[發(fā)明專利]一種基于累積釋放份額確定氚擴(kuò)散系數(shù)的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011620550.5
• 申請日: 2020-12-30
• 公開（公告）號: CN112881239B
• 公開（公告）日: 2022-03-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 謝鋒;王彧;曹建主;李川;魏利強(qiáng);童節(jié)娟;董玉杰;張作義
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號: G01N15/00
• 分類號: G01N15/00;G01T1/16;G01T1/204
• 代理公司: 北京天悅專利代理事務(wù)所(普通合伙) 11311
• 代理人: 田明;高凱

本發(fā)明提供一種基于累積釋放份額確定氚擴(kuò)散系數(shù)的方法，該實驗系統(tǒng)包括載帶氣體裝置、加熱爐、加熱及催化氧化裝置、冷卻裝置、取樣裝置、液閃儀以及尾氣回收裝置；本方案中的基于累積釋放份額確定氚擴(kuò)散系數(shù)的方法，其通過在一定溫度范圍內(nèi)幾個溫度下測量待測球形樣品在不同時刻下氚的累積釋放份額，推得氚在此溫度條件下此待測樣品中擴(kuò)散系數(shù)的具體數(shù)值，進(jìn)而獲得相應(yīng)溫度范圍內(nèi)氚在此種球形多孔介質(zhì)材料樣品中擴(kuò)散系數(shù)的一般表達(dá)式，即確定該種球形多孔介質(zhì)材料樣品中上述加熱溫度范圍內(nèi)氚的擴(kuò)散系數(shù)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及反應(yīng)堆工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于累積釋放份額確定氚擴(kuò)散系數(shù)的方法。

背景技術(shù)

第四代核能系統(tǒng)國際論壇(The Generation IV International Forum，GIF)確定的六種先進(jìn)第四代核能系統(tǒng)之一的超高溫氣冷堆(Very High Temperature Reactor，VHTR)除了可以應(yīng)用于商業(yè)發(fā)電外，在高溫供熱以及發(fā)展高溫工藝如高溫制氫、海水淡化等方面有著巨大的潛力。高溫氣冷堆(High Temperature Gas-cooled Reactor，HTGR)是超高溫氣冷堆的原型堆，其最大的特點是其固有安全特性。雖然高性能的燃料元件從根本上杜絕了壓水堆可能出現(xiàn)的堆芯熔毀事故，也滯留了絕大部分燃料元件的放射性核素，但是由于氚較強(qiáng)的滲透作用，碳磚中Li雜質(zhì)的活化、一回路氦氣雜質(zhì)He-3的活化等原因，一回路氦氣中仍存在少量的氚。中國的10MW高溫氣冷堆(10MW high temperature gas-cooledreactor,HTR-10)屬于球床式高溫氣冷堆，也是目前世界上唯一可以運(yùn)行的球床式高溫氣冷堆。在HTR-10基礎(chǔ)上設(shè)計和建造的球床模塊式高溫氣冷堆核電站項目(HighTemperature Modular Pebble Bed Reactor Project，HTR-PM)是全世界首座球床式高溫氣冷堆商業(yè)示范電站，跨出了高溫氣冷堆商業(yè)化的重要一步。在HTR-10上對一回路中的放射性核素的研究對高溫氣冷堆放射性包容能力的評估和輻射安全的評價具有重要意義。

HTR-10和HTR-PM的燃料元件為直徑60mm的全陶瓷型TRISO(tristructural-isotropic)包覆顆粒球形燃料元件，分為內(nèi)部的直徑50mm的球芯，均勻彌散了TRISO包覆顆粒的石墨基體的球形燃料區(qū)，以及厚度5mm的外部無燃料石墨球殼。TRISO包覆顆粒的核芯為0.5mm的UO₂小球，由內(nèi)而外包覆了疏松熱解碳層、內(nèi)致密熱解碳層、碳化硅層和外致密熱解碳層。反應(yīng)堆活性區(qū)由石墨反射層圍成，含有大量的燃料元件(HTR-10平衡堆芯內(nèi)裝有燃料元件27000個，HTR-PM單個平衡堆芯有燃料元件420000個)。

氚在高溫氣冷堆中的產(chǎn)生主要有四個途徑：燃料元件中可裂變核素的三元裂變；基體石墨、石墨反射層、碳磚中Li-6、Li-7雜質(zhì)的活化；主回路冷卻劑中He-3的活化；吸收球、控制棒、碳磚中B-10的活化。由于高溫氣冷堆中存在大量的石墨材料，三元裂變和基體石墨及結(jié)構(gòu)石墨中產(chǎn)生的氚通過在石墨中的輸運(yùn)進(jìn)入一回路氦氣。氚作為氫的同位素，一旦隨正常運(yùn)行工況或事故情形下一回路氦氣的泄漏，很容易進(jìn)入生物圈且難以去除，最終造成較大的公眾劑量。因此，對氚的測量和分析是核設(shè)施環(huán)境影響評價中比較關(guān)注的部分。

目前高溫氣冷堆源項分析中，擴(kuò)散系數(shù)是研究氚在石墨中的輸運(yùn)過程中最重要的參數(shù)，但目前對氚在高溫氣冷堆石墨材料中的擴(kuò)散系數(shù)的理論研究和實驗結(jié)果都相對缺乏。氚的擴(kuò)散系數(shù)的測量大多集中在各種不銹鋼材料中，多是通過對氫和氘的擴(kuò)散系數(shù)的簡單質(zhì)量修正得到。這些測量方法和結(jié)果遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足高溫氣冷堆中對氚在堆芯燃料元件、石墨球、石墨反射層以及一回路中的輸運(yùn)行為研究。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種基于累積釋放份額確定氚擴(kuò)散系數(shù)的方法，該方法通過在一定溫度范圍內(nèi)幾個溫度下測量待測球形樣品在不同時刻下氚的累積釋放份額，推得氚在此溫度條件下此待測樣品中擴(kuò)散系數(shù)的具體數(shù)值，進(jìn)而獲得相應(yīng)溫度范圍內(nèi)氚在此種球形多孔介質(zhì)材料中擴(kuò)散系數(shù)的一般表達(dá)式，即確定該種多孔介質(zhì)材料中上述加熱溫度范圍內(nèi)氚的擴(kuò)散系數(shù)。