[發明專利]一種降低氚滲透速率的結構

在審

• 申請號: 202010400861.4
• 申請日: 2020-05-13
• 公開（公告）號: CN111739672A
• 公開（公告）日: 2020-10-02
• 發明（設計）人: 田英男;米愛軍;李曉靜;徐亞;張普忠;王曉霞;王炳衡;高桂玲
• 申請（專利權）人: 中國核電工程有限公司
• 主分類號: G21F1/08
• 分類號: G21F1/08;G21F3/00
• 代理公司: 北京天悅專利代理事務所(普通合伙) 11311
• 代理人: 田明;任曉航

本發明涉及一種降低氚滲透速率的結構，適用于各種形式的容器和管道，包括最內層的銅合金或鈦合金層，最內層外包覆鋁合金結構，鋁合金結構包括鋁合金防護層和若干鋁合金格柵肋片，鋁合金結構外設置鋼材結構層。本發明所提供的結構可以在保證滿足設備材料基礎性能的基礎上，降低工程建造成本，大幅降低氚的擴散和滲透速率，進一步減少環境污染和人員內照射風險發生的可能性。

技術領域

本發明屬于核輻射防護技術，具體涉及一種可用于容器和管道的能夠降低氚滲透速率的結構。

背景技術

氚(³H)是氫的放射性同位素，能在很多的材料中溶解、擴散和滲透(在一些常用的金屬材料中有很高的擴散滲透率)。它的化學性質十分活潑，能與一些材料發生化學反應生成各種類型的氫化物，破壞材料的機械性能。

氚衰變發射低能β粒子，屬于低毒放射性核素。但氚具有以下特性，使其難于控制，給防護工作帶來了很大的困難：

氚的放射性比活度高(3.56×10¹⁴Bq/g)，在標準狀態下，每毫升氚的放射性活度為9.55×10¹⁰Bq；

氣態氚及其氧化物蒸汽(氚化水HTO)都能經過呼吸系統和皮膚以起源途徑從環境空氣中，或以接觸途徑，經被污染的物體表面滲入人體內。氚是人體液中極為豐富的和普遍存在的氕的放射性同位素，氚與氕進行同位素交換，特別是水中的氕交換，產生毒性更大的氚化水并能毫無阻礙地進入細胞和有機組織；

氚具有與氕相同的物理、化學性質。氫的同位素對所有材料而言，都是可滲透的。氚以原子或離子態從材料擴散并氧化成氚化水蒸汽。氚及其氧化物與空氣中固體顆粒結合形成含氚氣溶膠。和氕一樣，氚會使材料發生氫脆并存在擴散、滲透和化學作用等一系列問題，給防護帶來極大的負擔。

在不同材料中，氚具有不同的滲透系數，而滲透系數又隨溫度的變化而變化，表1中列出了氚在常見金屬材料中的滲透系數。

表1氚在常見金屬材料中的滲透系數

注1)Φ的單位：cm³[STP-T₂]·cm/(cm²·s·Pa^1/2)

在氚的生產、運輸、儲存，重水堆、快中子增殖堆、輕水堆和聚變堆以及燃料的后處理中都存在氚在材料中的擴散滲透問題。核燃料后處理廠、重水堆，聚變堆的主要系統中的氚的放射性活度濃度可以達到10⁹Bq/L-10¹³Bq/L。并且工作場所環境中氚難于監測。由于氚是弱β衰變(β粒子的能量低，平均能量5.7keV，最大能量18.6keV)，核設施(如核燃料后處理廠)廠房中的放射性氣溶膠會嚴重干擾氚的監測精度。

如核設施典型的設備室內有一個容積為100L的含氚容器(或管道)，其中氚的活度濃度為1×10¹¹Bq/L，溫度為100℃，容器內外壓力差為0.05MPa(0.5個標準大氣壓)，容器壁厚2mm，容器表面積為1m²，設備室的空間體積為100m³。如考慮一名員工在氚設備已滲透一天的設備室中工作1小時，則可估算出其所受到內照射引致的待積有效劑量約為60mSv，超過了國家標準對工作人員職業照射劑量限值的3倍。對人員的身體健康將造成極大的危害，甚至是不可逆轉的傷害。

為防止氚對環境的污染，保障工作人員的安全,在設計中采取合理可行的措施來降低材料中的溶解、擴散和滲透速率是十分重要的。