CN104781887A - 用于纯化空气与气态氚和富集恒定体积的水中的氚的方法和实际的设备组成 - Google Patents

用于纯化空气与气态氚和富集恒定体积的水中的氚的方法和实际的设备组成 Download PDF

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Abstract

用过的核燃料生产伴随有得到高度流动的且难以限制的相当数量的放射性氚。这在装置和储存设施(4)周围导致可能的放射性污染。从这些空间回收的空气中的氚用氧氢焰(1)来氧化并且使得到的空气和也含有氚化水和超重水的水蒸气的混合物冷凝(17)并且穿过滤水器(14)。然后，将来自滤水器(14)的水供给至其被转化成氢氧气的氢氧发生器(8)，并且所得到的气体用于氧化下一部分的含有氚的空气。重复该循环关于循环的次数成比例地增大了氚在滤水器(14)的水中的浓度。

Description

用于纯化空气与气态氚和富集恒定体积的水中的氚的方法和实际的设备组成
申请领域
本发明涉及一种用于纯化空气与气态形式的氚(Т2)和富集在普通水中以超重水(氧化氚，Т2О)或氚化水(HTO)的形式的氚的方法和实际的设备组成。该方法和组成在以下方面获得应用：纯化空气与在其中氚为气体分子(Т2)形式的容器中的氚，和用于从用过的核燃料提取氚(Т2)的工艺、装置和设施以及针对热核反应的需求用于生产和储存氚(Т2)的工艺、装置和设施。总是在储存氚的装置周围和设施中的空气中检测到放射性，这归因于气态形式的氚的极端流动性。
技术现状
目前，从其中出于不同目的而储存气态氚的不同类型的装置移动气态氚的问题通过高温氧化或在催化剂的存在下的氧化来解决。使得到的氚化水通过分子膜、吸附剂和具有高吸水性能的其他材料从气态部分分离并且以该形式储存。
当前的用于纯化气体与氚的方法的问题在于，得到的次级放射性产物具有低的氚活性，这导致累积大量的废物要处置。
存在通过电解、精馏、水解和膜扩散、热吸附工艺来富集普通水中的氚的方法。它们具有高的能量消耗和相对低的富集系数，这使得它们对于从大量氚污染的气体回收和富集氚是经济上不利的。
技术描述
该问题通过从用于氚合成、加工或储存的空间或装置回收含有Т2的空气来解决。氚在高温下在密封室中用来自氢氧发生器的氧氢焰来氧化。在该程序之后，所得到的空气和来自氚化水和超重水的水蒸气的混合物从氧化室被泵送出、通过冷却器冷却并且冷凝水被捕获在滤水器中。然后，使纯化氚的空气返回至用于储存氚的空间/装置。将被捕获在滤水器中的氚化水按部分地供给至其被转化成氢氧气的氢氧发生器。所得到的气体用于氧化来自下一部分的含有氚的空气的氚。该循环可以重复无限的次数，在此期间，氚在滤水器的水中的浓度关于循环的次数成比例地增大。
最初，普通水用于从空气提取氚。来自从该水获得的氢氧气混合物的氢气(Н2)远多于必须被氧化的氚(Т2)。氢原子(h)与氚原子(t)的量之间的比例大大地偏向于h(h>>t)。
在氢和氚的氧化过程期间，得到了普通水和含有氚的水(氚化水)的混合物。该氚化水可以以两种形式存在-НТО和Т2О。由于h相比于t的非常大的比例(h>>t)，因此获得Т2О的可能性是很小的并且通过下式描述了伴随每个循环的氧化过程的物料平衡：
2hH2+2ntT2+(h+nt)O2＝2(h-nt)H2O+4ntHTO(1)，
其中：n-循环次数；
h-设备中的氢原子(Н)的数量；
t-伴随氧化的每个循环进入设备的氚(Т)的数量。
氚化水在氢氧发生器中被分解成含有氧分子O2和三种氢同位素(H2、HT、T2)的分子的氢氧气混合物。下一体积的含有氚的气体在从以上得到的氢氧气混合物的火焰中处理。这样，氚在普通水的体积中的浓度不断地增大，并且在第n次循环时浓度是首次循环中的n倍。
使用设备实现了从普通水、氚化水和超重水获得氢氧气、泵送出含有氚的空气、使氚氧化并且使空气返回用于储存氚的装置/容器中，图1中描述了该设备的原理示意图。
实施例
提出的方法和设备的所描述的优势可以参照以下实施例来阐释：将含有0.01克具有3,57.1012分解每秒(3,57.1010Bq)的活性的氚的氚靶保存在金属容器中。来自具有氚靶的容器的、氚浓度为1.104Bq/м3(1м3中3,57.10-10克的氚)的空气通过真空泵以1м3/h的载量被不断地泵送出并且被供给至用于在氢氧气中燃烧的、尺寸为d＝300mm且L＝250mm的室(1)。在该室中，在1000-1300℃的温度下利用来自发生器(8)的燃烧着的氢氧气的流以100l/h的输送速率处理空气。所得到的水蒸气在具有500克水的滤水器(12)中被冷却并分离。从水蒸气纯化的空气返回至容器。在这样纯化200м3的空气之后，来自滤水器的水被去离子化并且被转移至氢氧发生器。在该发生器中，其以化学计量比被转变成氧和氢的气态氢氧气混合物。通过泵送***和给料***，将氢氧气混合物供给至用于处理纯化气体的进料的室。氚化水分解成氢氧气、从气态混合物提取氚、从气体分离氚化水并且再次从其获得氢氧气的循环被重复200次。于是，氚在滤水器的水中的浓度与第一循环相比以200的系数增大，如果氚在空气中的初始浓度保持恒定并且达到4.106Wq/kgН2О(1,43.10-8克Т/1kgН2О)的话。
出版物
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8.DOE-HDBK-1129-99,DOE HANDBOOK TRITIUM HANDLINGAND SAFE STORAGE,1999
附图说明
1.  用于用氢氧气(ННО)的氚(Т2)氧化的密封室
2.  真空发生器
3.  旋塞
4.  用于储存氚(Т2)的设施
5.  电磁阀
6.  旋塞-出气
7.  过滤器
8.  氢氧发生器(ННО)
9.  旋塞
10. 单向阀
11. 旋塞
12. 过滤器
13. 循环真空泵
14. 滤水器
15. 给料泵
16. 旋塞
17. 冷却器

Claims (3)

1.用于从在含有氚(Т2)的装置和建筑物中的空气回收氚的方法，其特征在于，以氧氢焰氧化来自空气的氚。
2.用于富集水中的氚的方法，其特征在于，从所述水循环生产氢氧气，在所述水中，所述氚在被富集，并且接下来利用该混合物来燃烧氚。
3.用于提取和富集水中的氚的设备，其特征在于，通过空气-水中的氚的水-氢氧气-燃烧循环所得到的氚化水的无限循环的闭合环路，其中所述氚从气态形式变成水形式并且在所述水中被逐渐富集。
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