一种用于放射性裂变气体捕获的装置的制作方法

本实用新型属于核燃料循环技术领域，涉及一种用于放射性裂变气体捕获的装置。

背景技术：

高效低耗核燃料循环的开发是世界上许多国家面临的集政治、科技、经济、环境保护和核能可持续发展为一体的重大科学问题，也是核科学与技术领域的前沿研究课题之一。加速器驱动的先进核能系统(ADANES)在嬗变核废料的同时增殖核燃料，不仅提高了燃料利用率，而且使核废料量显著减少，使核废料管理简单、可行。ADANES系统中，乏燃料高温氧化处理(Voloxidation)是燃料循环的关键步骤，该过程能够使1)燃料破壳分离；2)燃料氧化；3)燃料转化为粉末状；4)释放出可挥发性裂变产物(包括几乎全部的³H、¹⁴C、I、Kr、Xe、Cs、Rb等，和相当部分的半挥发性裂变产物，如90％Te、Tc，75％Lns、Cd，50％In等)。高温氧化过程中被释放出的裂变产物气体成分复杂、毒性大，如果不经处理或处理不当排放，会使环境遭受严重的放射性污染，进而影响到生物圈的安全。对于高温氧化过程中释放出的高毒性气体裂变产物，可经捕获、富集处理后进行妥善处置。

美国橡树岭国家实验室(ORNL)，爱达荷国家实验室(INL)和韩国原子能研究院(KAERI)联合开展了关于乏燃料高温氧化处理的研究，对裂变气体的捕获行为进行了研究，并尝试捕获工艺流程的设计和实践，开展了大量工作并取得了一定的成果。但是，国内在该领域的探索才刚开始起步，相关的研究工作仍处于空白，尚无用于放射性裂变产物气体捕获的相关装置和流程。国内目前也无用于高温氧化过程释放的裂变产物气体的捕获装置和流程。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种用于放射性裂变气体捕获的装置。本实用新型所采用的技术方案是由开启式四温区高温反应炉和反应填料芯构成，反应填料芯内放置滤饼。

进一步，四温区高温反应炉的四级设计温度分别为300℃、1000℃、1200℃、1400℃。

进一步，反应填料芯采用铁镍铬合金制成。

进一步，四温区高温反应炉设计真空度2×10^-5Pa。

进一步，反应填料芯的第四级中加入挥发源，第三级中填入粉煤灰滤饼，第二级填入氧化钙滤饼，第一级填入富银沸石。

本实用新型的有益效果是能够进行放射性裂变气体的捕获。

附图说明

图1是用于放射性裂变气体捕获的装置的结构示意图；

图2是装置的反应填料芯结构示意图；

图3是反应填料芯第三级和第四级结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

本实用新型如图1至图3所示，在高温氧化过程中，多种可挥发气体同时存在，因此需考虑多种气体共存条件下的捕获行为。本实用新型的装置用于Cs、I、¹⁴C、和³H气体的捕获。本实用新型装置由开启式四温区高温反应炉1和反应填料芯2构成，反应填料芯2内放置滤饼3，四温区高温反应炉1的四级设计温度分别为300℃、1000℃、1200℃、1400℃，第四级204(1400℃)为高温挥发室，其余三级为高温捕获室。反应填料芯2采用铁镍铬合金制成，可耐1450℃高温，各部件间通过凹槽密封和挤压密封，四温区高温反应炉1设计真空度2×10^-5Pa。使用时，向反应填料芯2的第四级204中加入挥发源205，第三级203中填入粉煤灰滤饼，第二级202填入氧化钙滤饼，第一级201填入富银沸石，高温气体依次通过三级捕获区而完成气体捕获。

反应填料芯2中填料需制成具有一定强度的多孔滤饼，既可满足气体通过的要求，又能满足机械装配要求。经多次尝试，第三级203中填入粉煤灰滤饼，由使用粉煤灰、粘合剂、造孔模板制得。称取2.1328g聚乙烯醇作为粘合剂，在280℃50mL水中边搅拌边加入聚乙烯醇使其溶解，溶解完全后向其中加入58.8665g粉煤灰，充分搅拌，将模板材料制成直径50mm厚度15mm圆饼形状的模板浸入其中，在充分浸透后取出，将表面多余液体刮除，放入烘箱75℃干燥，完全干燥后，放入高温炉，从20℃经50min升温至150℃并恒温20min，再以3℃/min升温至1200℃，恒温1h，再4℃/min降温至室温。

第二级202填入氧化钙滤饼，称取0.1369g粘合剂，在280℃25mL水中边搅拌边加入粘合剂使其溶解，溶解完全后向其中加入15.5g氧化钙，充分搅拌，将圆饼形状的模板材料浸入其中，在模板材料充分浸透后取出，将多余液体刮除，放入烘箱75℃干燥，完全干燥后，放入高温炉，从20℃经50min升温至150℃并恒温20min，再以5℃/min升温至1200℃，恒温1h，再5℃/min降温，制得滤饼。

混合气体捕获装置经调试测试，对Cs、I、¹⁴C、和³H的捕获效率可达99％。

以上所述仅是对本实用新型的较佳实施方式而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施方式所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本实用新型技术方案的范围内。