复杂裂变产物中Kr和Xe的快速分离系统及方法技术方案

本发明专利技术属于放射化学分离纯化技术领域，公开了一种复杂气体裂变产物中Kr和Xe的短寿命同位素自动化快速分离系统及方法。该系统包括快速取样单元、除碘单元、氙纯化收集单元、氪纯化收集单元、控制单元、真空单元、氦储气罐、氙储气罐、氪储气罐以及缓冲罐；该方法包括：(1)设置真空氛围；(2)取样；(3)除碘；(4)氙的吸附；(5)氙吸附柱中杂气的脱附；(6)氙的脱附；(7)氪的吸附；(8)杂气及氪的脱附。本发明专利技术提供的系统和方法，使得氪和氙的回收率均大于90％，对碘的去污因子大于1×10

Rapid Separation System and Method of Kr and Xe in Complex Fission Products

The invention belongs to the technical field of radiochemical separation and purification, and discloses a short-life automatic rapid isotope separation system and method for Kr and Xe in complex gas fission products. The system includes rapid sampling unit, iodine removal unit, xenon purification collection unit, krypton purification collection unit, control unit, vacuum unit, helium storage tank, xenon storage tank, krypton storage tank and buffer tank. The method includes: (1) setting vacuum atmosphere; (2) sampling; (3) removing iodine; (4) adsorbing xenon; (5) miscellaneous gas in xenon adsorption column. (6) Xenon desorption; (7) krypton adsorption; (8) impurity and krypton desorption. The system and system provided by the invention make the recovery of krypton and xenon both greater than 90% and the decontamination factor of iodine greater than 1 *10.

【技术实现步骤摘要】
复杂裂变产物中Kr和Xe的快速分离系统及方法
本专利技术属于放射化学分离纯化
，具体涉及复杂气体裂变产物中Kr和Xe的短寿命同位素自动化快速分离系统及方法。
技术介绍
Kr(氪)和Xe(氙)的放射性同位素在铀和钚裂变时的产额高，是裂变监测用的重要的气体裂变产物。但Kr和Xe的短寿命同位素的核数据的精度较低，对裂变燃耗分析带来较大影响。为开展重新测量工作，以提高这些核参数的精度，需制备高纯度Kr和Xe的短寿命同位素。对于短寿命气体裂变产物的分离纯化和分析，国外主要是采用在线同位素分离器与惰性气体质谱计相结合的方法，可以实现分钟甚至秒级气体核素的分离纯化和测量。例如1972年，以色列斯洛克核研究所利用带有裂变室和β测量系统的在线同位素分离器，测量了87～94Kr和137～143Xe共20个核素的独立产额和半衰期数据。国内由于科研条件所限，在短寿命裂变气体的快速分离系统方面的研究较少。大多数关于气体裂变产物的研究主要是针对大气环境中的Kr和Xe的分析，所建立的程序和使用的设备通常较为复杂，分析时间长。对短寿命Kr和Xe的分析通常是未经化学分离流程，无法得到高纯的短寿命Kr和Xe同位素；气体采集后，经浓集步骤直接用HPGeγ探测器或质谱仪进行分辨和测量，也很难得到高精度的短寿命Kr和Xe同位素的核数据。
技术实现思路
(一)专利技术目的根据现有技术所存在的问题，本专利技术提出了一种针对复杂气体裂变气体产物中Kr和Xe短寿命同位素的提取速度快、提取纯度高且回收率高的自动化快速分离系统及方法。(二)技术方案为了解决现有技术所存在的问题，本专利技术所提供的技术方案如下：复杂裂变产物中Kr和Xe的快速分离系统，该系统包括：用于从辐照靶中提取气体裂变产物的快速取样单元；用于去除气体裂变产物中碘的除碘单元；用于短寿命氙纯化和收集的氙纯化收集单元；用于短寿命氪纯化和收集的氪纯化收集单元；用于控制系统中温度、真空度、气体传输方式的控制单元；真空单元；氦储气罐；氙储气罐；氪储气罐以及缓冲罐；所述快速取样单元、除碘单元、氙纯化收集单元、氪纯化收集单元通过管线及相应阀门按照工艺顺序依次连接；所述真空单元用于对系统抽真空，该真空单元通过管线及相应阀门与所述快速取样单元、除碘单元、氙纯化收集单元、氪纯化收集单元连接；所述控制单元与所述快速取样单元、除碘单元、氙纯化收集单元、氪纯化收集单元、真空单元通信连接；所述氦储气罐中存储有氦气，该氦气用于载带气体裂变产物，氦储气罐通过管线及相应阀门与快速取样单元、除碘单元、氙纯化收集单元、氪纯化收集单元连接；所述氙储气罐中存储有稳定同位素氙气，该氙气用于载带纯化后短寿命氙；氙储气罐通过管线及相应阀门与氙纯化收集单元连接；所述氪储气罐中存储有稳定同位素氪气，该氪气用于载带纯化后短寿命氪同位素及用于减少裂变气体中的短寿命氪同位素在氙纯化收集单元中的残留，氪储气罐通过管线及相应阀门分别与氙纯化收集单元、氪纯化收集单元连接；所述缓冲罐位于系统后端，用于收集裂变气体中杂气，缓冲罐通过管道及相应阀门与氪纯化收集单元连接。优选地，所述快速取样单元主要包括取样室；辐照靶位于取样室的腔室内部，其中辐照靶内含有的裂变气体包含短寿命氪同位素、短寿命氙同位素、碘气及其他杂气；取样室的腔室内设置有用于使辐照靶内的裂变气体快速释放出来的工具；所述氦储气罐通过电磁阀S1、质量流量计FE1、三通阀TF1及电磁阀S7所在管线与取样室顶部连接；裂变气体释放后在氦气载带及真空气氛的作用下全部进入除碘单元，保证了气体收率并实现了快速传输。优选地，所述除碘单元包括碘吸附柱，其中碘吸附柱通过电磁阀S13、三通阀TF2，经四通阀Tf3、三通阀Tt2所在管线与取样室底部连接。优选地，所述碘吸附柱通过管线与第一气体源盒连接，其中该管线上还设置有第一过滤器和增加传输动力的第一隔膜泵；该气体源盒用于收集有待检测除碘效果的裂变气体，该第一过滤器用于过滤粉尘。优选地，所述氙纯化收集单元主要包括氙吸附柱，从碘吸附柱出口引出的裂变气体通过电磁阀S15、S11，经Tf5、Tt3所在的管线去往氙吸附柱进行短寿命氙同位素的吸附；其中氙吸附柱的外周设置有冷却套和加热套，以通过温度控制实现氙的吸附、杂气的脱附及氙的脱附；氙吸附柱通过S5、S9所在管线与氪储气罐连接，并且氪储气罐中的氪气以恒定的流速吹扫氙吸附柱，使得裂变气体中的短寿命氪同位素尽可能地进入到氪纯化收集单元；氙吸附柱还通过电磁阀S2、S9所在管线与氙储气罐连接，以实现纯化后短寿命氙的载带；其余气体通过电磁阀S17、S12所在管线与氪纯化收集单元连接；氙吸附柱后端设置有用于收集短寿命氙同位素的第二气体源盒；该第二气体源盒通过电磁阀S21、S28所在管线与氙吸附柱连接，其中该管线上设置有第二隔膜泵。优选地，所述氪纯化收集单元包括氪吸附柱，氪吸附柱的外周设置有冷却套和加热套；氪吸附柱通过电磁阀S12、S17所在管线与氙吸附柱连接，通过电磁阀S3、S10所在管线与氪储气罐连接；裂变气体在氪吸附柱内吸附和脱附短寿命氪；氪吸附柱后端设置有用于收集短寿命氪同位素的第三气体源盒；该第三气体源盒通过电磁阀S22、S29所在管线与氪吸附柱连接，该管线上设置有第三隔膜泵。优选地，所述用于使得辐照靶内的裂变气体释放出来的工具为切割工具或夹切工具。优选地，所述碘吸附柱为附着硝酸银的硅胶柱或玻璃棉柱。优选地，所述氪吸附柱和氙吸附柱均为碳分子筛球吸附柱。优选地，氙吸附柱和第二隔膜泵之间、氪吸附柱和第三隔膜泵之间分别设置有用于过滤粉尘的第二过滤器和第三过滤器。优选地，所述碳分子筛筛球的直径为0.5mm～0.6mm(28～32目)。利用复杂裂变产物中Kr和Xe的快速分离系统，进行Kr和Xe短寿命同位素快速分离的方法，该方法包括以下步骤：(1)设置真空氛围利用真空单元对整个系统抽取真空；良好的真空度不仅可以去除管道中存有的杂质气体，也可以防止裂变气体泄露，还可以为气体传输过程提供动力；(2)取样将辐照靶放置于取样室的腔室中，利用腔室内部设置的工具将辐照靶打开从而使裂变气体释放出来；(3)除碘在氦储气罐中氦气的载带下，裂变气体进入除碘单元的碘吸附柱，去除裂变气体中的碘；(4)氙的吸附调节氙吸附柱外周设置的冷却套的温度，使得氙吸附柱的温度为-1℃～1℃；然后除碘后的裂变气体在氦气的载带下进入温度为-1℃～1℃的氙吸附柱中，使得氙的短寿命同位素吸附在氙吸附柱上；开启氙吸附柱通往氪吸附柱的电磁阀，并且此时在控制单元的控制下，使定量的稳定同位素氪从氪储气罐中进入氙吸附柱中进行吹扫，以尽量减少氪的短寿命同位素在氙吸附柱中的保留；除吸附在氙吸附柱上的气体外，其余气体进入氪吸附柱；(5)氙吸附柱中杂气的脱附通过控制单元关闭氪储气罐通往氙吸附柱管线上的电磁阀，并调节氙吸附柱外周设置的加热套的温度，使得氙吸附柱的温度逐渐升温至90～100℃，并维持1～2min，使得吸附在氙吸附柱上的杂气脱附并进入氪吸附柱中；(6)氙的脱附通过控制单元关闭氙吸附柱通往氪吸附柱的电磁阀，调节氙吸附柱外周的加热套的温度，使得氙吸附柱外周的温度逐渐升温至180℃～200℃；并维持2～3min，以实现短寿命氙同位素的脱附；开启氙吸附柱通过第二气体源盒的电磁阀及氙储气罐通往氙吸附柱的电磁阀本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.复杂裂变产物中Kr和Xe的快速分离系统，该系统包括：用于从辐照靶中提取气体裂变产物的快速取样单元；用于去除气体裂变产物中碘的除碘单元；用于短寿命氙纯化和收集的氙纯化收集单元；用于短寿命氪纯化和收集的氪纯化收集单元；用于控制系统中温度、真空度、气体传输方式的控制单元；真空单元；氦储气罐；氙储气罐；氪储气罐以及缓冲罐；所述快速取样单元、除碘单元、氙纯化收集单元、氪纯化收集单元通过管线及相应阀门按照工艺顺序依次连接；所述真空单元用于对系统抽真空，该真空单元通过管线及相应阀门与所述快速取样单元、除碘单元、氙纯化收集单元、氪纯化收集单元连接；所述控制单元与所述快速取样单元、除碘单元、氙纯化收集单元、氪纯化收集单元、真空单元通信连接；所述氦储气罐中存储有氦气，该氦气用于载带气体裂变产物，氦储气罐通过管线及相应阀门与快速取样单元、除碘单元、氙纯化收集单元、氪纯化收集单元连接；所述氙储气罐中存储有稳定同位素氙气，该氙气用于载带纯化后短寿命氙；氙储气罐通过管线及相应阀门与氙纯化收集单元连接；所述氪储气罐中存储有稳定同位素氪气，该氪气用于载带纯化后短寿命氪同位素及用于减少裂变气体中的短寿命氪同位素在氙纯化收集单元中的残留，氪储气罐通过管线及相应阀门分别与氙纯化收集单元、氪纯化收集单元连接；所述缓冲罐位于系统后端，用于收集裂变气体中杂气，缓冲罐通过管道及相应阀门与氪纯化收集单元连接。...

【技术特征摘要】
1.复杂裂变产物中Kr和Xe的快速分离系统，该系统包括：用于从辐照靶中提取气体裂变产物的快速取样单元；用于去除气体裂变产物中碘的除碘单元；用于短寿命氙纯化和收集的氙纯化收集单元；用于短寿命氪纯化和收集的氪纯化收集单元；用于控制系统中温度、真空度、气体传输方式的控制单元；真空单元；氦储气罐；氙储气罐；氪储气罐以及缓冲罐；所述快速取样单元、除碘单元、氙纯化收集单元、氪纯化收集单元通过管线及相应阀门按照工艺顺序依次连接；所述真空单元用于对系统抽真空，该真空单元通过管线及相应阀门与所述快速取样单元、除碘单元、氙纯化收集单元、氪纯化收集单元连接；所述控制单元与所述快速取样单元、除碘单元、氙纯化收集单元、氪纯化收集单元、真空单元通信连接；所述氦储气罐中存储有氦气，该氦气用于载带气体裂变产物，氦储气罐通过管线及相应阀门与快速取样单元、除碘单元、氙纯化收集单元、氪纯化收集单元连接；所述氙储气罐中存储有稳定同位素氙气，该氙气用于载带纯化后短寿命氙；氙储气罐通过管线及相应阀门与氙纯化收集单元连接；所述氪储气罐中存储有稳定同位素氪气，该氪气用于载带纯化后短寿命氪同位素及用于减少裂变气体中的短寿命氪同位素在氙纯化收集单元中的残留，氪储气罐通过管线及相应阀门分别与氙纯化收集单元、氪纯化收集单元连接；所述缓冲罐位于系统后端，用于收集裂变气体中杂气，缓冲罐通过管道及相应阀门与氪纯化收集单元连接。2.根据权利要求1所述的快速分离系统，其特征在于，所述快速取样单元主要包括取样室；辐照靶位于取样室的腔室内部，其中辐照靶内含有的裂变气体包含短寿命氪同位素、短寿命氙同位素、碘气及其他杂气；取样室的腔室内设置有用于使辐照靶内的裂变气体快速释放出来的工具；所述氦储气罐通过电磁阀S1、质量流量计FE1、三通阀TF1及电磁阀S7所在管线与取样室顶部连接；裂变气体释放后在氦气载带及真空气氛的作用下全部进入除碘单元，保证了气体收率并实现了快速传输。3.根据权利要求1所述的快速分离系统，其特征在于，所述除碘单元包括碘吸附柱，其中碘吸附柱通过电磁阀S13、三通阀TF2，经四通阀Tf3、三通阀Tt2所在管线与取样室底部连接。4.根据权利要求1所述的快速分离系统，其特征在于，所述碘吸附柱通过管线与第一气体源盒连接，其中该管线上还设置有第一过滤器和增加传输动力的第一隔膜泵。5.根据权利要求1所述的快速分离系统，其特征在于，所述氙纯化收集单元主要包括氙吸附柱，从碘吸附柱出口引出的裂变气体通过电磁阀S15、S11，经Tf5、Tt3所在的管线去往氙吸附柱进行短寿命氙同位素的吸附；其中氙吸附柱的外周设置有冷却套和加热套，以通过温度控制实现氙的吸附、杂气的脱附及氙的脱附；所述氙吸附柱通过S5、S9所在管线与氪储气罐连接，并且氪储气罐中的氪气以恒定的流速吹扫氙吸附柱，使得裂变气体中的短寿命氪同位素尽可能地进入到氪纯化收集单元；氙吸附柱还通过电磁阀S2、S9所在管线与氙储气罐连接，以实现纯化后短寿命氙的载带；其余气体通过电磁阀S17、S12所在管线与氪纯化收集单元连接；所述氙吸附柱后端设置有用于收集短寿命氙同位素的第二气体源盒；该第二气体源盒通过电磁阀S21、S28所在管线与氙吸附柱连接，其中该管线上设置有第二隔膜泵。6.根据权利要求1所述的快速分离系统，其特征在于，所述氪纯化收集单元包括氪吸附柱，氪吸附柱的外周设置有冷却套和加热套；氪吸附柱通过电磁阀S12、S17所在管线与氙吸附柱连接，通过电磁阀S3、S10所在管线与氪储气罐连接；裂变气体在氪吸附柱内吸附和脱附短寿命氪；氪吸附柱后端设置有用于收集短寿命氪同位素的第三气体源盒；该第三气体源盒通过电磁阀S22、S29所在管线与氪吸附柱连接，...

【专利技术属性】
技术研发人员：毛国淑，丁有钱，杨建勋，岳远振，宋志君，
申请(专利权)人：中国原子能科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11