[发明专利]一种适用于液态金属回路氚在线提取的多级真空筛选装置及方法

权利要求书

1.一种适用于液态金属回路氚在线提取的多级真空筛选装置，其特征在于，包括：液态金属流量计(1)、第一测氢传感器(21)、第二测氢传感器(22)、第一液态金属阀门(31)、第二液态金属阀门(32)、真空筛选腔室(4)、液滴喷嘴阵列(5)、真空冷屏(6)、真空泵组(7)、气体暂存罐(8)、气体流量计(9)和液态金属缓存罐(10)；真空筛选腔室(4)位于多级真空筛选装置中部，真空筛选腔室(4)内设有多级的液滴喷嘴阵列(5)；真空筛选腔室(4)上端按液态铅锂流向分别是液态金属流量计(1)、第一测氢传感器(21)和第一液态金属阀门(31)；真空筛选腔室(4)下端按液态铅锂流向分别是液态金属缓存罐(10)、第二测氢传感器(22)和第二液态金属阀门(32)；真空筛选腔室(4)内每一级液滴喷嘴下端连接真空冷屏(6)、真空泵组(7)，真空泵组(7)抽出的含氚气体至气体暂存罐(8)暂存，再通过气体流量计(9)引出进行下一步提纯；真空筛选腔室内的液滴喷嘴阵列采用多级化设计，液态铅锂在重力以及压力的作用下，通过第一级液滴喷嘴阵列形成液滴下落至第二级液滴喷嘴阵列上方，由于第二级液滴喷嘴阵列的阻挡作用，液态铅锂的下落速度降为0；随后，液态铅锂再在重力作用下通过第二级液滴喷嘴阵列形成液滴直至下落至第三级液滴喷嘴阵列，以此类推，直至液态铅锂合金下落至多级真空筛选腔室底部，由于这种多级化设计使液态金属在真空腔室中的流速降低、增加其在真空腔室中的停留时间，从而提高氚提取效率；

多级真空筛选腔室位于装置中部，多级真空筛选腔室内设置2～5级液滴喷嘴阵列，增加液滴在真空腔室中的停留时间；每级液滴喷嘴阵列相隔不小于100mm，确保足够的液态金属液滴在真空腔室内的下落时间和气-液界面；喷嘴的直径为0.1～1.2mm，以形成足够小的液滴；喷嘴高度1～2mm、喷嘴之间相距8～30mm，避免液态金属从液滴喷嘴阵列喷出时交联在一起形成大液滴甚至是液柱，提高提氚效率；喷嘴内壁粗糙度Ra0.8μm，减小喷嘴内壁与液态金属之间的摩擦力，避免液态金属在液滴喷嘴阵列处累积；连接多级真空筛选腔室(4)和真空冷屏(6)的管道位于每级液滴喷嘴阵列下方10mm以外，避免过多的液态金属进入真空冷屏(6)。

2.一种采用权利要求1所述的适用于液态金属回路氚在线提取的多级真空筛选装置进行多级真空筛选的方法，其特征在于，包括以下步骤：

a.高温含氚液态铅锂流入至多级真空筛选装置，经过液态金属流量计(1)实时监测含氚液态铅锂合金流量，通过第一液态金属阀门(31)控制液态铅锂的流量；

b.高温含氚液态铅锂合金流经第一测氢传感器(21)，通过第一测氢传感器在线测量含氚液态铅锂合金的氚含量ε₁；

c.高温含氚液态铅锂合金经第一液态金属阀门(31)流入多级真空筛选腔室(4)，液态铅锂在重力以及压力的作用下，通过液滴喷嘴阵列(5)形成液滴下落至第二级液滴喷嘴阵列上方，由于第二级液滴喷嘴阵列的阻挡作用，液态铅锂的下落速度降为0；随后，液态铅锂再在重力作用下通过第二级液滴喷嘴阵列形成液滴直至下落至第三级液滴喷嘴阵列，以此类推，直至液态铅锂合金下落至多级真空筛选腔室底部；由于这种多级化设计使液态金属在真空腔室中的流速降低、增加其在真空腔室中的停留时间，从而提高氚提取效率；

d.提氚后的液态铅锂合金落入液态金属缓存罐(10)，经第二测氢传感器(22)测量提氚后的液态铅锂合金中的氚含量ε₂，则多级真空筛选法的提氚效率可由下式表达：

利用测氢传感器测量液态铅锂合金中的氚含量可直接有效的测量多级真空筛选装置的提氚效率，相比于目前间接的测量方法，具有更高的准确性；

e.提氚后的液态铅锂合金经第二液态金属阀门(32)回收进行下一次循环；

f.被提取的氚气在真空泵组(7)的驱动下，经过真空冷屏(6)流至气体暂存罐(8)，再通过气体流量计(9)引出进行下一步提纯。