國際熱核實驗反應(yīng)堆、中國聚變工程試驗堆以及核電站等項目對大規(guī)模氫同位素氣體中低水平氚的富集分離提出了強烈的需求。低溫色譜分離技術(shù)因其低柱容量以及低建造成本的優(yōu)勢,應(yīng)用于大規(guī)模氫同位素富集分離極具發(fā)展?jié)摿?因此本文對低溫色譜分離技術(shù)相關(guān)的材料和工藝進行了研究。通過5A分子篩和13X分子篩的性能比較,選定了 5A分子篩作為低溫色譜的分離材料。利用實驗測定的純氕和純氘吸附等溫線,基于微孔填充模型,計算得到了其他氫同位素單組份的吸附等溫線�；诶硐肴芤耗Ｐ�,計算得到了氫同位素混合氣體的分離因子。根據(jù)分離因子隨溫度、壓力、組分的變化規(guī)律,研究了氫同位素在5A分子篩表面吸附的熱力學(xué)同位素效應(yīng)。結(jié)果表明,對于組成范圍1%～99%的二元氫同位素混合氣體,在77 K～157 K,10 Pa～0.2 MPa條件下,5A分子篩均優(yōu)先吸附重核氫同位素,分離因子介于5.80～1.04之間;氫同位素組元之間的質(zhì)量差異越大,同位素效應(yīng)越明顯;分離因子隨溫度升高呈指數(shù)下降;10 kPa以下,氣相組成和總壓對分離因子無顯著影響;氣相總壓在10kPa～100 kPa范圍內(nèi),氣相總壓升高或同位素含量增加,分離因子顯著降低。... 

【文章來源】：中國工程物理研究院北京市

【文章頁數(shù)】：123 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１．２中國規(guī)劃的核電站分布圖??反應(yīng)堆運行過程的氚，主要是通過燃料的裂變反應(yīng)及Ｂ、Ｌｉ、Ｄ和Ｂｅ的中子活化反??［９］

?５Ａ分子篩置換色譜富集分離氫同位素研究???的ＤＥＭＯ、ＣＦＥＴＲ堆中，氫同位素總量預(yù)計達到公斤級（其中，容器中約４５０?ｇ，燃料??循環(huán)系統(tǒng)中約８３３ｇ，用于長期存貯約９００ｇ，廢物處理系統(tǒng)中約２５０?ｇ）。??此外，在國家大力防治大氣污染、發(fā)展非化石能源的背景下，裂變發(fā)電在未來一段??時間內(nèi)仍然是獲取能源的一個重要方式，眾多的核電站項目（見圖１．５）己經(jīng)列入國家規(guī)劃??［６］。在眾多擬建或在建得到核電站項目中，從圖１．５可以看出，核電站選址向內(nèi)陸延伸是??一個顯著特征。發(fā)展內(nèi)陸核電站應(yīng)當(dāng)考慮大量低濃度含氣廢液的排放對環(huán)境的影響以及??對飲用水的污染問題ｍ。我國《核動力廠環(huán)境輻射防護規(guī)定》規(guī)定了內(nèi)陸核電站排放口??一千米處受納水體中總（３放射性不超過１?Ｂｑ／Ｌ的限制指標(biāo)，同時對氚的年總排放量提出??了?７．５Ｍ０ｌ３Ｂｑ／年的排放限值。在目前水資源短缺且環(huán)境保護標(biāo)準(zhǔn)日益嚴(yán)格的形勢下，對??含氚廢液進行處理的必要性逐漸增強［８］。??ｆ?＇?Ｉ?ｆａａａ沭斯ｆｉｔ電??Ｃｗ?ｂ，?＆??樣電站ｌａ?樂渴核電站?在備兩樓電站－期??Ｉｎ大販核電站ｆａ＊松滋核電《?＇??■一令，ｖ?站?核電站?＾示??ｉｎ捵花江核電２?ｌｏｏ潘山核電站?、?＆??６秦？田擁兩Ｓｆｉ－期??ｉｎ?三職％？?”，?＞＊?ｂａ?ｆａａ?ｋｉ??Ｉ?＼?ｌ?龍》味電站?３用《電站?》山核電山孩電??％１：．邊ｉｖ?Ｉｎｉｓｍｓａ?－ｏｊ艦《ａ??ｆｃａ；８？ｆｆ核電玷電Ｋ?ｆｅｌ核電ｉ￡?期?ＩＳｌ核電玷??ｋａ?ｆ?ｂａ?＞?＊?．?．?．?，?．??ｆｃ；？核電站期《據(jù)電Ｂｉ雜

?５Ａ分子篩置換色譜富集分離氫同位素研究???和水降氚技術(shù)。該領(lǐng)域中采用的氫同位素分離技術(shù)主要為低溫精餾和大型置換色譜，而??水降氚技術(shù)主要為催化交換聯(lián)合電解技術(shù)。同位素分離技術(shù)與水降氚技術(shù)的聯(lián)合使用，??實現(xiàn)水中氚的連續(xù)富集回收，原理如圖１．５所示ｎｓ］Ｄ由圖可知，氫同位素氣體進入液相??催化交換柱（ＬＰＣＥ）與水中的氚進行交換，氣體中的氚得到了進一步貧化，而水中富集的??氚電解后以氣體的形式進入低溫精餾進行氚的富集回收。??Ｓｔ＊ｃ？ｓｌ?Ｈ，????Ｉ?ＨＤ???????——＾?ＩＴ?＾??■??Ｉ?Ｉ??８?＿?Ｉ??ｇ?Ｉ??????－＞?＊—￣?ｉ??■?Ｐｃｒｍｃａｌｕｒ??—＂—圓?Ｇ?＼ｒ＼?ｉｓ，ａｃｋ?■??ｌ｜?〇；?＾??Ｗ？，ｃ，?］?＿?，Ｍ，ｒｉｒ，ｒｉ，＇ｉ〇＂??｜＞ｎｒｉｒ丨（ａｌｉｏｎ?１??Ｓｍ＾ｒ?階??——Ｉ?—?＋ｉ－…??????＿??ＭＭ－Ｉｒｏｌｊｓｒｒ?１??｜??１１２０??圖１．５水去氣化系統(tǒng)原理７Ｋ意圖??可見，大規(guī)模涉氚設(shè)施和項目均需要大規(guī)模的氫同位素富集分離技術(shù)。就大規(guī)模氫??同位素的分離技術(shù)而言，因低溫精餾具有技術(shù)成熟、分離能力強的優(yōu)勢，國際上普遍指??定低溫精餾作為ＩＴＥＲ、ＤＥＭＯ中首選的大規(guī)模氫同位素分離技術(shù)。然而，低溫精餾技術(shù)??也存在自身的不足，如建設(shè)成本高，氣存留量大，運行成本高，安全風(fēng)險大等［５］。因此，??替代技術(shù)或輔助技術(shù)的研發(fā)一直是大規(guī)模氫同位素分離領(lǐng)域的一個研究方向。??為研發(fā)大規(guī)模氫同位素分離的替代技術(shù)或輔助技術(shù)，有必要對各種氫同位素分離技??術(shù)進行綜合評估，在此基礎(chǔ)

【參考文獻】：
期刊論文
[1]可控核聚變科學(xué)技術(shù)前沿問題和進展[J]. 高翔,萬元熙,丁寧,彭先覺.  中國工程科學(xué). 2018(03)
[2]LaNi4.25Al0.75吸氕、氘、氚熱力學(xué)同位素效應(yīng)[J]. 梁斌斌,趙崴巍,何長水,闕驥,楊洪廣.  同位素. 2016(02)
[3]我國內(nèi)陸核電站五個問題的研究[J]. 陳杰,周濤,周藍宇.  華北電力大學(xué)學(xué)報(社會科學(xué)版). 2016(02)
[4]內(nèi)陸核電廠“近零排放”方案設(shè)計與構(gòu)建[J]. 李奇君,齊建華,王卉春.  產(chǎn)業(yè)與科技論壇. 2016(06)
[5]壓水堆核電站含氚廢液處理技術(shù)[J]. 翁文慶,龍京晶,呂永紅.  輻射防護通訊. 2014(06)
[6]超大容量氫同位素色譜分離系統(tǒng)的概念設(shè)計[J]. 謝波,翁葵平,劉云怒,侯建平.  同位素. 2012(04)
[7]標(biāo)準(zhǔn)氫的狀態(tài)方程研究[J]. 吳江濤,周永.  西安交通大學(xué)學(xué)報. 2011(11)
[8]熱循環(huán)吸附裝置的初步氫同位素分離[J]. 黃國強,羅德禮,雷強華,劉青松,向鑫,錢曉靜,陳長安.  化學(xué)工程. 2010(10)
[9]鈾吸、放氘/氚的熱力學(xué)同位素效應(yīng)[J]. 黃剛,龍興貴,梁建華,楊本福,劉文科.  原子能科學(xué)技術(shù). 2010(S1)
[10]Mo含量對Ti-Mo合金氫同位素效應(yīng)的影響[J]. 王偉偉,龍興貴,劉文科,黃剛.  同位素. 2009(03)

博士論文
[1]疏水催化劑及氫—水液相催化交換性能研究[D]. 葉林森.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2014
[2]氫同位素吸附研究[D]. 褚效中.天津大學(xué) 2007

碩士論文
[1]變壓吸附制氮氣的數(shù)值模擬[D]. 田春剛.華中科技大學(xué) 2007
[2]鈦吸、放氫的同位素效應(yīng)研究[D]. 黃剛.中國工程物理研究院 2005
[3]鈀釔合金膜分離器的氫同位素分離性能研究[D]. 宋江鋒.中國工程物理研究院 2005
[4]多壁和單壁碳納米管儲氫性能的研究[D]. 李弘波.浙江大學(xué) 2003
[5]鈀吸放氫同位素的熱力學(xué)性質(zhì)研究[D]. 唐濤.中國工程物理研究院北京研究生部 2003



本文編號：3111456