用于从快堆乏燃料棒中提取氪-85的方法与流程

1.本发明涉及氪气的生产领域，具体涉及一种利用乏燃料棒生产kr-85气体的方法。


背景技术：

2.目前，氪气由于其具有特别高的透射率，因此其被大量用于矿场、越野车以及机场跑道等区域的照明。同时，在医学上，氪的同位素被用作显宗剂。随着科技的发展和进步，氪的用途也越来越广泛，由此导致对氪的需求越来越大。另一方面，从反应堆的乏燃料处理角度来讲，作为乏燃料裂变产物的放射性惰性气体同位素氪-85具有较长的半衰期。而在乏燃料的后处理过程中，大部分氪-85转变为气相，通常会随着处理尾气释放到大气中去。大量的放射性核素的排放，会对环境造成很大的危害。因此，从这一角度来说，也需要对乏燃料处理过程中所产生的氪-85进行处理。
3.因此，现有技术需要一种能够对乏燃料处理过程中的氪-85进行处理，同时获得所需的氪-85的相关技术。


技术实现要素：

4.为了解决上述技术问题中的至少一个方面，本发明的实施例提供了一种用于从快堆乏燃料棒中提取氪-85的方法，该方法包括：
5.从快堆的燃料棒组件获取单根乏燃料棒；
6.获取所述单根乏燃料棒的包壳中的混合气体；
7.从所述混合气体中分离出氪气；
8.对所述氪气进行浓缩处理，以获得高浓度氪-85的氪气；以及
9.对经过浓缩处理的所述氪气进行存储。
10.根据本发明的用于从快堆乏燃料棒中提取氪-85的方法能够通过快堆乏燃料棒的包壳进行氪-85的提取，通过提取乏燃料棒的包壳中的具有放射性的氪-85，从而使得乏燃料棒的后续处理更加安全，同时通过氪气的分离和浓缩处理，获得了工业上所需氪-85，从而扩展了氪-85的生产来源。
11.根据本发明的用于从快堆乏燃料棒中提取氪-85的方法的一个优选的实施例，所述获取所述单根乏燃料棒的包壳中的混合气体包括：
12.将所述单根乏燃料棒的第一端部设置于第一密封容器中；
13.将所述单根乏燃料棒的第二端部设置于第二密封容器中；
14.在所述第二密封容器中进行抽真空处理，然后对所述单根乏燃料棒的第二端部进行穿孔处理，以使所述单根乏燃料棒的包壳中的气体能够排出；
15.在所述第一密封容器中进行抽真空处理，然后对所述单根乏燃料棒的第一端部进行穿孔处理，以使来自外部的载气能够进入所述单根乏燃料棒的包壳的内部；以及
16.向所述第一密封容器中通入所述载气。
17.根据本发明的用于从快堆乏燃料棒中提取氪-85的方法的另一个优选的实施例，
所述获取所述单根乏燃料棒的包壳中的混合气体还包括：通过活性炭冷阱对从所述单根乏燃料棒的包壳中排出的混合气体进行吸附。
18.根据本发明的用于从快堆乏燃料棒中提取氪-85的方法的再一个优选的实施例，所述第一密封容器流体连通地连接至载气容器。
19.根据本发明的用于从快堆乏燃料棒中提取氪-85的方法的又一个优选的实施例，所述载气容器包括流量控制器，所述流量控制器用于控制从所述载气容器输送至所述第一密封容器的载气的流量。
20.根据本发明的用于从快堆乏燃料棒中提取氪-85的方法的还一个优选的实施例，所述载气包括氦气。
21.根据本发明的用于从快堆乏燃料棒中提取氪-85的方法的另一个优选的实施例，所述从快堆的燃料棒组件获取单根乏燃料棒包括：对所述燃料棒组件的第一端部和第二端部进行切除，从切除端部的所述燃料棒组件中分离出单根初始燃料棒。
22.根据本发明的用于从快堆乏燃料棒中提取氪-85的方法的又一个优选的实施例，所述从快堆的燃料棒组件获取单根乏燃料棒还包括：去除所述单根初始燃料棒的绕丝。
23.根据本发明的用于从快堆乏燃料棒中提取氪-85的方法的还一个优选的实施例，所述去除所述单根初始燃料棒的绕丝包括：切除所述单根初始燃料棒的端部的绕丝焊点，并将所述绕丝从所述单根初始燃料棒上拆除。
24.根据本发明的用于从快堆乏燃料棒中提取氪-85的方法的再一个优选的实施例，所述从所述混合气体中分离出氪气包括：通过活性炭吸附分离技术或低温精馏技术对所述混合气体中的氪气进行分离。
25.根据本发明的用于从快堆乏燃料棒中提取氪-85的方法的另一个优选的实施例，所述对所述氪气进行浓缩处理包括：利用气体扩散法或热扩散法来提高所述氪气中的氪-85的浓度。
26.根据本发明的用于从快堆乏燃料棒中提取氪-85的方法的再一个优选的实施例，所述对经过浓缩处理的所述氪气进行存储包括：利用活性炭吸附或高压储气钢瓶对经过浓缩处理的所述氪气进行存储。
27.根据本发明的用于从快堆乏燃料棒中提取氪-85的方法能够从快堆乏燃料棒的包壳中提取氪-85，对快堆乏燃料棒的包壳中的放射性气体进行了处理，防止了放射性气体的排放对环境的污染。同时通过以快堆乏燃料棒的包壳为氪-85来源，提供了一种获取氪-85的途径，由此能够提高氪-85的产量，为氪-85的应用的推广提供了保障。
附图说明
28.通过下文中参照附图对本发明所作的描述，本发明的其它目的和优点将显而易见，并可帮助对本发明有全面的理解。
29.图1为根据本发明的用于从快堆乏燃料棒中提取氪-85的方法的流程图。
30.图2为根据本发明的获取单根乏燃料棒的包壳中的混合气体的流程图。
31.需要说明的是，附图并不一定按比例来绘制，而是仅以不影响读者理解的示意性方式示出。
具体实施方式
32.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一个实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
33.除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。
34.本发明提供一种用于从快堆乏燃料棒中提取氪-85的方法，通过根据本发明的方法能够将快堆乏燃料棒的包壳中的裂变混合气体提取出来，进而对提取出来的混合气体进行分离，由此获得所需的氪-85气体，通过相关容器对氪-85气体进行存储以备后续使用。这不仅能够防止乏燃料棒的处理过程中产生的氪气对环境造成污染，而且提供了一种氪气特别是氪-85的制备方法。
35.如图1所示，根据本发明的用于从快堆乏燃料棒中提取氪-85的方法包括如下步骤，从快堆的燃料棒组件获取单根乏燃料棒；获取所述单根乏燃料棒的包壳中的混合气体；从所述混合气体中分离出氪气；对所述氪气进行浓缩处理，以获得高浓度氪-85的氪气；以及对经过浓缩处理的所述氪气进行存储。以下将作具体说明。
36.首先从快堆的燃料棒组件获取单根乏燃料棒，快堆中的燃料棒是以燃料棒组件的形式设置于快堆的堆芯中，在从堆芯中拆除燃料棒时同样是以燃料棒组件的形式进行，通过拆除的燃料棒组件获取单根乏燃料棒，并对单根乏燃料棒进行后续处理。接着，获取单根乏燃料棒的包壳中的混合气体，由于快堆具有较高的堆芯工作温度(比如与压水堆相比)，因此反应过程中产生裂变气体大部分存储在燃料棒的包壳中，从而需要从燃料棒的包壳中提取相关裂变气体。然后，从所提取获得的裂变气体中分离出氪气，由于氪气中包含氪的同位素气体，因此，在获得氪气之后对其中所包含的氪-85进行浓缩处理，从而获得氪-85浓度较高的氪气，最后通过相关容器对氪-85浓度较高的氪气进行存储，以备后续使用。
37.在此，从快堆的燃料棒组件获取单根乏燃料棒的步骤可以通过将燃料棒组件的第一端部和第二端部进行切除，从切除端部的燃料棒组件中分离出单根初始燃料棒。由于单根初始燃料棒的外周壁上设置有绕丝，因此需要进一步通过去除单根初始燃料棒的绕丝来获得能够进行后续处理的单根乏燃料棒。有利地，可以在热室内通过铣床来将燃料棒组件的第一端部和第二端部进行整体切除，然后从燃料棒组件中将单根初始燃料棒拆出，比如可以通过从燃料棒组件的端部将单根初始燃料棒顶出，从而获得多根初始燃料棒。在从燃料棒组件分离出单根初始燃料棒之后，在热室内可以利用剪切装置切除单根初始燃料棒的端部的绕丝焊点，进一步将绕丝从单根初始燃料棒上拆除，由此获得后续使用的单根乏燃料棒。
38.在此，如上所述的获取单根乏燃料棒的包壳中的混合气体的步骤需要向单根乏燃料棒的包壳内通入载气，以便通过载气将其中的裂变气体载出。如图2所示，根据本发明的用于从快堆乏燃料棒中提取氪-85的方法的获取单根乏燃料棒的包壳中的混合气体的步骤可以包括如下具体步骤，首先将单根乏燃料棒的第一端部设置于第一密封容器中，第一密封容器的尺寸明显大于上述第一端部的尺寸，由此能够在第一密封容器内对单根乏燃料棒的第一端部进行相关操作或处理。接着，将单根乏燃料棒的第二端部设置于第二密封容器
中，与上述第一密封容器类似地，第二密封容器的尺寸明显大于上述第二端部的尺寸，由此能够在第二密封容器内对单根乏燃料棒的第二端部进行相关操作或处理。然后，在第二密封容器中进行抽真空处理，之后对单根乏燃料棒的第二端部进行穿孔处理，以使单根乏燃料棒的包壳中的气体能够排出；在此可以对单根乏燃料棒的包壳的第二端部进行穿孔处理，比如可以进行钻孔处理或机械刺孔处理，以便穿透单根乏燃料棒的包壳，以使包壳的内腔与外部相通，从而将包壳内腔中的裂变气体排出。接着，对第一密封容器进行抽真空处理，之后在第一密封容器中对单根乏燃料棒的包壳的第一端部进行穿孔处理，比如可以对单根乏燃料棒的包壳的第一端部进行钻孔或机械刺孔处理，以使载气能够进入单根乏燃料棒的包壳的内部。最后，向第一密封容器中通入载气，可以通过热室外部的气源对第一密封容器进行载气的充入。由此通过载气将包壳的腔体内的裂变气体载出。
39.根据本发明的用于从快堆乏燃料棒中提取氪-85的方法通过向第一密封容器内充入载气，使得载气通过位于单根乏燃料棒的包壳的第一端部上的穿孔进入包壳的内腔，由此将包壳的内腔中的裂变气体朝向包壳的第二端部导流，再通过包壳的第二端部的穿孔排出到包壳的外部，即排出到第二密封容器内，由此完成对快堆乏燃料棒的包壳内的裂变气体的顺利排出和采集。
40.进一步地，获取单根乏燃料棒的包壳中的混合气体还包括：通过活性炭冷阱对从单根乏燃料棒的包壳中排出的混合气体进行吸附。在此，由于从单根乏燃料棒的包壳中排出的混合气体中可能含有放射性气溶胶，因此可以在对混合气体进行活性炭冷阱吸附之前脱除其中的气溶胶。在此，可以对混合气体进行过滤器过滤等预处理过程，然后再对经过上述预处理过程的混合气体进行活性炭冷阱吸附，其中，活性炭冷阱以液氮作为冷却剂，将混合气体进行冷却液化以便进行吸附。进一步地，可以利用裂变气体中的不同气体成分的不同液化温度，分别对不同的气体成分进行液化，相应地使得不同的裂变气体成分依次被活性炭冷阱所吸附。在此，可以采用双级活性炭吸附器分别对裂变气体中的不同组分进行吸附，比如双级活性炭吸附器中的每一级可以具有不同的冷却温度，由此能够分别对不同液化温度的裂变气体进行液化吸附。在活性炭冷阱吸附装置中，液氮的气化温度需要在-190℃或更低，以免气体产生凝固而堵塞管路，导致活性炭冷阱不能正常运行。
41.根据本发明的用于从快堆乏燃料棒中提取氪-85的方法可以设置专门用于向第一密封容器提供载气的载气容器，载气容器可以设置在热室的外部，通过气体管路与第一密封容器流体连通。在此，载气可以采用氦气，相应地，载气容器可以为氦气罐，比如为盛放有氦气的钢瓶。载气容器可以包括流量控制器，该流量控制器用于控制从载气容器输送至第一密封容器的载气的流量。可以在第一密封容器内形成具有一定压力的氦气环境，由此能够连续地向单根乏燃料棒的包壳内充入氦气，从而将氪气从单根乏燃料棒的包壳内连续地导出。
42.在对混合气体进行冷阱吸附之后，还需要对活性炭冷阱中所吸附的氪气进行分离。在此，从混合气体中分离出氪气可以包括，通过活性炭吸附分离技术或低温精馏技术对混合气体中的氪气进行分离。活性炭冷阱可以完全吸附氪气和氙气，接着对吸附了裂变气体的低温活性炭冷阱进行加热，以便对吸附的气体进行解吸。解吸的气体可以通过活性炭吸附分离工艺进行氪气和氙气的分离，氪气和氙气被活性炭吸附，通过控制活性炭温度及载气吹扫流速，氪气首先被解吸出来，可以通过活性炭吸附等设备对氪气进行存储或临时
存放。然后氙气被解吸出来，这些被解吸出来的气体可以被收集起来作为本工艺的副产品。在此基础上，可以通过多次活性炭冷阱吸附和解吸的工艺获得纯度较高的氪气。还可以利用氪气与其他气体之间的挥发温度不同的特性，利用低温精馏法对氪气与其他气体进行分离。
43.如上所述获得的氪气中含有大量的同位素元素，即氪-82、氪-83、氪-84、氪-85和氪-86，然而通常所需要的是同位素氪-85。因此，为了获得氪-85浓度较高的氪气，需要对氪气进行浓缩处理，以提高氪-85的浓度。对氪气中的氪-85进行浓缩处理可以包括，利用气体扩散法或热扩散法来提高所述氪气中的氪-85的浓度，以使所获得的氪气满足使用要求。
44.最后，对获得的符合要求的氪气进行存储。在获得所需氪-85浓度的氪气之后，可以利用活性炭吸附或高压储气钢瓶对浓缩后的氪气进行存储，以备后续使用。
45.根据本发明的用于从快堆乏燃料棒中提取氪-85的方法能够从快堆乏燃料棒的包壳中提取氪-85，对快堆乏燃料棒的包壳中的放射性气体进行了处理，防止了放射性气体的排放对环境的污染。同时通过以快堆乏燃料棒的包壳为氪-85来源，提供了一种获取氪-85的途径，由此能够提高氪-85的产量，为氪-85的应用的推广提供了保障。
46.虽然已参照典型的实施例描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。