[發明專利]一種用于氦-3瞬態試驗的氚防護系統及方法

在審

• 申請號: 201910811214.X
• 申請日: 2019-08-30
• 公開（公告）號: CN110491536A
• 公開（公告）日: 2019-11-22
• 發明（設計）人: 李炳林;甯尤軍;王洪;胡騰;鄭華林;郭駿宇;丁亮亮;柳暉
• 申請（專利權）人: 西南石油大學;成都輻興科技有限公司
• 主分類號: G21F7/00
• 分類號: G21F7/00;G21F7/04;G21C17/00;G21C17/07
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本發明公開了一種用于氦?3瞬態試驗的氚防護系統及方法。由氦?3氣體回路、手套箱包容系統、手套箱應急系統、氚在線監測系統組成。氦?3氣體回路、手套箱包容系統及密封工藝間對氦?3氣體中氚形成三級包容屏障，氚在線監測系統各包容系統進行多點取樣和多方法在線監測。氦?3氣體回路通過除氚器和回路用分子篩干燥器組合除去氚氣和氚化水，并在除氚器和氦?3氣屏結構表面進行Al₂O₃涂層，減少高溫高壓氚的滲透量。手套箱應急系統通過手套箱凈化吸附和抽氣壓縮儲存方式，分別處理氦?3回路較長時間微小氚泄漏和較短時間大量氚泄漏的事故。本發明可用于核燃料功率瞬態試驗、在線輻照產氚試驗和氚增殖劑堆內輻照等。

技術領域

本發明涉及一種氦-3功率瞬態試驗的氚防護領域，具體涉及一種針對氦-3氣體回路的氚防護系統及方法，可用于氦-3堆內功率瞬態試驗和基于氦-3的氣態氚在線輻照生產研究，為先進核燃料元件的研發和氚同位素生產等提供安全保障。

背景技術

在研究堆上，氦-3瞬態試驗是探索不同輻照功率變化對燃料元件安全性的影響，是非常重要的試驗手段。但在氦-3瞬態試驗回路中，氦-3氣體在堆內吸收中子通過(n,p)核反應會產生放射性氚。氚具有很高的擴散性和危害性，難以防護，而且對氚的環境排放要求很高，因此基于氦-3的燃料元件功率瞬態試驗系統最關鍵的安全問題就是氚的防護。本發明的多級多方法氚防護系統，對整個瞬態試驗回路中產生的含氚高溫高壓氦-3氣體進行試驗過程中現場在線氚安全防護具有重要意義。

在聚變堆研究中，研究堆內氚增殖劑包層輻照在線產氚試驗是聚變能源研究ITER計劃專項研究的重要內容。設計合適安全可靠的輻照產氚及釋氚回路，為氚增殖劑材料的輻照性能評價、釋放氚的載帶及循環參數研究等奠定基礎，而載氣系統的氚防護是整個試驗安全進行的關鍵，本發明的氚防護系統對其具有重要參考價值。

發明內容

該發明的目的在于提供一種對氦-3功率瞬態試驗中產生氚進行輻射防護的系統和方法，氦-3氣體在堆內吸收中子通過(n,p)核反應會產生放射性氚，氚防護與監測是保證燃料元件功率瞬態輻照試驗安全的重點。本發明的系統能實現高密封和高溫高壓環境下在線輻照產生氚的防護，設置了多級氚吸附、包容和監測等措施，保證試驗系統的安全。

本發明通過以下技術方案實現：

本發明提出一種用于氦-3瞬態試驗的氚防護系統，其特征在于：包括氦-3氣體回路、手套箱包容系統、手套箱應急系統、氚在線監測系統組成。

所述氦-3氣體回路是由輻照裝置、除氚器、調壓裝置、回路用分子篩干燥器和氣體循環泵等構成的強制循環回路，形成初級涉氚包容系統；所述手套箱包容系統對氦-3氣體回路進行包容，形成次級涉氚包容系統；所述手套箱應急系統對手套箱包容系統進行循環除氚和抽真空壓縮儲存；所述氚在線監測系統分別對氦-3氣體回路、手套箱包容系統和手套箱應急系統的氣態氚濃度和形態進行在線監測甄別。

具體的，所述氦-3氣體回路的輻照裝置出口處設置金屬貯氚材料的除氚器，用于去除少量未氧化的氚氣；調壓裝置進出口處設置回路用分子篩干燥器，用于去除少量氧化的氚化水，所述回路用分子篩的裝量和粒徑都較小，裝填吸附劑后的空隙容積較小，可減少氦-3氣體用量。所述氦-3氣體回路的壓力邊界內選擇低泄漏率的全金屬部件，結構材料選用氚滲漏量小的316L不銹鋼，盡可能全用焊接連接方式，減少或不用機械部件連接，涉氚閥門為金屬波紋管密封閥，其氦質譜檢漏小于1×10^-10Pa·m³/s，涉氚氣體循環泵為金屬波紋管泵，其氦質譜檢漏小于1×10^-8Pa·m³/s，形成含氚氦-3的實體初級包容屏障，其氦質譜檢漏小于1×10^-7Pa·m³/s。所述氦-3氣體回路氚聚集較多、壓力溫度較高的除氚器和氦-3氣屏處氚滲透量很大，其結構表面進行Al₂O₃涂層，減少高溫高壓氚的滲透量。