[发明专利]一种高纯氦-3气体净化装置及净化方法

说明书

本发明公开一种高纯氦‑3气体净化装置及净化方法，该装置包括通过密封管道依次串联形成闭合回路的气体标准罐、Zr₂Fe床、CuO床、分子筛床和循环泵；所述闭合回路通过密封管道连通有一取样器。净化方法包括，对净化装置进行抽空处理；关闭第一控制阀门，将氦‑3原料气体引入气体净化装置，调节Zr₂Fe床、CuO床和分子筛床至工作温度；氦‑3原料气体在所述闭合回路中循环，打开第一控制阀门，通过取样器对氦‑3气体进行取样分析，若结果符合要求，则通过气体循环泵将氦‑3产品气转移至气体标准罐中。本发明提供的高纯氦‑3气体净化装置及净化方法，能够高效快速地获取高纯度的氦‑3气体，实现了氦‑3气体的有效利用。

技术领域

本发明涉及氦-3气体净化技术领域，特别是涉及一种高纯氦-3气体净化装置及净化方法。

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。

氦-3气体一个重要的用途就是应用于中子管研发。中子测量技术在核武器的生产、库存以及军控核查中有着广泛的应用。氦-3中子计数管是一种性能优异的中子测量探头，由于其使用与军事用途密切相关，氦-3中子计数管及其核心材料氦-3气体的引进均受到国外发达国家的严格限制。因此，国内有必要通过研发，研制出拥有知识产权的氦-3中子计数管。中子管对氦-3气体的化学纯度要求非常高，一般在99.99％以上。

目前氦-3气体主要来源于氚衰变，但在气体的生产、贮存和转运过程中，容易产生氧、氮、水和氢等杂质气体。

发明内容

本发明的目的是提供一种高纯氦-3气体净化装置及净化方法，以解决上述现有技术存在的问题，能够高效快速地获取纯度高于99.99％的氦-3气体，实现了氦-3气体的有效利用。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

本发明公开一种高纯氦-3气体净化装置，包括：通过密封管道依次串联形成闭合回路的气体标准罐、Zr₂Fe床、CuO床、分子筛床和循环泵；所述闭合回路通过密封管道连通有一取样器。

可选的，所述气体标准罐、Zr₂Fe床、CuO床、分子筛床、循环泵和取样器与所述密封管道连接处均设置有控制阀门，所述取样器与所述密封管道连接处的控制阀门为第一控制阀门，所述气体标准罐与所述Zr₂Fe床之间的控制阀门为第二控制阀门。