[發明專利]一種低比放氦-3氣體凈化裝置和凈化方法

有效

• 申請號: 201710040447.5
• 申請日: 2017-01-20
• 公開（公告）號: CN106629640B
• 公開（公告）日: 2019-01-22
• 發明（設計）人: 吳文清;石巖;羅德禮;熊義富;敬文勇;秦城;蔚勇軍;常元慶;魏英;劉雨廷;楊飛龍;張光輝
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院材料研究所
• 主分類號: C01B23/00
• 分類號: C01B23/00
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 王加貴

本發明公開一種低比放氦?3氣體凈化裝置和凈化方法，凈化裝置包括真空泵和串聯成閉合回路的鈀合金螺旋管、氣體儲存罐、循環泵，閉合回路上連接氣體標準罐；鈀合金螺旋管上設置有電爐；真空泵通過密封管道分別與閉合回路和鈀合金螺旋管連接，真空泵與閉合回路和鈀合金螺旋管之間的管路上分別設置有第一閥門和第二閥門。本發明凈化方法包括：對整個凈化裝置的管道及閥門連接處檢漏處理；將氦?3原料氣體和過量氕氣引入凈化裝置，對氦?3原料氣進行同位素稀釋；取樣分析裝置內氚含量；若達到要求，將成品氦?3氣體引入氣體儲存罐中。本發明的低比放氦?3氣體凈化裝置和凈化方法，能夠高效地獲取氚濃度很低的氦?3氣體。

技術領域

本發明涉及核技術應用技術領域，特別是涉及一種低比放氦-3氣體凈化裝置和凈化方法。

背景技術

氦-3是自然界中氦的兩種穩定性同位素之一，在自然界的存量極少，自然氦氣中的原子豐度僅為0.000137％。目前所用的氦-3一般來源于氚的衰變，而氚是核反應堆的產物，同時也是氫彈的主要成分。因此，氦-3的來源極其有限，遠遠不能滿足當前應用與研究的需求。

據ADRIAN CHO 2009年在美國科學雜志撰文報道，在過去的5年內，氦-3主要應用于中子探測器和中子散射領域。2002年,美國國土安全部和能源部(DOE)開始配備幾千臺“充氦-3的中子探測器”,以防止放射性材料钚的走私。據DOE數據,美國對氦-3的需求將很快增至每年65,000L,而氦-3氣體的供應量將只有每年10,000～20,000L。

氦-3氣體也用于大型中子散射設施,如日本Tokai新建的日本質子加速器(JapanProton Accelerator Research Complex)，預計在未來的6年里,為保證它的正常運行,需氦-3約10萬升。否則,這臺耗資15億美元的設施其作用將得不到充分發揮。在低溫物理方面,對氦-3的需求主要是為新構建的稀釋制冷機充填制冷工作物質。這類需求量大約是每年2500～4500L。目前,許多關于量子計算機和納米科學的實驗,要求在(稀釋制冷機提供的)100mK以下的低溫環境進行。氦-3還用于醫療領域的磁共振成像，當患者將氦-3氣體吸入肺部時,成像給出的用于診斷的信息將大大增加。

由于氦-3應用廣泛，且主要來源于氚衰變，而氚是具有放射性的氫同位素，為了保證人員安全，在制備氦-3的過程中，降低氦-3氣體中氚的含量尤為重要。

發明內容

本發明的目的是提供一種低比放氦-3氣體凈化裝置和凈化方法，以解決上述現有技術存在的問題，能夠高效快速地獲取氚濃度低于1.0×10^-8Ci/L的氦-3氣體，實現了氦-3氣體的有效利用。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：

本發明公開一種低比放氦-3氣體凈化裝置，包括鈀合金螺旋管、氣體儲存罐、循環泵和真空泵，所述鈀合金螺旋管、所述氣體儲存罐和所述循環泵通過密封管道串聯成閉合回路，所述閉合回路上連接氣體標準罐；所述鈀合金螺旋管上設置有電爐；所述真空泵通過密封管道分別與所述閉合回路和所述鈀合金螺旋管連接，所述真空泵與所述閉合回路和所述鈀合金螺旋管之間的密封管道上分別設置有第一閥門和第二閥門。

可選的，所述鈀合金螺旋管兩端的密封管道上分別設置有第三閥門和第四閥門，所述循環泵兩端的密封管道上分別設置有第五閥門和第六閥門，所述密封管道與所述氣體標準罐之間的密封管道上設置有第七閥門，所述氣體儲存罐兩端的密封管道上分別設置有第八閥門和第九閥門。

可選的，還包括一氣體儲存罐支路，所述氣體儲存罐支路一端與所述第八閥門和第三閥門之間的密封管道連接，另一端與所述第九閥門和第五閥門之間的密封管道連接，所述氣體儲存罐支路上設置有第十閥門。

在所述低比放氦-3氣體凈化裝置的基礎上，本發明還公開一種對氦-3氣體進行凈化的方法，包括如下步驟：

a、凈化工藝系統的預處理：對整個凈化裝置的管道及閥門連接處檢漏處理；