活性炭在原子能工業(yè)中的應(yīng)用(原子能活性碳的具體應(yīng)用)
來源:活性炭在原子能工業(yè)中的應(yīng)用(原子能活性碳的具體應(yīng)用) 發(fā)布于:2021-04-23 05:23:55 瀏覽:451
活性炭在原子能工業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。不管是核反應(yīng)堆的操作、核燃料元件的生產(chǎn)、用過的核工業(yè)原件處理等過程以及清除廢水中的放射性肺、德和鈣,都離不開活性炭。原子能工業(yè)的特點是凡用過的循環(huán)氣體或廢氣都要通過活性炭層得到完全凈化。這對人員安全和對反應(yīng)堆反應(yīng)過程不利的組分的脫除是必不可少的。當(dāng)需脫除的氣體具有化學(xué)反應(yīng)性時,則通??梢詰?yīng)用吸收作用,例如在硫代硫酸鹽溶液中的吸收脫除放射性碘。當(dāng)脫除的是比較不活潑的物質(zhì)或惰性氣體時,只能采取吸附法來解決,一般吸附劑是用活性炭。例如在用重水冷卻和調(diào)節(jié)反應(yīng)堆內(nèi)作為保護(hù)氣體用的氦的凈化就是一個例子。
在這種類型反應(yīng)堆內(nèi),氦是作為惰性氣體在使用,能在水面上形成一層保護(hù)氣氛,在循環(huán)時,它能帶走由輻射分解生成的氧和錄而防止爆炸混合物的形成。在更換反應(yīng)堆燃料原件時,不可避免地帶進(jìn)空氣與空氣一起進(jìn)入的最危險組分氛。氬氣容易被活化,而且氛在系統(tǒng)內(nèi)的積聚會影響反應(yīng)堆的經(jīng)濟(jì)操作。保護(hù)氣體內(nèi)氨的濃度不得超過0.001%。因此,循環(huán)用氦,在反應(yīng)堆運(yùn)轉(zhuǎn)時,要連續(xù)不斷地進(jìn)行凈化,而在反應(yīng)堆停止運(yùn)轉(zhuǎn)時,要進(jìn)行定期的凈化。
凈化方法是用鼓風(fēng)機(jī)將氦鼓出,先送往再生器,在再生器內(nèi)氛和氧被催化結(jié)合成重水。然后氦通過熱交換器系統(tǒng),先被空氣冷卻,接著被氟利昂冷卻至 5℃,在該溫度下大部分的水被冷凝并返回到反應(yīng)堆。當(dāng)氦經(jīng)過熱交換和吸附處理,正在返回反應(yīng)堆外殼的已凈化的氮氣流預(yù)冷卻以后,將氦送往用液態(tài)氮冷卻的吸附器。在這里活性炭吸附氮和氦,有時還有氪和氙。在吸附器吸附飽和時,再生是非常容易辦到的事。只要升高溫度,被吸附的氣體就會解吸出來了。為了連續(xù)操作,一般用兩個吸附器,交換使用。在一些反應(yīng)堆內(nèi),在氬吸附前面再加一個凈化階段,這是用來脫除空氣中的氮和氧,且充填有熱至600~700℃的鈦簿片。

反應(yīng)堆中放出衰變產(chǎn)物,這些東西都有放射性,其中特別是 85Kr 和133Xe。它們都混在保護(hù)氣體中,必須把它們從氮、氦和氬氣中脫除干凈。這一過程的實施要采取一系列的脫除方法,首先采取過濾的方法,將保護(hù)氣體中的固體粒子去掉,接著讓過濾后的氣體通過催化劑床,使氣體中的氧和氫催化成水,在氣體海過干燥劑床被脫除,這時氣體通入被冷凍的活性炭床(-120℃),這時保護(hù)氣體和被脫除的氣體一起被吸附。在對活性炭床進(jìn)行再生時,要緩慢地升溫,使解吸的氣體分別收集:第一部分是純的保護(hù)氣體,返回循環(huán)系統(tǒng);第二部分含有放射性物質(zhì),經(jīng)過壓縮,裝入耐壓的容器內(nèi)。
在反應(yīng)堆中,U235 衰變產(chǎn)物中135Xe是一定要清除掉,否則會降低反應(yīng)堆的工作效率。
Xe135 的排出量度比較大,同時135Xe 的放射性比較強(qiáng),這樣就不能把它直接放入大氣,否則就會造成嚴(yán)重的污染事件。一般是將排放出的氣體經(jīng)過壓縮,裝入壓力容器保存,等到它們過了半衰期,再把它放入大氣。另一種凈化方法,是將它們用活性炭濾器進(jìn)行過濾,后排入大氣。135Xe 在活性炭表面上吸附,會延遲分子的向前移動,當(dāng)使用足夠厚的炭層時,在炭層內(nèi)就會發(fā)生統(tǒng)計學(xué)上有重要性的部分衰變過程。這樣氣體的活性就被明顯地減小,這時即可將它們排入大氣。
像上面所說一樣,在溶液中活性炭能吸附掉放射性同位素釔、鈰、鈣,這是其他吸附劑所沒有的功能。
本文作者:董帝豪
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