[发明专利]一种反应堆在线产氚与氚回收装置

说明书

本发明公开了一种反应堆在线产氚与氚回收的装置，所述装置由辐照产氚单元、在线氚提取单元、尾气净化与氚应急回收单元和氚监测单元组成；所述辐照产氚单元(1)安装于反应堆堆芯，通过载气管道与在线氚提取单元连接。该装置适用于各种商用反应堆，能够快速、高效的进行在线产氚与氚回收。本发明在不影响商用反应堆发电的同时，利用其中的部分中子孔道进行产氚，年产氚量可达公斤级。

技术领域

本发明属于同位素技术领域，具体涉及一种反应堆在线产氚与氚回收装置。

背景技术

氚作为氢的一种同位素，在国防科技以及国民经济中都有着广泛的应用。发展安全高效、环境友好、可持续的核聚变能是我国增加能源供应、优化能源结构、应对气候变化最重要的选择之一。氘氚聚变能源的开发，如磁约束核聚变(ITER和CFETR等)和惯性约束核聚变(如NIF、ICF等)，对氚的需求将达到前所未有的高度，氚的人工生产比以往具有更重要的意义。当前产氚途径主要有重水途径生产氚和锂途径生产氚。

重水途径生产氚的方案主要存在以下缺点：1)受限于反应堆类型，只能是以D₂O做慢化剂与冷却剂的CANDU类型反应堆和以H₂O做慢化剂与冷却剂，以D₂O与Be做中子反射层的池式反应堆；2)反应截面很小，年造氚率很低，堆运行10几年才能达到平衡氚浓度；3)每千公斤重水中含氚50Ci～75Ci，将如此低浓度的氚浓集，纯化，与氕分离，处理设施非常庞大。

锂途径生产氚是沿着军用氚的生产路线发展起来的，已积累了几十年的、生产几百千克氚的经验，技术成熟，一般采用专用堆来生产氚，专用堆用D₂O作冷却剂，工作在100℃以下温度，铝-锂合金作造氚的靶材料。该方式存在如下缺点：1)专用堆生产氚的同时还能够生产钚，而现在钚是禁产的；2)一些关键技术还处于保密状态。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种反应堆在线产氚与氚回收装置，其适用于各种商用反应堆，能够快速、高效的进行在线产氚与氚回收。本发明在不影响商用反应堆发电的同时，利用其中的部分中子孔道进行产氚，年产氚量可达公斤级。具体方案如下：

一种反应堆在线产氚与氚回收的装置，所述装置由辐照产氚单元、在线氚提取单元、尾气净化与氚应急回收单元和氚监测单元组成；所述辐照产氚单元安装于反应堆堆芯，通过载气管道与在线氚提取单元连接。

优选地，所述辐照产氚单元为多层结构，包括固定部件和可更换部件两部分；固定部件由最外层的铝保护层和内层不锈钢辐照罐组成。

优选地，所述铝保护层内安装有中子注量率与温度测量管及水冷却剂流道；内层不锈钢辐照罐内设有电加热组件和两路对称排布的氦冷却剂管道。

优选地，所述电加热组件内设有温度测量模块，所述温度测量模块包括多支热电偶。

优选地，所述在线氚提取单元包括依次连接的过滤器、还原床、氚水捕获模块、氢氦分离模块、载气配置与纯化模块及压缩机，以及与氢氦分离模块相连接的氢同位素分离模块、以及与氢同位素分离模块相连接的氚纯化与储存模块及尾气处理模块。

优选地，所述氚水捕获模块主要由交替使用的分子筛床组成；氢氦分离模块(2-4)主要由交替使用的低温分子筛床组成；氢同位素分离模块主要由色谱组成；氚纯化与储存模块(2-8)主要由钯膜和ZrCo床组成。

优选地，所述尾气处理模块(2-9)为氧化床、分子筛吸附床、低温分子筛吸附床和热金属杂质吸附床组成。

优选地，所述尾气净化与氚应急回收单元主要由依次连接的储气罐、真空增压泵、电离室、Pd催化床、Pt催化床、空气冷却管、HTO冷凝收集器、HTO分子筛收集器、冷却水循环制冷机组。

优选地，所述尾气净化与氚应急回收单元还包括与HTO分子筛收集器相连接的液氮储槽。

附图说明