[发明专利]一种氚和碳-14取样系统

说明书

本发明涉及一种氚和碳‑14取样系统。本发明所述的系统包括通过管道依次连接的入口测量部分、中间取样部分及出口测量部分，所述的入口测量部分和出口测量部分均设置有温度计、压力计、流量计，所述中间取样部分包括多级取样瓶和加热及催化氧化装置，所述的多级取样瓶设置为4‑8级，分别装有氚和碳‑14取样液，各级取样瓶通过管道依次连接，所述的加热及催化氧化装置设置在多级取样瓶的中间位置。采用本发明所述的系统可以针对以HTO和/或T₂O形态的氚和以¹⁴CO₂形态的碳‑14同时进行有效的分离取样，也能针对以HT、T₂、CH₃T等非HTO和/或T₂O形态的氚和以¹⁴CO、¹⁴CH₄等非¹⁴CO₂形态的碳‑14同时进行有效的分离取样。

技术领域

本发明涉及反应堆工程技术领域，尤其涉及一种用于收集高温气冷堆一回路氦气中的氚和碳-14的取样系统。

背景技术

超高温气冷堆是国际公认的六种最为先进的第四代核能系统中的一种，具有较高的电热转换效率和高的堆芯出口温度，可以应用于发电、制氢、海水淡化等。其原型堆为高温气冷堆，具有固有安全特性，其一回路冷却剂采用的是氦气，而在氦气中含有氚和碳-14等裂变和活化产物。10MW高温气冷堆(HTR-10)是世界上目前唯一正在运行的球床式高温气冷堆，球床模块式高温气冷堆核电站项目HTR-PM(High Temperature Gas-cooled ReactorPebble-bed Module)是在HTR-10的基础上进行设计和建造的。在HTR-10上对一回路冷却剂氦气中的裂变和活化产物进行研究，确定其中典型核素的种类、活度浓度和传输行为，进而确定裂变和活化产物行为的规律和特点，对高温气冷堆辐射安全论证和分析具有重要意义。

HTR-10和HTR-PM均采用直径为6cm的球形燃料元件，内部含有多个直径约为900μm的TRISO包覆燃料颗粒。TRISO包覆燃料颗粒中心为直径约为500μm的UO₂燃料核芯，依次向外为疏松热解碳层、内致密热解碳层、碳化硅层和外致密热解碳层。理论上，反应堆所有的放射性物质均来自于堆芯，包括裂变产物和活化产物。从辐射监测的角度，可以把高温气冷堆中的源项划分为五类，即裂变产物、活化产物、放射性粉尘、氚和碳-14。氚和碳-14既产自于裂变反应，也有活化来源。由于它们对公众剂量的贡献较大且非常容易进入生物圈，因此对氚和碳-14的测量分析受到公众及核能监管机构的密切关注。

目前，对于氚和碳-14的测量分析，在一般压水堆、沸水堆等核设施上主要是针对空气气氛中的取样测量，而高温气冷堆一回路为氦气，其中含有多种化学形态的气态氚和碳-14。以往的取样装置，往往只针对氚或碳-14的取样测量，并未考虑两者同时在取样液中对后续液闪仪测量的干扰。而且，对于待测气体中同时含有的氚和碳-14多种化学形态也并未给予特殊的分类取样。尤其是在没有氧气等氧化剂的情况下，无法实现对待测气体中HT、T₂、CH₃T和¹⁴CO、¹⁴CH₄等化学形态的氚和碳-14的取样收集，导致后续实验室所测量的氚和碳-14活度浓度并不能真实反映待测气体中所有化学形态中的氚和碳-14的活度浓度。

现有技术中，“空气中不同形态氚取样方法”(《辐射防护通讯》第32卷第4期，11-16，2012年8月，李华)公开了空气中氚的存在形态主要是氚化水蒸气(HTO)、氚气(HT)和氚化甲烷(CH₃T)。空气中的氚含量很低,测定通常采用累积取样和液闪谱仪测量相结合的方法，该文献综述了空气中不同形态氚的取样方法的研究进展,对不同取样方法进行了比较分析,总结了不同取样方法存在的问题和不足,为空气中氚的取样方法研究提供参考。但该方法并没有考虑针对空气中氚和碳-14的同时分别取样收集，也没有针对高温气冷堆中一回路冷却剂为氦气及缺少氧化气体情况下的多种化学形态氚和碳-14的取样测量。