[发明专利]用于连续再处理聚变反应堆废气的方法和装置

说明书

用于连续再处理具有燃烧室(2)的聚变反应堆(1)的废气的方法，包括下述方法步骤：通过金属箔泵(3)连续抽取聚变反应堆(1)的废气体积流，在金属箔泵(3)中由废气体积流生成等离子体，其中生成的等离子体在金属箔泵(3)内部分离成气态的氢同位素体和剩余气体。将来自金属箔泵(3)的氢同位素体输送至燃料储存装置(10)，并且将气态的剩余气体输送至氚再处理装置(9)，其中剩余气体的温度通过至少一个阻气件(18)调节并且经过燃料储存装置(10)送回至燃烧室(2)中。

技术领域

本发明涉及一种用于再处理聚变反应堆废气并且从聚变反应堆的废气中分离氢同位素体(Isotopologe)的方法和装置，其中氢同位素体从废气中分离出来并且输送回燃料回路中。

背景技术

已知聚变反应堆不仅由氢同位素体的聚变生成氦和能量，而且通过等离子体的操作也积聚杂质，这些杂质必须作为废气排出。氢同位素体在本文中是氢(H)的所有可能的同位素以及与氘(D)和氚(T)的结合，例如T₂、HT、DT、H₂、D₂、HD。

在本文中废气是指这样的气体，该气体从聚变反应堆的燃烧室(圆环)中排出。

废气主要由未燃烧的燃料组成，但是也包含作为聚变反应堆反应产物(例如氦)的杂质，在本文中也称为灰烬，以及碳氢化合物、氨气、氢气、氮气。另外废气的组成取决于在圆环的燃烧室壁中所使用的用作屏蔽的材料以及取决于其他的辅助材料。

但是元素铁、镍、铬等的重原子不同于轻的氢，前者通过等离子体粒子从圆环壁脱离出来，而后者即使在高的聚变温度下也没有完全离子化。这些杂质的电荷数越高，就有越多的电子仍结合在原子核上。

即使从等离子体吸取更多的能量并且再次作为紫外或伦琴射束辐射出。以这种方式使等离子体冷却、稀释并且由此减小聚变量。在具有相对低的在所使用的燃料的全部量的1至10％的杂质含量的情况下，出现聚变反应完全停止，相应地也必定会使燃烧室中的所有气体连续地进行处理。

为了避免等离子体受到来自壁上的杂质，特定的磁场将等离子体边缘层转向燃烧室的特殊设置的位置，该燃烧室的特殊设置的位置表示为偏滤器(Divertor)。

在等离子体的中和过程中在偏滤器上产生的中性气体(该气体相对于等离子体主体流具有较高的压力)通过所谓的偏滤器泵(通常形成为低温真空泵以及额外连接在后面的涡轮分子泵)从燃烧室抽吸或抽取。

必须相应地对低温真空系统提供低温冷却装置(低温装置)，从而使得偏滤器泵充足地供应运行介质，例如液态的氦。这种低温真空系统由于作用原理而必须经常再生，因此无法连续运行。

氦冷却装置另外具有需要非常多的能量这一缺陷并且在建造方面需要高成本投入。

随后在氚再处理装置(Tritium-Plant(TP))中净化或者再处理的废气的再循环通过一个或多个燃料(中间)储存系统或者燃料储存装置而进行，其中在此除了中间存放以外还包含有气体混合和喷射系统。该复杂的系统一般纳入燃料储存装置或Fuelling&StorageSystem(FS)的概念。

目前所考虑到的在氚再处理装置(TP)中进行的再处理方法已经公开在文献/1/Los Alamos 6855-P，作者J.L.Anderson和R.H.Sherrnan，1977年6月，题目TritiumSystem Test Assembly当中。该方法特别复杂并且要求提高包含氚的废气体积流的温度，使得氚扩散到废气引导装置的金属中并且由于渗透性而意外地穿透该金属。

由EP 0 293 730 B1已知一种方法，该方法首先在一个水分吸收阶段中干燥废气并且随后在一个阶段中选择性地吸收硫化合物。最后在沸石基(Zeolitbasis)上对氢的吸收和分离阶段中处理从前述阶段出来的废气。