资源描述：
《惯性约束聚变靶材中间体氘代乙醛的合成与表征》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第33卷第4期原子能科学技术Vol.33,No.41999年7月AtomicEnergyScienceandTechnologyJuly1999惯性约束聚变靶材中间体氘代乙醛的3合成与表征张 林 李达言 杜 凯(中国工程物理研究院核物理与化学研究所,成都,610003)刘维铭 高文德 肖淑兴 谢如刚(四川大学化学系,成都,610064)氘代乙醛(CD3CDO)是合成惯性约束聚变(ICF)固体靶材料氘代聚苯乙烯(DPS)的重要中间体之一。以电石(CaC2)及重水(D2O)为原料,经多步液2固、气2液化学反应,合成氘代率达9
2、912%的氘代乙醛。介绍了氘代乙醛的合成工艺及其氘代率的表征方法,并对主要合成工艺参数等进行了探讨。关键词惯性约束聚变靶材料 中间体 氘代乙醛 合成 表征中图法分类号O628111惯性约束聚变(ICF)实验研究中,靶材料及其高质量微靶的研制是ICF实验成败的关键之一。氘(氚)代聚合物固体靶是ICF内爆动力学研究中一种很有前途的高压缩密度出中子靶型,也是“快点火”途径的一种有潜在优势的靶型。日本在80年代中期及90年代初率先开发出[1,2]可直接用于ICF打靶实验的全氘代聚苯乙烯空心固体靶球,随之又研制出氘2氚代聚苯乙[3
3、～5]烯(w(T)=50%和3%～10%两种)空心固体靶。在以w(T)=3%～10%的氘2氚代聚苯乙烯固体靶代替充填D2T气体燃料的空心微球进行ICF打靶实验时,燃料压缩密度达到[5]500～1000倍液体氘2氚密度,几乎接近一次点火的指标。目前,ICF靶用氘(氚)代聚合物主要是氘(氚)代聚苯乙烯,与其它氘(氚)代聚合物相比,它主要具有:常态下化学、物理性能稳[6]定,贮存、运输方便;成球容易,工艺重复性好;氘(氚)代率可达99%以上等优点。为制得ICF固体靶,其首要任务就是合成相应的氘代试剂。氘代乙醛是制备氘代聚苯乙烯
4、的重要中间体,可通过乙醇脱氢法、乙炔水合法、乙烯氧化法及饱和烃(如正丁烷)氧化法等[7,8]制得。本文介绍乙炔水合法合成氘代乙醛工艺及其氘代率的表征方法,并对有关工艺参数进行了探讨。3国家高技术863241623专题及国家惯性约束聚变青年基金(96202)资助项目张 林:男,34岁,有机化学专业,博士,助理研究员收稿日期:1998211202298原子能科学技术 第33卷1 实验111 氘代乙炔的制备将电石在惰性气氛下敲碎,将反应器加热至400～600℃,并抽真空和通入氮气,以除去电石中的水分。通过恒压滴加装置逐滴加入
5、氘代率99175%的重水,滴加速率控制在每分钟5～15滴。生成的氘代乙炔初产物依次通过3个洗涤器:首先通过氘代硫酸溶液以除去氨气等碱性杂质;其次通过次氯酸钠溶液以除去硫化物、磷化物及硅化物等杂质;最后通入氘氧化钠重水溶液中以除去氘代乙炔中的氯化氘等酸性杂质。经过洗涤的洁净氘代乙炔即可进入制备氘代乙醛的反应器中进行反应。氘代乙炔制备反应可表示如下:CaC2+D2OC2D2+Ca(OD)2112 氘代乙醛的制备在一500mL三口烧瓶中加入12gHgSO4,将其加热到120～180℃真空干燥1～2h。于惰性气氛下冷却至室温,加
6、入200mLw(氘代硫酸)=18%～25%氘代硫酸重水溶液,再加入经300℃高温干燥的Fe2(SO4)38g。装上精馏柱、温度计及导气管,加热至80～90℃,以鼓泡方式缓慢通入经净化处理的氘代乙炔。氘代乙醛产物由精馏柱顶端排出,先经0℃左右的冷阱冷却除去挟带的绝大部分D2O,再于-30℃左右收集得氘代乙醛粗品。将氘代乙醛粗品蒸馏,收集21～22℃的馏分,产率30%～40%(以所用重水计)。乙炔水合化学反应式如下:HgSO4öD2SO4C2D2+D2OCD3CDOFe2(SO4)32 产物氘代率的表征有机物氘代率的表征方法
7、主要有质谱计法、气相色谱法、光谱法、色2质联用谱仪(GC2121MS)法、氢核磁共振波谱(HNMR)法及氘核磁共振波谱(HNMR)法等。其中HNMR波谱法[9]中又可分为标准曲线法和内标相对质量校正因子法等,后者具有误差小、操作简便等优点,1故采用内标相对质量校正因子HNMR波谱法测定样品的氘代率。211 相对质量校正因子f的确定称取普通乙醛ms=259.4mg及内标琥珀酸酐mr=4912mg,加入015mL氘代丙酮(CD3COCD3)及适量参比四甲基硅(TMS)。测得乙醛氢谱峰平均积分高度hs=7317,琥珀酸酐氢谱平
8、均积分高度hr=717,于是相对质量校正因子f可由下式求得:mrhs49.2×73.7f==≈1.8mshr259.4×7.7212 样品氘代率的测定加入氘代乙醛md=74913mg、琥珀酸酐m′r=1910mg、氘代丙酮015mL及适量参比TMS,振荡溶解。测得氘代乙醛氢谱峰3次积分平均高度hd=810,琥珀酸酐氢
