[发明专利]一种氘氚混合气的供应设备及方法

说明书

本发明公开了一种氘氚混合气的供应设备及方法，该设备包括气源床，加热冷却一体机，标准容器，氢同位素在线微色谱，真空机组；气源床与加热冷却一体机通过导热油管路相连；气源床与标准容器通过气动阀II、气动阀V相连；标准容器和氢同位素在线微色谱通过进样管路相连；标准容器和真空机组通过气动阀II、气动阀VIII相连。该设备采取气源床、加热冷却一体机，在线微色谱等特定组合方式，实现了供应过程中氘/氚比例不发生变化。供应方法包括以下步骤：气源床降温并保持恒温、氘氚混合原料气的输入、气源床升温并恒温、氘氚混合气体的输出。该方法对气源床精确控温，利用在线微色谱监测混合气氘/氚比例，实现了气源床供气过程中零同位素效应。

技术领域

本发明属于能源领域，具体涉及一种氘氚混合气的供应设备及方法。

背景技术

氚是一种十分重要的战略能源资源，在工业、国防和科学研究等领域中具有十分重要的意义。为了保证国际热核聚变堆(ITER，International ThermonuclearExperimental Reactor)的研究工作，需要有合适的氘氚储存及供应设备。

现有的氘氚混合气体储存及供应设备(如S.Beloglazov，M.Glugla，R.Wagner，E.S.Grünhagen，Investigation of isotope effects in the gas streamssupplied by a 1∶1ITER storage bed using a micro gas chromatography，FusionSci.Technol.48(1)(2005)67-70.)，使用ZrCo合金作为该储存及供应设备的储氢材料。当利用微色谱在线分析ZrCo床的氕氘混合气输出时，发现存在较显著的氢同位素效应，说明利用ZrCo床进行氘氚供给时氘/氚比例会随着供给时间而发生变化，这将对聚变反应稳定性造成一定的影响。

发明内容

为了克服上述技术缺陷，本发明旨在提供一种在不改变氘氚比例情况下的氘氚混合气的供应设备及方法。本发明具体采用如下技术方案：

一种氘氚混合气的供应设备，其特征在于，所述供应设备包括气源床，加热冷却一体机，标准容器，氢同位素在线微色谱，真空机组；其连接关系是气源床与加热冷却一体机通过导热油管路相连；气源床与标准容器通过气动阀II、气动阀V相连；标准容器和氢同位素在线微色谱通过进样管路相连；标准容器和真空机组通过气动阀II、气动阀VIII相连。

所述气源床为金属氢化物化学床，填充材料成分为LaNi₅-SiO₂复合材料。

所述LaNi₅-SiO₂复合材料颗粒大小为40目-60目，LaNi₅粉末通过SiO₂包覆，LaNi₅粉末大小为200目-250目。

所述加热冷却一体机的工作温度范围为100℃～-20℃，工作速率范围为8℃/min～12℃/min。

本发明还提供一种基于上述氘氚混合气的供应设备的氘氚混合气供应方法，该氘氚混合气的供应方法包括如下步骤(本方法执行前所有阀门处于关闭状态)：

(a)气源床降温并保持恒温：利用加热冷却一体机将气源床由室温降至第一预设温度，并在一定时间T1内保持恒温；

(b)氘氚混合原料气的输入：开启气动阀I，气动阀II，通过与所述供应设备的外部管路将氘氚比例为m∶n的混合原料气输入到标准容器，标准容器压力升至第一预设压力后，关闭气动阀I，气动阀II，氢同位素微色谱测试标准容器内的氘氚混合原料气初始浓度；打开气动阀V，气源床吸收氘氚混合原料气，当标准容器压力降至第二预设压力后，通过调整加热冷却一体机的温度，并利用氢同位素微色谱测试标准容器内的剩余氘氚混合原料气的氘氚比例，直到标准容器内的剩余气体的氘氚比例恢复到m∶n，关闭气动阀V；