中文摘要：

乏燃料后处理已经成为制约核能可持续发展的关键问题之一。本项目针对Sm(包括Sm2O3和SmCl3)在熔盐电解过程中的电化学行为进行系统的研究，获得其在熔盐中的全面的基础数据。本研究不需要把Sm2O3转化成氯化物或氟化物后再进行电解，操作简单，减少对设备的腐蚀，为处理氧化物形式的乏燃料提供理论依据。采用循环伏安、计时电位、计时电流等方法，系统的测定Sm在不同熔盐体系、不同阴极、不同温度的还原电位，活度系数，扩散系数和扩散活化能以及吉布斯自由能，焓变和熵变等热力学数据，确定其在熔盐中的电化学反应机理。在此基础上，选择适合Sm与其他镧系元素分离的熔盐体系和阴极，计算分离系数，探索有效分离规律；钐与铀性质相似，通过钐的熔盐电解过程，模拟铀的浓缩与分离，为乏燃料的分离和浓缩提供理论依据。在实现Sm与其他元素分离的同时，电解得到Sm-Co(Al、Ni、Fe)等功能材料合金，使稀土资源得以有效利用。

结论摘要：

随着核能的广泛应用，乏燃料的处理处置已经成为制约核能可持续发展的关键问题之一。熔盐电解法是目前研究最广泛的干法技术，也是较容易在工程上实现的干法后处理技术。本课题研究了Sm在氯化物熔盐中的电化学机理并通过熔盐电解法提取Sm。研究了Sm(III)在惰性钼阴极上的电化学行为。在钼电极上在LiCl–KCl熔盐体系中，Sm(III)的电极反应为三电子转移、两步还原过程，且二价钐还原为金属Sm的还原电位比溶剂中的金属离子更负，不能在惰性电极上直接电解析出。Sm（III）还原为Sm（II）的电极过程是由传质速度步骤控制的可逆过程。利用Berzins-Delahay方程计算了可逆体系下Sm(ΙΙΙ)离子的扩散系数。通过采用活性阴极，使钐离子在活性阴极上沉积，利用钐在活性阴极上的合金化和去极化作用直接将其制成合金，即采用阴极合金化法使钐以合金形式存在，进而达到提取钐的目的。采用循环伏安法、方波伏安法、稳态极化法以及开路计时电位法研究Sm(ΙΙΙ)离子在不同活性阴极（M=Al，Fe，Ag和液态Zn）上的电化学行为及合金形成过程。通过采用熔盐中的金属离子预先沉积到惰性阴极上来代替活性阴极，Sm与其他金属离子共电沉积的方法来提取元素Sm。通过采用循环伏安、方波伏安法以及开路计时电位法来研究Sm(III)与Al(III)、Zn(II)和Fe(III)共电沉积行为。通过尝试以Sm2O3作为原料在LiCl–KCl熔盐体系中提取Sm。同时探究了ZnCl2（MgCl2、AlCl3）对Sm2O3的氯化效果，为分离和提取镧系元素提供基础数据和有效的提取方法。并在LiCl-KCl熔盐体系中添加合适的助剂（AlCl3）的方法，直接电解Sm2O3来提取Sm元素，证实了通过在LiCl-KCl熔盐体系中加入助剂AlCl3后，可以使Sm2O3通过形成Al-Sm合金的方法提取分离Sm。本课题通过研究Sm在熔盐中的电化学行为及其提取过程，得到基础的理论数据，为乏燃料的提取和分离提供理论依据和可靠的实验数据。