[发明专利]一种石墨中氢或其同位素解吸反应釜

说明书

本发明涉及一种石墨中氢或其同位素解吸反应釜，包括：提供一腔体的炉体，由外壁和内壁组成，气冷夹层形成在外壁和内壁之间；提供一样品室的隔热壁，固定设置于腔体内，包括由至少两层内层钼隔热层和至少四层不锈钢隔热层形成；承样台，由金属钼加工而成并固定设置于样品室内；围绕着承样台设置的钼加热丝；抽真空管路，一端与腔体连通，另一端与机械泵和/或油扩散泵连通；惰性气体管路，包括惰性气体入口和惰性气体出口，惰性气体入口的一端与惰性气体源连通而另一端与腔体连通，惰性气体出口的一端与腔体连通而另一端与检测系统连通。根据本发明的石墨中氢或其同位素解吸反应釜可以充分收集石墨样品中解吸出来的氢或其同位素。

技术领域

本发明主要针对的是石墨中氢(氘、氚)的解吸，具体涉及一种石墨中氢或其同位素解吸反应釜。

背景技术

石墨作为中子慢化材料和中子反射材料被广泛地应用于核反应堆中。历史上第一个可自持反应堆“CP-1”中，石墨就是其中的慢化剂。从20世纪40年代以来，石墨就被用于各种反应堆中，尤其是在气冷堆中的应用最为普遍，这使得全世界范围内至今为止有大概250000吨的核石墨废料急需处理。除此之外，在正在努力发展的第四代概念核反应堆中，美国主导开发的高温气冷堆(HTGR)将会使用大量的石墨作为反应堆的中子反射材料，核燃料镀层以及其他的结构性部件。所以核石墨将会是核电站待处理废料中占比非常大的一部分。现阶段对使用过的核石墨的处理还停留在单纯的室内储藏上，但是由于石墨的体积较大，而经过辐照的石墨中又有多种半衰期各不相同的放射性核素，单一的储藏需要比较高的成本。如果能通过某种方法将核石墨中主要的放射性核素分离出来，不仅能减少核石墨的储藏年限进而降低处理成本，还能将一些处理之后的石墨以及放射性核素重复利用。辐照过的核石墨中含有多种放射性核素，包括³H，¹⁴C，⁶³Ni，⁶⁰Co，³⁶Cl，⁵⁵Fe，⁴¹Ca，¹¹⁵²Eu，⁹⁰Sr，¹³³Ba，¹³⁷Cs(3)。而在所有的这些核素中，大量实验证明了绝大部分的放射性活度来源于³H和¹⁴C，一般情况下³H和¹⁴C的放射性比其他核素高出一至两个数量级。而当反应堆停止工作的几年后，整个废料80％-90％的放射性来自石墨中的³H和¹⁴C。因此研究如何将核石墨中的¹⁴C与³H去除具有非常重要的意义。

对于原子半径比较大的¹⁴C，解吸温度大致在800℃左右，主要以CO₂的形态被析出。对于石墨中¹⁴C的解吸来说，一般的管式炉就可达到实验要求。而氢、氘、氚等原子半径非常小，在高温环境中对于材料的渗透性非常的高，大部分的材料在不进行降温的情况下都很难完全收集到从石墨中解吸出来的氢、氘、氚。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的无法完全收集到氢或其同位素的问题，本发明旨在提供一种石墨中氢或其同位素解吸反应釜。

本发明所述的石墨中氢或其同位素解吸反应釜，包括：提供一腔体的炉体，该炉体为双层壁结构，由外壁和内壁组成，用于通入冷却气体的气冷夹层形成在外壁和内壁之间；提供一样品室的隔热壁，该隔热壁固定设置于该腔体内，该隔热壁由至少两层内层钼隔热层和至少四层不锈钢隔热层形成；用于盛放石墨样品的承样台，该承样台由金属钼加工而成并固定设置于该样品室内；围绕着承样台设置的钼加热丝；抽真空管路，该抽真空管路的一端与腔体连通，另一端与机械泵和/或油扩散泵连通；惰性气体管路，其包括设置于炉体下部的惰性气体入口和设置于炉体上部的惰性气体出口，该惰性气体入口的一端与惰性气体源连通而另一端与腔体连通，该惰性气体出口的一端与腔体连通而另一端与检测系统连通。

该石墨中氢或其同位素解吸反应釜还包括热电偶，该热电偶贯穿炉体和隔热壁直接伸入样品室中。