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活性炭在原子能工业中的应用

阅读:23 时间:2020-12-21 10:02

  活性炭在原子能工业中有着广泛的应用。不管是核反应堆的操作、核燃料元件的生产、用过的核工业原件处理等过程以及清除废水中的放射性肺、德和钙,都离不开活性炭。原子能工业的特点是凡用过的循环气体或废气都要通过活性炭层得到完全净化。这对人员安全和对反应堆反应过程不利的组分的脱除是必不可少的。当需脱除的

  气体具有化学反应性时,则通常可以应用吸收作用,例如在硫代硫酸盐溶液中的吸收脱除放射性碘。当脱除的是比较不活泼的物质或惰性气体时,只能采取吸附法来解决,一般吸附剂是用活性炭。例如在用重水冷却和调节反应堆内作为保护气体用的氦的净化就是一个例子。

  在这种类型反应堆内,氦是作为惰性气体在使用,能在水面上形成一层保护气氛,在循环时,它能带走由辐射分解生成的氧和录而防止爆炸混合物的形成。在更换反应堆燃料原件时,不可避免地带进空气与空气一起进入的最危险组分氛。氩气容易被活化,而且氛在系统内的积聚会影响反应堆的经济操作。保护气体内氨的浓度不得超过0.001%。因此,循环用氦,在反应堆运转时,要连续不断地进行净化,而在反应堆停止运转时,要进行定期的净化。

  净化方法是用鼓风机将氦鼓出,先送往再生器,在再生器内氛和氧被催化结合成重水。然后氦通过热交换器系统,先被空气冷却,接着被氟利昂冷却至 5℃,在该温度下大部分的水被冷凝并返回到反应堆。当氦经过热交换和吸附处理,正在返回反应堆外壳的已净化的氮气流预冷却以后,将氦送往用液态氮冷却的吸附器。在这里活性炭吸附氮和氦,有时还有氪和氙。在吸附器吸附饱和时,再生是非常容易办到的事。只要升高温度,被吸附的气体就会解吸出来了。为了连续操作,一般用两个吸附器,交换使用。在一些反应堆内,在氩吸附前面再加一个净化阶段,这是用来脱除空气中的氮和氧,且充填有热至600~700℃的钛簿片。

  反应堆中放出衰变产物,这些东西都有放射性,其中特别是 85Kr 和133Xe。它们都混在保护气体中,必须把它们从氮、氦和氩气中脱除干净。这一过程的实施要采取一系列的脱除方法,首先采取过滤的方法,将保护气体中的固体粒子去掉,接着让过滤后的气体通过催化剂床,使气体中的氧和氢催化成水,在气体海过干燥剂床被脱除,这时气体通入被冷冻的活性炭床(-120℃),这时保护气体和被脱除的气体一起被吸附。在对活性炭床进行再生时,要缓慢地升温,使解吸的气体分别收集:第一部分是纯的保护气体,返回循环系统;第二部分含有放射性物质,经过压缩,装入耐压的容器内。

  在反应堆中,U235 衰变产物中135Xe是一定要清除掉,否则会降低反应堆的工作效率。

  Xe135 的排出量度比较大,同时135Xe 的放射性比较强,这样就不能把它直接放入大气,否则就会造成严重的污染事件。一般是将排放出的气体经过压缩,装入压力容器保存,等到它们过了半衰期,再把它放入大气。另一种净化方法,是将它们用活性炭滤器进行过滤,后排入大气。135Xe 在活性炭表面上吸附,会延迟分子的向前移动,当使用足够厚的炭层时,在炭层内就会发生统计学上有重要性的部分衰变过程。这样气体的活性就被明显地减小,这时即可将它们排入大气。

  像上面所说一样,在溶液中活性炭能吸附掉放射性同位素钇、铈、钙,这是其他吸附剂所没有的功能。



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