[发明专利]氚水电解浓集设备和方法

说明书

本发明提供了一种氚水电解浓集设备和方法。设备包括：电解槽，用于对氚水进行电解，其包括进水口、氢气出口和氧气出口；一个样品瓶，其包括进样口和出水口，进样口用于将样品氚水导入样品瓶，出水口用于将样品氚水导出，出水口连接到电解槽的进水口；氧气排放装置，其连接到电解槽的氧气出口，用于向环境排出电解产生的氧气；氢气排放装置，其连接到电解槽的氢气出口，用于向环境排出电解产生的氢气，氢气排放装置包括质量流量计，用于测量电解产生的氢气累积质量流量。根据本发明的技术方案结构设计简单，操作方便，电解效率高，体积浓集率计算准确，安全无污染，实现了环境低水平氚水安全、高效和稳定的电解浓集。

技术领域

本发明涉及环境放射性测量技术领域，尤其涉及一种氚水电解浓集设备和方法。

背景技术

自然环境水中氚的活度一般低于现有液体闪烁计数器的最小探测限(约1Bq/L)，GB/T 12375-1990给出水中氚的探测下限为0.5Bq/L，利用液闪技术对水中氚进行放射性测量，需要先将样品进行氚浓集。

电解技术是实现水中氢、氚分离的重要手段，分为碱式电解、固体聚合膜电解和质子交换膜电解三大类。在低水平氚水电解浓集方面，国际原子能委员会和我国部分单位采用碱式电解法，效率低、腐蚀性强、体积浓缩率受限且存在安全隐患，市场上无成套设备出售，需应用单位自行设计，不易推广；日本于1996年首次提出固体聚合膜氚电解装置，并在我国逐步得到了应用，该方法对纯水进行电解，电解效率高，不存在污染和体积浓集率限制，但浓集液的死体积量较大且极不稳定，使得测量精度变差。

低水平氚水电解浓集和水电解制氢的原理相同。在水电解制氢领域，质子交换膜可以在较高的电流下工作而不降低电解效率，阴极效率可达99.999％，被认为是目前最有前景的水电解技术。

因此，环境低水平氚水的前处理可以借鉴质子交换膜水电解制氢技术，提出一种安全、高效和稳定的电解浓集流程。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种氚水电解浓集设备和相应浓集方法，以实现环境低水平氚水安全、高效和稳定的电解浓集。

根据本发明的第一方面，提供了一种氚水电解浓集设备，用于对水中的氚进行浓集。氚水电解浓集设备包括：电解槽，用于对氚水进行电解，其包括进水口、氢气出口和氧气出口；一个样品瓶，其包括进样口和出水口，进样口用于将样品氚水导入样品瓶，出水口用于将样品氚水导出，出水口连接到电解槽的进水口；氧气排放装置，其连接到电解槽的氧气出口，用于向环境排出电解产生的氧气；氢气排放装置，其连接到电解槽的氢气出口，用于向环境排出电解产生的氢气，氢气排放装置包括质量流量计，用于测量电解产生的氢气累积质量流量。

优选地，电解槽是质子交换膜电解槽。质子交换膜电解槽可以包括质子交换膜电极、阳极板和阴极板。质子交换膜电极优选地是包括质子交换膜、阳极催化剂和阴极催化剂的三合一零极距活性膜电极。

氚水电解浓集设备优选地还包括冷却装置，用于对氧气排放装置中的氧气和/或氢气排放装置中的氢气进行冷却。冷却装置可以包括冷凝管。进一步优选地，氧气排放装置包括回流管，回流管位于冷却装置下方，其下端与样品瓶连通，用于使蒸发的水蒸气冷却回流至样品瓶。类似地，氢气排放装置包括回流管，回流管位于冷却装置下方，其下端与样品瓶连通，用于使蒸发的水蒸气冷却回流至样品瓶。

氚水电解浓集设备还可以包括光电开关，其位于样品瓶的出水口和电解槽的进水口之间的管道附近，用于在管道中无水时停止电解槽的电解。

根据本发明的第二方面，提供了一种氚水电解浓集方法，使用前述氚水电解浓集设备进行氚水电解浓集。氚水电解浓集方法包括步骤：将氚水样品注入样品瓶；用电解槽对氚水进行电解；用质量流量计测量阴极产生的氢气量；当氢气量达到设定值或光电开关检测到样品瓶的出水口和电解槽的进水口之间的管道无水时，结束电解浓集。