[发明专利]一种用于氦-3瞬态试验的氚防护系统及方法

说明书

本发明公开了一种用于氦‑3瞬态试验的氚防护系统及方法。由氦‑3气体回路、手套箱包容系统、手套箱应急系统、氚在线监测系统组成。氦‑3气体回路、手套箱包容系统及密封工艺间对氦‑3气体中氚形成三级包容屏障，氚在线监测系统各包容系统进行多点取样和多方法在线监测。氦‑3气体回路通过除氚器和回路用分子筛干燥器组合除去氚气和氚化水，并在除氚器和氦‑3气屏结构表面进行Al₂O₃涂层，减少高温高压氚的渗透量。手套箱应急系统通过手套箱净化吸附和抽气压缩储存方式，分别处理氦‑3回路较长时间微小氚泄漏和较短时间大量氚泄漏的事故。本发明可用于核燃料功率瞬态试验、在线辐照产氚试验和氚增殖剂堆内辐照等。

技术领域

本发明涉及一种氦-3功率瞬态试验的氚防护领域，具体涉及一种针对氦-3气体回路的氚防护系统及方法，可用于氦-3堆内功率瞬态试验和基于氦-3的气态氚在线辐照生产研究，为先进核燃料元件的研发和氚同位素生产等提供安全保障。

背景技术

在研究堆上，氦-3瞬态试验是探索不同辐照功率变化对燃料元件安全性的影响，是非常重要的试验手段。但在氦-3瞬态试验回路中，氦-3气体在堆内吸收中子通过(n,p)核反应会产生放射性氚。氚具有很高的扩散性和危害性，难以防护，而且对氚的环境排放要求很高，因此基于氦-3的燃料元件功率瞬态试验系统最关键的安全问题就是氚的防护。本发明的多级多方法氚防护系统，对整个瞬态试验回路中产生的含氚高温高压氦-3气体进行试验过程中现场在线氚安全防护具有重要意义。

在聚变堆研究中，研究堆内氚增殖剂包层辐照在线产氚试验是聚变能源研究ITER计划专项研究的重要内容。设计合适安全可靠的辐照产氚及释氚回路，为氚增殖剂材料的辐照性能评价、释放氚的载带及循环参数研究等奠定基础，而载气系统的氚防护是整个试验安全进行的关键，本发明的氚防护系统对其具有重要参考价值。

发明内容

该发明的目的在于提供一种对氦-3功率瞬态试验中产生氚进行辐射防护的系统和方法，氦-3气体在堆内吸收中子通过(n,p)核反应会产生放射性氚，氚防护与监测是保证燃料元件功率瞬态辐照试验安全的重点。本发明的系统能实现高密封和高温高压环境下在线辐照产生氚的防护，设置了多级氚吸附、包容和监测等措施，保证试验系统的安全。

本发明通过以下技术方案实现：

本发明提出一种用于氦-3瞬态试验的氚防护系统，其特征在于：包括氦-3气体回路、手套箱包容系统、手套箱应急系统、氚在线监测系统组成。

所述氦-3气体回路是由辐照装置、除氚器、调压装置、回路用分子筛干燥器和气体循环泵等构成的强制循环回路，形成初级涉氚包容系统；所述手套箱包容系统对氦-3气体回路进行包容，形成次级涉氚包容系统；所述手套箱应急系统对手套箱包容系统进行循环除氚和抽真空压缩储存；所述氚在线监测系统分别对氦-3气体回路、手套箱包容系统和手套箱应急系统的气态氚浓度和形态进行在线监测甄别。

具体的，所述氦-3气体回路的辐照装置出口处设置金属贮氚材料的除氚器，用于去除少量未氧化的氚气；调压装置进出口处设置回路用分子筛干燥器，用于去除少量氧化的氚化水，所述回路用分子筛的装量和粒径都较小，装填吸附剂后的空隙容积较小，可减少氦-3气体用量。所述氦-3气体回路的压力边界内选择低泄漏率的全金属部件，结构材料选用氚渗漏量小的316L不锈钢，尽可能全用焊接连接方式，减少或不用机械部件连接，涉氚阀门为金属波纹管密封阀，其氦质谱检漏小于1×10^-10Pa·m³/s，涉氚气体循环泵为金属波纹管泵，其氦质谱检漏小于1×10^-8Pa·m³/s，形成含氚氦-3的实体初级包容屏障，其氦质谱检漏小于1×10^-7Pa·m³/s。所述氦-3气体回路氚聚集较多、压力温度较高的除氚器和氦-3气屏处氚渗透量很大，其结构表面进行Al₂O₃涂层，减少高温高压氚的渗透量。