[发明专利]一种低比放氦-3气体净化装置和净化方法

说明书

本发明公开一种低比放氦‑3气体净化装置和净化方法，净化装置包括真空泵和串联成闭合回路的钯合金螺旋管、气体储存罐、循环泵，闭合回路上连接气体标准罐；钯合金螺旋管上设置有电炉；真空泵通过密封管道分别与闭合回路和钯合金螺旋管连接，真空泵与闭合回路和钯合金螺旋管之间的管路上分别设置有第一阀门和第二阀门。本发明净化方法包括：对整个净化装置的管道及阀门连接处检漏处理；将氦‑3原料气体和过量氕气引入净化装置，对氦‑3原料气进行同位素稀释；取样分析装置内氚含量；若达到要求，将成品氦‑3气体引入气体储存罐中。本发明的低比放氦‑3气体净化装置和净化方法，能够高效地获取氚浓度很低的氦‑3气体。

技术领域

本发明涉及核技术应用技术领域，特别是涉及一种低比放氦-3气体净化装置和净化方法。

背景技术

氦-3是自然界中氦的两种稳定性同位素之一，在自然界的存量极少，自然氦气中的原子丰度仅为0.000137％。目前所用的氦-3一般来源于氚的衰变，而氚是核反应堆的产物，同时也是氢弹的主要成分。因此，氦-3的来源极其有限，远远不能满足当前应用与研究的需求。

据ADRIAN CHO 2009年在美国科学杂志撰文报道，在过去的5年内，氦-3主要应用于中子探测器和中子散射领域。2002年,美国国土安全部和能源部(DOE)开始配备几千台“充氦-3的中子探测器”,以防止放射性材料钚的走私。据DOE数据,美国对氦-3的需求将很快增至每年65,000L,而氦-3气体的供应量将只有每年10,000～20,000L。

氦-3气体也用于大型中子散射设施,如日本Tokai新建的日本质子加速器(JapanProton Accelerator Research Complex)，预计在未来的6年里,为保证它的正常运行,需氦-3约10万升。否则,这台耗资15亿美元的设施其作用将得不到充分发挥。在低温物理方面,对氦-3的需求主要是为新构建的稀释制冷机充填制冷工作物质。这类需求量大约是每年2500～4500L。目前,许多关于量子计算机和纳米科学的实验,要求在(稀释制冷机提供的)100mK以下的低温环境进行。氦-3还用于医疗领域的磁共振成像，当患者将氦-3气体吸入肺部时,成像给出的用于诊断的信息将大大增加。

由于氦-3应用广泛，且主要来源于氚衰变，而氚是具有放射性的氢同位素，为了保证人员安全，在制备氦-3的过程中，降低氦-3气体中氚的含量尤为重要。

发明内容

本发明的目的是提供一种低比放氦-3气体净化装置和净化方法，以解决上述现有技术存在的问题，能够高效快速地获取氚浓度低于1.0×10^-8Ci/L的氦-3气体，实现了氦-3气体的有效利用。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明公开一种低比放氦-3气体净化装置，包括钯合金螺旋管、气体储存罐、循环泵和真空泵，所述钯合金螺旋管、所述气体储存罐和所述循环泵通过密封管道串联成闭合回路，所述闭合回路上连接气体标准罐；所述钯合金螺旋管上设置有电炉；所述真空泵通过密封管道分别与所述闭合回路和所述钯合金螺旋管连接，所述真空泵与所述闭合回路和所述钯合金螺旋管之间的密封管道上分别设置有第一阀门和第二阀门。

可选的，所述钯合金螺旋管两端的密封管道上分别设置有第三阀门和第四阀门，所述循环泵两端的密封管道上分别设置有第五阀门和第六阀门，所述密封管道与所述气体标准罐之间的密封管道上设置有第七阀门，所述气体储存罐两端的密封管道上分别设置有第八阀门和第九阀门。

可选的，还包括一气体储存罐支路，所述气体储存罐支路一端与所述第八阀门和第三阀门之间的密封管道连接，另一端与所述第九阀门和第五阀门之间的密封管道连接，所述气体储存罐支路上设置有第十阀门。

在所述低比放氦-3气体净化装置的基础上，本发明还公开一种对氦-3气体进行净化的方法，包括如下步骤：

a、净化工艺系统的预处理：对整个净化装置的管道及阀门连接处检漏处理；