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本论文利用X射线衍射（XRD）并结合Rietveld方法较系统地对金属铀和八氧化三铀（U3O8）在不同温度、压力条件下的表层氧化情况和结构变化进行了分析研究。主要的研究结果如下： 对U3O8的相变和结构随温度的变化进行的分析研究结果显示：在300℃附近U3O8发生了相变，由底心正交结构（空间群为Amm2）的低温相转变为简单六方结构（空间群为P-62m）的高温相。在两种相结构各自稳定的温度范围内，U3O8的点阵参数以及衍射峰半高宽（FWHM）出现了有规律的变化，这种变化表明U3O8的晶体结构依赖于环境温度的变化。文中利用FWHM的变化对材料中的微晶尺寸和点阵畸变进行了一定的分析。 对金属铀表层在大气环境中的氧化情况进行分析研究，结果表明：所有温度条件下，金属铀的氧化都是在表层形成一定厚度的UO2+x，只有在较高的温度条件下（如300℃）氧化物才会进一步转化为U3O8。室温～150℃下的氧化动力学曲线表明：金属铀表层氧化形成UO2+x的过程中存在一个转折点，转折点前后形成两个反应阶段：非线性增长阶段和线性增长阶段。200℃条件下，金属铀表层所形成的氟化钙结构的UO2+x的点阵参数a0和FWHM随着氧化时间的增加逐渐减小，然后出现稳定。室温～150℃下金属铀表层的氧化反应符合阿累尼乌斯公式，活化能计算结果为52.4kJ／mol。 在论文中，对金属铀表层在纯氧环境中和低压（100～300Pa）环境中的氧化情况也进行了分析研究，结果表明：相同温度条件下，金属铀表层的氧化产物与大气环境中相同，点阵参数和FWHM的变化也很相似。但氧化速度有所差异，100℃条件下，第一阶段的氧化速率都比大气环境中的氧化速率慢。对比各种实验环境，发现300℃下U3O8的生成速度随着氧气分压的减小而变慢。