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AbstractAbstract
[en] The present work discusses the adsorption of H2O(g) as well as the reactions of D2O(g) and D2(g) with lithium orthosilicate (Li4SiO4), a potential tritium breeding ceramic for future fusion reactors. An apparatus was constructed which permits H2O partial pressures as low as 1 μbar to be generated and subsequently measured with high accuracy and precision. Using the frontal analysis of gas chromatography, adsorption isotherms were determined at temperatures and water vapor pressures ranging from 653 to 1093 K and 1 to 10 μbar, respectively. Based upon the data, the tritium inventory at the surface of Li4SiO4(cr) can be estimated as function of temperature and water vapor concentration in the purge gas of a solid breeder blanket. The reactions of lithium orthosilicate with deuterium oxide and deuterium were studied at high temperature (1160 - 1420K) by means of Knudsen effusion mass spectrometry. In both cases the production of lithium hydroxide and the establishment of an equilibrium between LiOD(g) and D2O(g) were observed; D2O is derived from oxidation of deuterium, presumably under formation of a reduced surface layer. Equilibrium constants and reaction enthalpies were computed for the reaction of Li4SiO4(cr) with D2O(g). In addition, the vapor pressure of LiOD(g) above Li4SiO4(cr) was determined as function of temperature and deuterium oxide pressure. Further experiments with lithium orthosilicate were carried out under flowing hydrogen in order to analyze the effects of temperature, H2-concentration, gas flow, sample size and sample pretreatment on the formation of water vapor. The results confirm the mass spectrometric findings mentioned above. (orig.)
[de]
Die vorliegende Arbeit behandelt die Adsorption von H2O(g) sowie die Reaktionen von D2O(g) und D2(g) mit Lithiumorthosilikat (Li4SiO4), einer potentiellen Tritium-Brutkeramik fuer zukuenftige Fusionsreaktoren. Eine Apparatur wurde entwickelt, in der H2O-Partialdruecke bis herab zu 1 μbar erzeugt und mit hoher Genauigkeit und Praezision gemessen werden koennen. Unter Verwendung der Frontalanalyse der Gaschromatographie wurden Adsorptionsisothermen bei Temperaturen von 653 bis 1093 K und Wasserdampfpartialdruecken zwischen 1 und 10 μbar ermittelt. Die Daten ermoeglichen eine Abschaetzung des von der Adsorption an der Keramikoberflaeche herruehrenden Tritiuminventars als Funktion von Temperatur und Wasserdampfkonzentration im Spuelgas eines Feststoffblankets. Unter Verwendung der Massenspektrometrie mit Knudsenzelle wurden die Reaktionen von Lithiumorthosilikat mit Deuteriumoxid und Deuterium bei hohen Temperaturen (1160 - 1420 K) untersucht. In beiden Faellen wurde die Bildung von Lithiumhydroxid und die Einstellung eines Gleichgewichts zwischen LiOD(g) und D2O(g) beobachtet; Deuterium wird hierbei, wahrscheinlich unter Bildung einer sauerstoffdefizienten Oberflaechenschicht, zu D2O oxidiert. Fuer die Reaktion von Li4SiO4(cr) mit D2O(g) wurden Gleichgewichtskonstanten und Reaktionsenthalpien berechnet. Ferner wurde der Dampfdruck von LiOD(g) ueber Li4SiO4(cr) in Abhaengigkeit vom D2O-Partialdruck und der Temperatur ermittelt. Weitere Experimente mit Lithiumorthosilikat und Wasserstoff wurden unter dynamischen Bedingungen durchgefuehrt, um die Einfluesse von Temperatur, H2-Konzentration, Volumenstrom sowie Probenmenge und -vorbehandlung auf die Bildung von Wasserdampf zu untersuchen. Die Ergebnisse bestaetigen die oben aufgefuehrten massenspektrometrischen Beobachtungen. (orig.)Original Title
Untersuchungen zur Wechselwirkung von Lithiumorthosilikat mit Wasserdampf und Wasserstoff
Primary Subject
Source
Sep 1994; 125 p; ISSN 0303-4003;
; Diss.

Record Type
Report
Literature Type
Thesis/Dissertation
Report Number
Country of publication
ALKALI METAL COMPOUNDS, ELEMENTS, FLUIDS, GASES, HYDROGEN COMPOUNDS, HYDROGEN ISOTOPES, HYDROXIDES, ISOTOPES, LIGHT NUCLEI, LITHIUM COMPOUNDS, MATERIALS, NONMETALS, NUCLEI, ODD-ODD NUCLEI, OXYGEN COMPOUNDS, PHASE TRANSFORMATIONS, PHYSICAL PROPERTIES, SILICATES, SILICON COMPOUNDS, SORPTION, SPECTROSCOPY, STABLE ISOTOPES, THERMODYNAMIC PROPERTIES, VAPORS, WATER
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