[实用新型]一种氚气纯化系统

说明书

技术领域

本实用新型属于气体纯化技术领域，具体涉及一种氚气纯化系统。

背景技术

氚是氢的放射性同位素，具有毒性较低、比活度较高、放射性自显影性质良 好的优点，已广泛应用于科学示踪研究、自发光光源、氚靶研制等领域，而且还 是可控核聚变的燃料。大量氚通常以金属氚化物形式贮存，尤其是以铀氚化物最 为普遍。

氚化铀是一种被公认为理想的贮氚材料，这主要是由于其具有较低的平衡分 解压、解吸温度、较大的可逆吸氚容量、较快的解吸速率、能有效避免氚的高温 渗透损失及氚老化效应轻微等优点。其贮氚原理是金属铀屑在氢气(含有氚气) 中加热会吸附氚，其中加热至150℃，铀粉吸附氚的速率最快，加热至255℃是会 反应生成氢化铀，氢化铀是氚的最佳贮存形式。使用氚气时，将氢化铀升温到 350～400℃会分解释放出氚气。氚与铀的化学反应为：2U+3T₂→2UT₃。

上述反应是一个可逆反应，在铀吸附氚气反应生成氚化铀的同时，氚化铀也 在加热过程中分解释放出氚气，当吸附的气体分子和解吸释放的气体分子数相同 时，反应即达到平衡。

当氚在氚化铀粉瓶中长期贮存时，氚化铀中的氚经β衰变成³He，当³He的量 达到临界浓度以后，就会大量释放出来，降低氚的纯度，直接影响氚的应用。另 外，在氚的贮存、冷却或运输等过程中，氚与环境气氛中水汽作用，会产生O₂、 N₂、NH₃、CH₄、CO和CO₂等杂气。因此长期贮存的氚在使用前必须纯化，以保 障氚的纯度。目前常用的氚气纯化是利用Pd-Ag扩散膜进行纯化的，该法适于大 规模氚气纯化，成本较高且尾气中残留有氚，氚回收率相对较低。因此，目前需 要一种氚气回收率高、纯度高且操作简单的适用于小批量氚气纯化的系统。

实用新型内容

(一)实用新型目的

根据现有技术所存在的问题，本实用新型提供了一种氚气回收率高、纯度高 且操作简单的氚气纯化系统。

(二)技术方案

为了解决现有技术所存在的问题，本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种氚气纯化系统，该系统包括可通过阀门相互连通或断开的氚气引入系统、 循环分离系统及尾气监测系统；所述氚气引入系统包括真空泵、冷阱、缓冲瓶、 真空计和待纯化贮氚铀粉瓶，其中待纯化贮氚铀粉瓶为整个纯化系统提供氚气， 真空泵与冷阱通过管道连接，且从冷阱引出的管道通过四通分别与缓冲瓶、真空 计、待纯化除氚铀粉瓶及循环分离系统相连接；

所述循环分离系统包括两个流通式铀床、一个贮氚铀床和一个循环泵；其中 两个流通式铀床按照距离待纯化贮氚铀粉瓶由近及远的顺序分别为第一流通式 铀床和第二流通式铀床，且第一流通式铀床、第二流通式铀床及贮氚铀床通过管 道串接且均设置有电加热设备；第一流通式铀床实现对氚氦以外的杂气吸附；第 二流通式铀床实现氚气的贮存和贮存后的释放，贮氚铀床贮存从第二流通式铀床 中释放的纯化后氚气，且贮氚铀床通过管道与尾气监测系统的尾气贮存罐相连接；

所述尾气监测系统包括尾气贮存罐、尾气监测压力表及循环泵；其中尾气监 测压力表及循环泵位于尾气贮存罐的上方，该循环泵通过管道和三通分别与氚气 引入系统及第一流通式铀床相连接。

优选地，待纯化贮氚铀粉瓶上设置的电加热设备的加热温度为400～500℃； 第一流通式铀床上设置的电加热设备的加热温度为600～700℃；第二流通式铀 床上设置的电加热设备的加热温度在贮存氚时设置为150℃，释放氚时设置为 400～500℃；贮氚铀床上设置的电加热设备的温度设置为150～255℃。

优选地，所述第一流通式铀床、第二流通式铀床及贮氚铀床内均填充有铀粉。

优选地，所述氚气引入系统中设置有引入气体监测压力表，以指示待纯化贮 氚铀粉瓶内释放出的氚气的压力，当压力超过1个大气压时，打开缓冲瓶下方的 阀门使氚气进入缓冲瓶。

优选地，所述待纯化除氚铀粉瓶、冷阱、缓冲瓶及管道的材质均为不锈钢； 其中管道为内表面抛光的不锈钢管道，以降低氚气吸附量、氦气及其他气体。