5-3  变温电源法分离氢同位素技术

官  锐  刘云怒  侯建平

核电站反应堆中用作中子慢化剂的重水（D₂O）会通过核反应生成DTO。随着堆运行时间的增加，在重水中的DTO浓度也逐步增加，需要将重水进行处理，以除去重水中所含的氚。本项研究中，建立了一套变温气相色谱法分离氢同位素的演示实验系统。

在研究中，用D-H体系模拟T-D体系，通过D-H体系的结果来推算T-D体系的结果。演示实验系统主要由电解制氢装置、氢气纯化装置、色谱分离装置、自动控制装置和氢气预警装置几个部分组成（如图1）。

从2001年至今，研究工作取得了实质性进展，整套同位素分离系统实现了单元的长期、连续、安全运行，单次运行时间可控制在120 min以内，日处理量达到10 m³/d。

制氢装置在额定功率下工作时，可产生氢气1.6 m³/h。电解的氢气通过纯化装置后，纯度可达99.9%，整个纯化系统在处理150 m³氢气后进行再生，处理能力超过1 m³/h。氢气通过色谱分离装置进行分离，现在已经完成了5个阶段的研究工作：（1）把D丰度为23.3%的样品浓缩到93.3%；（2）把D丰度为10.3%的样品浓缩到91.5%；（3）把D丰度为0.1%的样品浓缩到30.9%；（4）把天然丰度（约10^-4）的氘浓缩到90%；（5）与气液催化交换系统进行初步联调实验，把D丰度约3´10^-3的样品浓缩到约40%。样品通过分离装置后，贫化部分的D丰度为10^-5~10^-6，贫化因子达到10³。

通过以上浓缩实验证明，色谱分离技术可以有效地分离氢同位素，其处理能力可望达到反应堆合氚重水处理的要求。