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一种适用于环境水平的氢同位素浓集系统

阅读：363发布：2020-05-15

专利汇可以提供一种适用于环境水平的氢同位素浓集系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型公开了一种适用于环境水平的氢同位素浓集系统。待测气体进入该系统时分为两路，一路经过Ar气瓶进入置于石英玻璃管内的陶瓷管的底部，另一路直接进入陶瓷管中部。经过一定时间的反应后，从陶瓷管和石英玻璃管出来的两路气体依次通过温湿度计、流量计后分别与露点仪、测量模块相连接进行相关测量。该系统采用质子导电陶瓷管在高温下对HTO/HDO 蒸汽的电解来实现低浓度氢同位素（HT/HD）的浓集，通过测量模块实现低浓度氢同位素的测量。本实用新型的适用于环境水平的氢同位素浓集系统既能够保证对工作场所中的低浓度氢同位素进行有效浓缩，又可在一定的时间内进行样品的提纯收集，具有稳定可靠，浓缩收集效率高的优点。(ESM)同样的发明创造已同日申请发明专利，下面是一种适用于环境水平的氢同位素浓集系统专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种适用于环境水平的氢同位素浓集系统，其特征在于：所述的氢同位素浓集系统
通过气体取样管道（1）分为两路，一路经氩气瓶（2）和温湿度计Ⅰ（3）后穿过法兰盘（5）进入陶瓷管（8）内腔上部，反应后，从陶瓷管（8）内腔流出，再依次经冷却盘管Ⅰ（9）、温湿度计Ⅱ（11）、流量计Ⅰ（13）、阀门Ⅰ（15）、测量仪（17）和泵Ⅰ（19）流出；另一路经温湿度计Ⅳ（21）和水蒸气瓶（4）后穿过法兰盘（5）进入陶瓷管（8）内腔底部，反应后，从石英玻璃管（7）内腔流出，再依次经冷却盘管Ⅱ（10）、温湿度计Ⅲ（12）、流量计Ⅱ（14）、阀门Ⅱ（16）、露点仪（18）和泵Ⅱ（20）流出；
所述的陶瓷管（8）嵌套在石英玻璃管（7）内部，石英玻璃管（7）和陶瓷管（8）的一端为封闭端，另一端为开口端，开口端采用法兰盘（5）进行密封，形成陶瓷管（8）内腔与位于陶瓷管（8）和石英玻璃管（7）之间的石英玻璃管（7）内腔；法兰盘（5）上分布有4根管道，一根进样管道伸入陶瓷管（8）内腔上部，一根进样管道伸入陶瓷管（8）内腔底部，一根气体出口管道从陶瓷管（8）内腔上部伸出，一根气体出口管道从石英玻璃管（7）内腔伸出；
所述的石英玻璃管（7）外包裹有电炉（6）。
2.根据权利要求1所述的适用于环境水平的氢同位素浓集系统，其特征在于：所述的电炉（6）为程序升温电炉，升温范围为室温 1100℃。
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说明书全文

一种适用于环境水平的氢同位素浓集系统

技术领域

[0001] 本实用新型属于辐射防护与环境保护技术领域，具体涉及一种适用于环境水平的氢同位素浓集系统。

背景技术

[0002] 在核电站、氚靶生产、中子发生器生产等涉氚场所的周围环境中存在一定量的低浓度氚（远低于Bq/m3量级）。这些氚主要以HTO和HT的形式存在，在常温、常压、正常湿度下，大约60天左右会有一半HT转化为HTO，而HTO的吸入危害是气态氚的1.0×104倍，因此HTO的危害不容忽视。然而，目前国内外电离室型测氚仪的灵敏度一般在105Bq/m3左右，远高于大多数氚操作场所环境中的氚浓度。从辐射防护角度出发，对涉氚场所环境中低浓度氚的富集和测量显得尤为重要。

[0003] 目前，针对涉氚场所环境中氚的取样方法主要为“鼓泡法”，即放射性气体通过有蒸馏水的洗气瓶时发生鼓泡，空气样品中的HTO与水进行同位素交换。但这种方法的灵敏度3
一般为（1-5）Bq/m，无法满足环境中低浓度氚的测量。
发明内容

[0004] 本实用新型所要解决的技术问题是提供一种适用于环境水平的氢同位素浓集系统。

[0005] 本实用新型的适用于环境水平的氢同位素浓集系统，其特点是：所述的氢同位素浓集系统通过气体取样管道分为两路，一路经氩气瓶和温湿度计Ⅰ后穿过法兰盘进入陶瓷管内腔上部，反应后，从陶瓷管内腔流出，再依次经冷却盘管Ⅰ、温湿度计Ⅱ、流量计Ⅰ、阀门Ⅰ、测量仪和泵Ⅰ流出；另一路经温湿度计Ⅳ和水蒸气瓶后穿过法兰盘进入陶瓷管内腔底部，反应后，从石英玻璃管内腔流出，再依次经冷却盘管Ⅱ、温湿度计Ⅲ、流量计Ⅱ、阀门Ⅱ、露点仪和泵Ⅱ流出；

[0006] 所述的陶瓷管嵌套在石英玻璃管内部，石英玻璃管和陶瓷管的一端为封闭端，另一端为开口端，开口端采用法兰盘进行密封，形成陶瓷管内腔与位于陶瓷管和石英玻璃管之间的石英玻璃管内腔；法兰盘上分布有4根管道，一根进样管道伸入陶瓷管内腔上部，一根进样管道伸入陶瓷管内腔底部，一根气体出口管道从陶瓷管内腔上部伸出，一根气体出口管道从石英玻璃管内腔伸出；

[0007] 所述的石英玻璃管外包裹有电炉。

[0008] 所述的陶瓷管为质子导电陶瓷管。

[0009] 所述的冷却盘管Ⅰ和冷却盘管Ⅱ为空冷盘管或气冷盘管中的一种。

[0010] 所述的电炉为程序升温电炉，升温范围为室温 1100℃。~

[0011] 所述的泵Ⅰ和泵Ⅱ为真空泵。

[0012] 所述的测量仪为电离室、正比计数管或色谱中的一种。

[0013] 所述的氢同位素浓集系统的连接管道采用1/8inch或1/4inch的不锈钢管道。

[0014] 所述的阀门Ⅰ、阀门Ⅱ为手动阀门、半手动阀门或带有自动温度预警的自动阀门中的一种。

[0015] 本实用新型的适用于环境水平的氢同位素浓集系统采用电化学原理，将含氚气体引入陶瓷管中，在一定的温度下使得含氢同位素的气体发生电离，电离后的氚气（HT/HD）和氧气（O2）在电极的作用下分别扩散到陶瓷管的两级，然后进行富集收集，进而实现含氚气体中HT/HD的分离与富集。

[0016] 本实用新型的适用于环境水平的氢同位素浓集系统中采用质子导电陶瓷管进行氢同位素气体的电离，通过改变质子导电陶瓷管的物料配比，不但能够在不同的气氛中将HT/HD富集，而且能够在不同的温度下进行氢同位素的分离，也可用于含氚气体的提纯工作。

[0017] 本实用新型的适用于环境水平的氢同位素浓集系统采用程序升温电炉，能够提前预设将陶瓷管均匀有效升温，而且能够实时记录陶瓷管内部的升温曲线，使得使用者能够根据自己的需要选择任意温度区段进行实验测量。

[0018] 本实用新型的适用于环境水平的氢同位素浓集系统，在高温电炉后设置有冷却盘管，能够有效地将从高温陶瓷管内出来的气体进行冷却降温，有效的保护了后端的测量仪器仪表。

[0019] 本实用新型的适用于环境水平的氢同位素浓集系统，在测量仪表前端设置有阀门，能够根据前端温湿度计和流量计的读数进行自如控制，避免了气体温度过高对后端测试、测量仪表的损坏。

[0020] 本实用新型的适用于环境水平的氢同位素浓集系统解决了低浓度氢同位素气体测量问题，特别是解决了涉氚场所环境中低浓度氢同位素气体测量方面的问题，满足涉氚场所（核电站、氚靶生产、中子发生器生产等）环境中低浓度氢同位素的富集与测量要求，适用于相关工作场所低浓度氢同位素的富集以及核电站、氚靶生产及中子发生器等相关生产场所周围环境中低浓度氚的浓缩和收集。附图说明

[0021] 图1为本实用新型的适用于环境水平的氢同位素浓集系统结构示意图；

[0022] 图中：1.气体取样管道 2.氩气瓶 3.温湿度计Ⅰ 4.水蒸气瓶 5. 法兰盘 6.电炉 7.石英玻璃管 8.陶瓷管 9.冷却盘管Ⅰ 10.冷却盘管Ⅱ 11.温湿度计Ⅱ 12.温湿度计Ⅲ 13. 流量计Ⅰ 14. 流量计Ⅱ 15.阀门Ⅰ 16. 阀门Ⅱ 17. 测量仪 18.露点仪 19.泵Ⅰ 20.泵Ⅱ 21.温湿度计Ⅳ。

具体实施方式

[0023] 下面结合附图及具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。

[0024] 在图1中，本实用新型的氢同位素浓集系统通过气体取样管道1分为两路，一路经氩气瓶2和温湿度计Ⅰ3后穿过法兰盘5进入陶瓷管8内腔上部，反应后，从陶瓷管8内腔流出，再依次经冷却盘管Ⅰ9、温湿度计Ⅱ11、流量计Ⅰ13、阀门Ⅰ15、测量仪17和泵Ⅰ19流出；另一路经温湿度计Ⅳ21和水蒸气瓶4后穿过法兰盘5进入陶瓷管8内腔底部，反应后，从石英玻璃管7内腔流出，再依次经冷却盘管Ⅱ10、温湿度计Ⅲ12、流量计Ⅱ14、阀门Ⅱ16、露点仪18和泵Ⅱ20流出；

[0025] 陶瓷管8嵌套在石英玻璃管7内部，石英玻璃管7和陶瓷管8的一端为封闭端，另一端为开口端，开口端采用法兰盘5进行密封，形成陶瓷管8内腔与位于陶瓷管8和石英玻璃管7之间的石英玻璃管7内腔；法兰盘5上分布有4根管道，一根进样管道伸入陶瓷管8内腔上部，一根进样管道伸入陶瓷管8内腔底部，一根气体出口管道从陶瓷管8内腔上部伸出，一根气体出口管道从石英玻璃管7内腔伸出；

[0026] 石英玻璃管7外包裹有电炉6。

[0027] 陶瓷管8为质子导电陶瓷管。

[0028] 冷却盘管Ⅰ9和冷却盘管Ⅱ10为空冷盘管或气冷盘管中的一种。

[0029] 本实用新型的电炉6为程序升温电炉，升温范围为室温 1100℃。~

[0030] 泵Ⅰ19和泵Ⅱ20为真空泵。

[0031] 测量仪17为电离室、正比计数管或色谱中的一种。

[0032] 氢同位素浓集系统的连接管道采用1/8inch或1/4inch的不锈钢管道。

[0033] 阀门Ⅰ15、阀门Ⅱ16为手动阀门、半手动阀门或带有自动温度预警的自动阀门中的一种。

[0034] 实施例1

[0035] 本实施例采用的陶瓷管为铟掺杂的CaZrO3基陶瓷管。该陶瓷管能够在600℃~900℃的温度范围内发生反应，能够有效的对氢同位素气体进行电解浓缩。

[0036] 本实施例中的冷却盘管Ⅰ9和冷却盘管Ⅱ10均为空冷盘管。

[0037] 本实施例中的电炉6为升温范围在室温 1100℃的自制程序升温电炉。~

[0038] 本实施例中的泵Ⅰ19和泵Ⅱ20为小型真空泵。

[0039] 本实施例中的测量仪17为正比计数管，正比计数管具有较高的灵敏度，能够在氚浓度极低（几个Bq）的范围内进行测量，提高了仪器的探测灵敏度。

[0040] 本实施例中的所有管道均采用1/8inch的不锈钢管道硬连接而成。

[0041] 本实施例中的阀门Ⅰ15、阀门Ⅱ16为手动单向阀门，手动控制气流速度，提高了系统流速控制的稳定性；同时采用手动阀，可在任意时段和任意温度采集数据，提高了操作的便捷性；单项阀的采用有效避免了后端气体逆流进入到前端的测量系统，影响测量的准确性，进一步提高了氢同位素浓集系统的可靠性和稳定性。

[0042] 本实施例采用上述各种材料和设备分别在600℃，700℃，900℃对某实验场所环境中的HTO进行了120h的浓集处理，浓集效率分别为110，150和560。

[0043] 本实施例中的冷却盘管还可以为气冷盘管，测量仪还可以为电离室或色谱，氢同位素浓集管道还可以为1/4inch的不锈钢管道，阀门Ⅰ15、阀门Ⅱ16还可以为半手动阀门或带有自动温度预警的自动阀门。采用上述任何替换设备或材料均能获得相同或相似的浓集效果。

[0044] 本实用新型不局限于上述具体实施方式，所属技术领域的技术人员从上述构思出发，不经过创造性的劳动，所作出的种种变换，均落在本实用新型的保护范围之内。

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