温度在410℃以下)优于后者(反应温度在440℃以上)进行。因此Li4SiO4样品吸水后,载气中加H2对释氚化学形态的影响显著降低。相关机理解释在文献中鲜有报道。这一认识对于氚提取回路的设计十分重要。本文首次较为深入地研究了样品吸附水分对Li4SiO4释氚行为影响及其与载气中H2效应竞争反应机制。在此基础上归纳了不同表面条件下的释氚行为特征,计算了表面释氚动力学参数。研究结果表明,表面反应对释氚结果影响较大。本文的研究为解释文献中锂陶瓷增殖剂释氚行为不同的现象提供了重要的实验依据。文献中鲜有系统研究。本文的研究结果进一步加深了对释氘机理的理解,为氚提取回路的设计提供了重要的研究数据。