CN117316484A - 去除钠中氚的试验装置 - Google Patents
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Abstract
本公开提供一种去除钠中氚的试验装置，包括：封闭壳体；进钠组件，被构造成向封闭壳体中提供放射性废钠；加热装置，适用于将放射性废钠加热至反应温度，以得到液态钠并分解出氚气，从而降低放射性废钠的放射性含量；以及氚气排出组件，被构造成延伸至液态钠中，使得液态钠中的氚气迁移到氚气排出组件中并排出，以去除放射性废钠中的氚气。
Description
技术领域
本公开的至少一种实施例涉及一种去除氚元素的试验装置，更具体地，涉及一种适用于钠冷快堆的去除钠中氚的试验装置。
背景技术
钠冷快堆中氚元素以扩散的方式从燃料元件或控制棒中迁移到堆芯的冷却剂钠中，形成氚化钠。氚化钠可以溶解于冷却剂钠，氚分子也能部分溶解于钠，并随着冷却剂的流动被输送到别的容器，如果释放到生活环境中，将对生活环境造成放射性污染。
为了降低含氚的放射性废钠对环境的污染，需要在核电厂的钠冷快堆中设置一种能够安全可靠地有效去除放射性废钠中的氚的装置，以在进行大量放射性废钠处理前对其中的放射性核素氚进行去除。
在提供能够应用到钠冷快堆的去除钠中氚的装置之前，需要对如何安全可靠地处理放射性废钠开展研究工作，以去除放射性废钠中的放射性核素氚。
发明内容
为解决现有技术中的所述以及其他方面的至少一种技术问题，本公开提供一种去除钠中氚的试验装置，能够实现对大量放射性废钠中的放射性核素氚进行去除，并可以安全可靠地开展模拟研究，避免对试验人员造成伤害。
本公开提供了一种去除钠中氚的试验装置，上述试验装置包括封闭壳体、进钠组件、加热装置和氚气排出组件。进钠组件，被构造成向上述封闭壳体中提供放射性废钠；加热装置，适用于将上述放射性废钠加热至反应温度，以得到液态钠并分解出氚气，从而降低上述放射性废钠的放射性含量；以及氚气排出组件，被构造成延伸至上述液态钠中，使得上述液态钠中的上述氚气迁移到上述氚气排出组件中并排出，以去除上述放射性废钠中的上述氚气。
根据本公开实施例的一种去除钠中氚的试验装置，通过设置加热装置，将放射性废钠加热至反应温度，以得到液态钠并分解出氚气，从而降低放射性废钠的放射性含量，通过氚气排出组件使得液态钠中的氚气迁移并排出，以实现去除放射性废钠中的氚气，可以安全可靠地模拟研究进行试验，该试验过程不会对试验人员造成伤害，操作便捷，环境安全。
附图说明
图1为根据本公开的一种示意性实施例的去除钠中氚的试验装置的局部剖视图；
图2为根据本公开的一种示意性实施例的去除钠中氚的试验装置的俯视图。
所述附图中，附图标记含义具体如下：
1、封闭壳体；
2、加热装置；
3、筒体；
4、镍管；
5、气体排放组件；
6、平盖；
7、支撑板；
8、压力传感器；
9、盘管；
10、固定件；
11、排钠管；
12、变径管；
13、出钠口接管；
14、温度传感器；
15、支腿；
N1、进钠口；
N2、出钠口；
N3、出气口；
N4、压力接口；
N5、第一温度接口；
N6、第二温度接口；
N7、第三温度接口；
N8、第四温度接口；
N9、第一加热接口；
N10、第二加热接口；
N11、第三加热接口。
具体实施方式
为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开作进一步的详细说明。但是，本公开能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本公开的范围完全地传递给本领域技术人员。在附图中，为了清楚，相对尺寸可能被夸大，自始至终相同附图标记表示相同元件。
以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本公开实施例的全面理解。然而，明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。
在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本公开。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征或部件。
在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。
为便于本领域技术人员理解本公开技术方案，现对如下技术术语进行解释说明。
在使用类似于“A、B和C等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释(例如，“具有A、B和C中至少一个的组件”应包括但不限于单独具有A、单独具有B、单独具有C、具有A和B、具有A和C、具有B和C、和/或具有A、B、C的组件等)。在使用类似于“A、B或C等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释(例如，“具有A、B或C中至少一个的组件”应包括但不限于单独具有A、单独具有B、单独具有C、具有A和B、具有A和C、具有B和C、和/或具有A、B、C的组件等)。
根据本公开一个方面的发明构思，在钠冷快堆中，氚主要产生自堆芯燃料的三***和含硼组件核反应，氚能够在不锈钢中渗透并释放到环境。另一方面，由于快堆的蒸汽发生器发生水腐蚀而造成大量的氢扩散进入钠回路并在反应堆***内迁移，氚和氢的扩散相互影响。钠冷快堆由于燃料三***形成的进入一回路的氚占进入冷却剂***中氚含量的90％以上，约20000Ci/GWe·a，是最终向环境排放的主要源头。一回路和二回路冷阱在净化回路中的氢和氧的过程中，大部分氚可以被冷阱以氚化钠的形式去除，最终能够进入环境的排放量约为产生量的2％～5％的水平。钠冷快堆设计中，没有专门针对控制氚的排放采取措施并加以控制。每根钠冷快堆的燃料棒，在反应堆运行过程中，以燃料三***的形式，预计产生不超过1×10-5mol的氚并从燃料芯块中释放到包壳内，99％以上的氚以扩散的形式进一步释放到一回路钠中。此外，由于钠冷快堆中蒸汽发生器的水腐蚀作用产生的氢，扩散迁移进入二回路并通过中间热交换器进入一回路，在扩散的过程中一回路和二回路冷阱去除了大部分氢化钠后，在一回路钠中形成约0.1ppm的质量浓度的氢，通过快堆不锈钢包壳材料的扩散，燃料棒的内外达到平衡，此时燃料包壳内部的氢分压约0.06Pa。为了降低含氚的放射性废钠对环境的污染，需要在核电厂的钠冷快堆中设置一种能够安全可靠地有效去除放射性废钠中的氚的装置，以在进行大量放射性废钠处理前对其中的放射性核素氚进行去除。本公开提供一种去除钠中氚的试验装置，通过设置加热装置，将放射性废钠加热至反应温度，以得到液态钠并分解出氚气，从而降低放射性废钠的放射性含量，通过氚气排出组件使得液态钠中的氚气迁移并排出，以实现去除放射性废钠中的氚气，利用该试验装置可以安全可靠地开展去除钠中氚的模拟研究，试验过程不会对试验人员造成伤害，操作便捷，环境安全。
图1为根据本公开的一种示意性实施例的去除钠中氚的试验装置的局部剖视图。
根据本公开的实施例，如图1所示，一种去除钠中氚的试验装置包括封闭壳体1、进钠组件、加热装置2和氚气排出组件。进钠组件被构造成向封闭壳体1中提供放射性废钠。加热装置2适用于将放射性废钠加热至反应温度，以得到液态钠并分解出氚气，从而降低放射性废钠的放射性含量。氚气排出组件被构造成延伸至液态钠中，使得液态钠中的氚气迁移到氚气排出组件中并排出，以去除放射性废钠中的氚气。
根据本公开的实施例，封闭壳体1被构造成立式密闭压力容器，封闭壳体1的上端和下端为标准椭圆形封头、中间为大致圆形的筒体，封闭壳体1用以提供储存反应后的液态钠的场所。
根据本公开的实施例，封头是压力容器上的端盖，同时也是压力容器的主要承压部件。
根据本公开可选的实施例，封闭壳体1的最大内径约为Φ800mm，高度约为1500mm。
根据本公开可选的实施例，加热装置2可以包括电加热元件。
根据本公开的实施例，通过设置加热装置2，将放射性废钠加热至反应温度，以得到液态钠并分解出氚气，从而降低放射性废钠的放射性含量，通过氚气排出组件使得液态钠中的氚气迁移并排出，以实现去除放射性废钠中的氚气，可以安全可靠地开展模拟研究，试验过程不会对试验人员造成伤害，操作便捷，环境安全。
根据本公开的实施例，去除钠中氚的试验装置还包括筒体3，设置在封闭壳体中1，筒体3的下端封闭，上端被构造成开口，加热装置2沿竖直方向内置于筒体3，放射性废钠在筒体3的下端输送到筒体3并发生反应，反应得到的液态钠从开口溢流到封闭壳体1与筒体3之间的空间中，氚气排出组件延伸至筒体3内的液态钠中，从而以迁移的方式移出液态钠中的氚气。
图2为根据本公开的一种示意性实施例的去除钠中氚的试验装置的俯视图。
根据本公开可选的实施例，去除钠中氚的试验装置内可以设置多个加热装置2，如图2所示，通过第一加热接口N9、第二加热接口N10和第三加热接口N11相连接的多个加热装置2间隔地设置在筒体3的内侧，以实现对反应的均匀加热。
根据本公开的实施例，筒体3用以提供分解反应的场所。
根据本公开可选的实施例，筒体3的内直径为DN450(Φ480mm)，高度约为1050mm。
根据本公开的实施例，放射性废钠在筒体3的下端输送到筒体3并发生反应以得到液态钠并分解出氚气，该分解反应可以由以下公式(1)表示。
其中，l表示为液体状态，g表示为气体状态，反应条件为加热，反应温度为400℃～430℃，优选地，反应温度大于425℃。
根据本公开的实施例，氚气排出组件包括多个镍管4，多个镍管4被构造成沿竖直方向由开口延伸至筒体3中，使得液态钠中的氚气穿过镍管的管壁迁移到镍管4内。
根据本公开可选的实施例，多个镍管4可以为35根直径为DN6的镍管4。
根据本公开的实施例，氚气具有良好的渗透本领，多个镍管4由开口延伸至筒体3中，使得反应后液态钠中的氚气穿过镍管的管壁迁移到镍管4内，液态钠无法穿过镍管4关闭进行迁移。
根据本公开的实施例，氚气排出组件还包括气体排放组件5，设置在封闭壳体1的上部，并形成为封闭的气腔空间，气腔空间与多个镍管4的上端连通，气体排放组件5适用于根据气压差将氚气排出。
根据本公开的实施例，气体排放组件5包括平盖6和支撑板7，平盖6和支撑板7配合形成为封闭的气腔空间，多个镍管4的上端通过支撑板7与气腔空间连通，如图2所示，平盖6上设置有出气口N3。
根据本公开的实施例，气腔空间中预先形成真空，以将氚气抽吸至气腔空间。
根据本公开的实施例，气体排放组件5还包括压力传感器8，压力传感器8由外部通过压力接口N4延伸至气腔空间内，压力传感器8用以测量气腔空间中的压力值，并根据气压差将氚气通过出气口N3排出。
根据本公开的实施例，预先将气腔空间形成真空，反应后液态钠中的氚气迁移至镍管4后被抽吸至气腔空间以排出，根据气压差将氚气排出提高了去除氚气的效率。
根据本公开的实施例，进钠组件包括盘管9，盘管9被构造成沿竖直方向盘绕筒体3，盘管9适用于将放射性废钠输送到筒体3中。
根据本公开的实施例，加热装置2沿竖直方向内置于筒体3，盘管9被构造成沿竖直方向盘绕筒体3，盘管9的一端通过变径管12与外置的进钠口N1连接，盘管9的另一端与筒体3的下端连接，放射性废钠经进钠口N1通过盘管9输送到筒体3的过程中多次流经加热装置2以实现在分解反应前预热。
根据本公开的实施例，去除钠中氚的试验装置还包括多个固定件10，被构造成平行地设置在筒体3的***，以支撑盘管9。
根据本公开的实施例，固定件10被构造成沿竖直方向上有多个凹槽，凹槽用以容纳盘管9通过。
根据本公开的实施例，去除钠中氚的试验装置还包括排钠管11，从外部延伸到封闭壳体1中，以排出封闭壳体1中的液态钠。
根据本公开的实施例，排钠管11包括变径管12和出钠口接管13，变径管12用以将直径不同的管道连通，排钠管11的一端通过变径管12和出钠口接管13连接外置的出钠口N2，排钠管11的另一端延伸到封闭壳体1的底部，以排出封闭壳体1中的液态钠。
根据本公开的实施例，封闭壳体1的上部填充有氩气或者氢气。
根据本公开的实施例，在筒体3的液态钠的液面上部填充有氩气或者氢气。
根据本公开的实施例，能够实现防止反应得到的液态钠从开口溢流到封闭壳体1中时与封闭壳体1中的空气再次发生反应。
根据本公开的实施例，去除钠中氚的试验装置还包括温度传感器14，温度传感器14被构造成沿竖直方向内置于筒体3，温度传感器14适用于测量反应温度，优选地，反应温度大于425℃。
根据本公开的实施例，温度传感器14可以包括热电偶，去除钠中氚的试验装置内可以设置多个温度传感器14，如图2所示，通过第一温度接口N5、第二温度接口N6、第三温度接口N7和第四温度接口N8相连接的多个温度传感器14均匀分布在去除钠中氚的试验装置内，以实现在去除钠中氚的试验装置内各个位置测量反应温度。
根据本公开的实施例，去除钠中氚的试验装置还包括支腿15，支腿15用以支撑去除钠中氚的试验装置，从而保持试验装置的稳定，确保模拟试验的安全可靠。
还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本公开的保护范围。贯穿附图，相同的组件由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造，并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本公开实施例的内容。
除非有所知名为相反之意，本说明书及所附权利要求中的数值参数是近似值，能够根据通过本公开的内容所得的所需特性改变。具体而言，所有使用于说明书及权利要求中表示尺寸等等的数字，应理解为在所有情况中是受到“约”的用语所修饰。一般情况下，其表达的含义是指包含由特定数量在一些实施例中±10％的变化、在一些实施例中±5％的变化、在一些实施例中±1％的变化、在一些实施例中±0.5％的变化。
说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词，以修饰相应的组件，其本身并不意味着该组件有任何的序数，也不代表某一组件与另一组件的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一组件得以和另一具有相同命名的组件能做出清楚区分。
此外，除非特别描述或必须依序发生的步骤，上述步骤的顺序并无限制于以上所列，且可根据所需设计而变化或重新安排。并且上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。
以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
Claims (11)
1.一种去除钠中氚的试验装置，包括：
封闭壳体；
进钠组件，被构造成向所述封闭壳体中提供放射性废钠；
加热装置，适用于将所述放射性废钠加热至反应温度，以得到液态钠并分解出氚气，从而降低所述放射性废钠的放射性含量；以及
氚气排出组件，被构造成延伸至所述液态钠中，使得所述液态钠中的所述氚气迁移到所述氚气排出组件中并排出，以去除所述放射性废钠中的所述氚气。
2.根据权利要求1所述的去除钠中氚的试验装置，还包括：
筒体，设置在所述封闭壳体中，所述筒体的下端封闭，上端被构造成开口，所述加热装置沿竖直方向内置于所述筒体，所述放射性废钠在所述筒体的下端输送到所述筒体并发生反应，反应得到的液态钠从所述开口溢流到所述封闭壳体中，所述氚气排出组件延伸至所述筒体内的所述液态钠中。
3.根据权利要求2所述的去除钠中氚的试验装置，其中，所述氚气排出组件包括：多个镍管，被构造成沿竖直方向由所述开口延伸至所述筒体中，使得所述液态钠中的所述氚气迁移到所述镍管内。
4.根据权利要求3所述的去除钠中氚的试验装置，其中，所述氚气排出组件还包括：
气体排放组件，设置在所述封闭壳体的上部，并形成为封闭的气腔空间，所述气腔空间与多个所述镍管的上端连通，所述气体排放组件适用于根据气压差将所述氚气排出。
5.根据权利要求4所述的去除钠中氚的试验装置，其中，所述气体排放组件包括平盖和支撑板，所述平盖和所述支撑板配合形成为封闭的所述气腔空间，多个所述镍管的上端通过所述支撑板与所述气腔空间连通，所述平盖上设置有出气口。
6.根据权利要求4所述的去除钠中氚的试验装置，其中，所述气腔空间中预先形成真空，以将所述氚气抽吸至所述气腔空间。
7.根据权利要求2-6中的任一项所述的去除钠中氚的试验装置，其中，所述进钠组件包括：
盘管，被构造成沿竖直方向盘绕所述筒体，所述盘管适用于将所述放射性废钠输送到所述筒体中。
8.根据权利要求7所述的去除钠中氚的试验装置，还包括：
多个固定件，被构造成平行地设置在所述筒体的***，以支撑所述盘管。
9.根据权利要求1-5中的任一项所述的去除钠中氚的试验装置，还包括排钠管，从外部延伸到所述封闭壳体中，以排出所述封闭壳体中的所述液态钠。
10.根据权利要求1-5中的任一项所述的去除钠中氚的试验装置，其中，所述封闭壳体的上部填充有氩气或者氢气。
11.根据权利要求2-5中的任一项所述的去除钠中氚的试验装置，还包括：
温度传感器，被构造成沿竖直方向内置于所述筒体，所述温度传感器适用于测量所述反应温度，
优选地，所述反应温度大于425℃。
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| CN202311243631.1A CN117316484A (zh) | 2023-09-25 | 2023-09-25 | 去除钠中氚的试验装置 |
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