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JPH01140091A - Method of recovering tritium in fusion reactor - Google Patents

Method of recovering tritium in fusion reactor

Info

Publication number
JPH01140091A
JPH01140091A JP62296019A JP29601987A JPH01140091A JP H01140091 A JPH01140091 A JP H01140091A JP 62296019 A JP62296019 A JP 62296019A JP 29601987 A JP29601987 A JP 29601987A JP H01140091 A JPH01140091 A JP H01140091A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
tritium
gas
sweep gas
blanket
membrane
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP62296019A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoshihiro Ozawa
小沢 義弘
Masaharu Sakagami
坂上 正治
Tsutomu Baba
務 馬場
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP62296019A priority Critical patent/JPH01140091A/en
Publication of JPH01140091A publication Critical patent/JPH01140091A/en
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/10Nuclear fusion reactors

Landscapes

  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Abstract

PURPOSE:To allow tritium recovery of high efficiency by the use of an economical small-sized recovery device by permeating tritium from sweep gas containing tritium by a functionality separating film at which tritium is selectively permeated. CONSTITUTION:Spherical pellets of tritium oxide are filled as blanket material in a blanket part 2 formed on the circumference of the reactor core of a fusion reactor. Since the tritium in the blanket material is released in gas, sweep gas is fed in the breeding blanket part 2. In the case of non-volatile gas in which the sweep gas does not contain hydrogen, 90% or more of released tritium shows T2O and the residue indicates T2 less than 10%. After whole T2 is converted into T2O in an oxidation catalytic tower 12 typical of noble metal catalyst, it is passed in a T2O permeating film 4. A non-porous organic high polymer film typical of polytetrafluoroethylene and the like is proper for a functionality separating film for separating T2O. Next, T2O of 99.9% or more can be recovered by passing T2O transferred to a tritium recovery secondary system 8 in a T2O removing tower 5.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野コ 本発明は重水素とトリチウムを燃料とする核融合炉にお
けるトリチウムの回収装置にかかわり、とりわけ酸化リ
チウムをブランケット材に使用しトリチウムの回収にス
イープガスを用いる方式の回収装置の改良に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a tritium recovery device in a nuclear fusion reactor fueled by deuterium and tritium, and in particular to a device for recovering tritium using lithium oxide as a blanket material. This invention relates to improvements in recovery equipment using gas.

[従来の技術] 核融合炉においてプラズマの周囲に形成されるブランケ
ットの構成材料として金属リチウムに代表される液体状
のものと酸化リチウムに代表される固体状のものがある
。最近はトリチウ11を回収する観点から固体式のもの
が有望視されている。
[Prior Art] There are two types of materials for the blanket formed around plasma in a nuclear fusion reactor: liquid materials such as metallic lithium, and solid materials such as lithium oxide. Recently, solid-state systems have been viewed as promising from the perspective of recovering Trichiu-11.

本発明は固体式ブランケットを使用する核融合炉におけ
るトリチウムの回収装置に関するものである。ブランケ
ット材ではリチウムが中性子と反応してトリチウム(3
T)を生成する。
The present invention relates to a tritium recovery device in a nuclear fusion reactor using a solid blanket. In the blanket material, lithium reacts with neutrons to form tritium (3
T) is generated.

’Li+n−+’T+’He      (1)生成さ
れたトリチウムを燃料として再利用するためになかんず
く効率の良いトリチウム回収が重要である。そのために
は大量のスイープガスを流し、酸化リチウム中のトリチ
ウムをスイープガス中に移行させることが必要である。
'Li+n-+'T+'He (1) Efficient tritium recovery is particularly important in order to reuse the generated tritium as fuel. For this purpose, it is necessary to flow a large amount of sweep gas to transfer tritium in the lithium oxide into the sweep gas.

なおスイープガス系に移行するトリチウムの化学形は、
スイープガスに水素を含まない場合、90%以上が水の
形(T 20)、残りが水素(T2)と言われている。
The chemical form of tritium transferred to the sweep gas system is
When the sweep gas does not contain hydrogen, it is said that 90% or more is in the form of water (T20) and the remainder is hydrogen (T2).

スイープガス中のT20a度が高くなると以下の平衡反
応により、酸化リチウム中でL i OTの生成が無視
できなくなる。
When the T20a degree in the sweep gas increases, the production of LiOT in lithium oxide cannot be ignored due to the following equilibrium reaction.

Li2O+T 20 ” 2 L iOT   (2)
LiOTが生成すると、その性質上、高温でLi○T蒸
気、ミストを生じこれらを除去するため、新たにLi0
T用ベーパトラツプなどを設置する必要があるなど問題
が多い。ブランケットにおける酸化リチウムの温度は4
00〜1000℃の高温下でトリチウムを放出させるが
、この温度範囲ではスイープガス中のT2]4度を50
vppm以下にすることが、L i OTの生成を防止
する上で重要であることが確かめられている。(参考 
日本原子力研究所レポートJAERI−Mg2−194
 (1982年)) 従来スイープガスにはヘリウム(、He )が使用され
てきた。この理由は、ヘリウムの冷却能力が優れている
こととリチウムと中性子との反応でト″リチウムが質量
数3に対し、それに近い4であり、水素と同様の挙動を
とることがあげられている。
Li2O+T 20 ” 2 L iOT (2)
When LiOT is generated, Li○T vapor and mist are generated at high temperatures due to its nature, and in order to remove these, new LiO
There are many problems, such as the need to install vapor traps for T. The temperature of lithium oxide in the blanket is 4
Tritium is released at a high temperature of 00 to 1000℃, but in this temperature range T2]4 degrees in the sweep gas is
It has been confirmed that keeping the amount below vppm is important in preventing the generation of L i OT. (reference
Japan Atomic Energy Research Institute Report JAERI-Mg2-194
(1982)) Conventionally, helium (, He) has been used as the sweep gas. The reason for this is that helium has an excellent cooling ability, and that due to the reaction between lithium and neutrons, trilithium has a mass number of 4, which is close to 3, and behaves similarly to hydrogen. .

従来のシステムではヘリウムスイープガス中に移行した
トリチウムは、pt−アルミナ等の貴金属触媒の作用で
T2を水の化学形(T2O)に酸化させた後、モレキュ
ラーシーブ吸着材に水の形で吸着させて回収する。この
時スイープガスであるヘリウムは吸着されず、再度ブラ
ンケット材に循環される。モレキュラーシーブ吸着塔に
よるトリチウムの回収効率は主としてモレキュラーシー
ブ吸着塔の人ロT、O濃度で決定される。すなわち、室
温でモレキュラーシーブ吸着塔を運転する場合、再生条
件にもよるが出口120分圧は約0.001Torrで
ある。今トリチウムの入口濃度を50vppmとすると
T2の分圧は約0.035Torrであり、回収効率η
は(3)式で表わされる。
In conventional systems, tritium migrated into the helium sweep gas is oxidized to the chemical form of water (T2O) by the action of a precious metal catalyst such as PT-alumina, and then adsorbed in the form of water by a molecular sieve adsorbent. and collect it. At this time, helium, which is a sweep gas, is not adsorbed and is circulated through the blanket material again. The recovery efficiency of tritium by a molecular sieve adsorption tower is mainly determined by the T and O concentrations in the molecular sieve adsorption tower. That is, when operating the molecular sieve adsorption tower at room temperature, the partial pressure at the outlet 120 is about 0.001 Torr, although it depends on the regeneration conditions. If the inlet concentration of tritium is now 50 vppm, the partial pressure of T2 is about 0.035 Torr, and the recovery efficiency η
is expressed by equation (3).

したがって、1段のモレキュラーシーブを使用した場合
回収効率は97%にとどまる。
Therefore, when one stage of molecular sieve is used, the recovery efficiency remains at 97%.

この回収効率を向上させる手段として、■モレキュラー
シーブ吸着塔の運転温度を室温より下げて、出口水分分
圧を下げる。■モレキュラーシーブ吸着塔入口部に水分
添加して、入口水分分圧を上げる。の2つの方法が考え
られる。しかし■では処理ガスが大量であるために大型
の冷却器を必要とする。■ではトリチウムと添加した水
素とを分離するための通常深冷蒸留塔が使用される同位
体分離装置への負荷が大きくなるなどの新たな問題を生
じる。さらに、大量のスイープガスを使用するので、モ
レキュラーシーブ吸着塔は大規模なものにならざるを得
ない。すなわち、核融合反応出力約400MWの核融合
実験炉クラスでスイープガス流量は200〜30ONボ
/h、実用炉32oOMWで約2000 rn’ / 
h Lニーなる。
As a means to improve this recovery efficiency, (1) lower the operating temperature of the molecular sieve adsorption tower below room temperature to lower the water partial pressure at the outlet; ■Add water to the inlet of the molecular sieve adsorption tower to increase the water partial pressure at the inlet. There are two possible methods. However, in case (2), a large-sized cooler is required due to the large amount of processing gas. In case (2), new problems arise, such as an increased load on the isotope separation device, which usually uses a cryogenic distillation column, to separate tritium and added hydrogen. Furthermore, since a large amount of sweep gas is used, the molecular sieve adsorption tower must be large-scale. That is, in an experimental fusion reactor class with a fusion reaction output of approximately 400 MW, the sweep gas flow rate is 200 to 30 ON/h, and in a commercial reactor of 32 o MW, the sweep gas flow rate is approximately 2000 rn'/h.
h L knee becomes.

トリチウム水をモレキュラーシーブ等の吸着材で回収す
る際、回収効率を向上させるために水蒸気を添加する方
法が、例えば日本国特公昭58−53760に示されて
いる又本発明に最も近い公知例として特開昭52−14
5697がある。
When recovering tritiated water using an adsorbent such as a molecular sieve, a method of adding water vapor to improve the recovery efficiency is shown in, for example, Japanese Patent Publication No. 58-53760, and the closest known example to the present invention is Japanese Patent Publication No. 52-14
There is 5697.

[発明が解決しようとする問題点] 本発明はスイープガス中のT2Oの濃度を50vppm
以下にすることでトリチウムの回収上問題のあるLi0
Tの生成を防止するため、結果的に大量のスープガスの
使用を必要とする故に、従来のトリチウム回収装置にお
いては限界とされている回収効率を上回る性能を有する
回収装置の提供を目的とするものである。
[Problems to be Solved by the Invention] The present invention reduces the concentration of T2O in the sweep gas to 50 vppm.
Li0, which has problems in recovering tritium by using the following
The purpose is to provide a recovery device that has performance that exceeds the recovery efficiency of conventional tritium recovery devices, which is considered to be at its limit because it requires the use of a large amount of soup gas in order to prevent the generation of T. It is something.

[問題点を解決するための手段] 本発明はその目的を達成するために、ブランケットから
トリチウムを回収する媒体として大量のスイープガスを
使用し、トリチウムを含有するスイープガスからトリチ
ウムを分離することによりトリチウムを回収するものに
おいて、トリチウムを選択的に透過する機能性分離膜か
らなる分離手段を設け、この膜分離手段によって透過さ
れたトリチウムを含む小量の媒体ガスを処理することに
よりこの媒体ガスからトリチウムを分離回収するように
したことを骨子とするものである。
Means for Solving the Problems The present invention achieves its objectives by using a large amount of sweep gas as a medium for recovering tritium from the blanket, and by separating tritium from the tritium-containing sweep gas. In devices that recover tritium, a separation means consisting of a functional separation membrane that selectively permeates tritium is provided, and a small amount of medium gas containing tritium that is permeated by this membrane separation means is processed to remove the medium gas from the medium gas. The main idea is to separate and recover tritium.

[作用] 本発明の特徴はトリチウムを選択的に透過する機能性膜
を介して、大流量のスイープガスを循環させる一次系と
、小流量の回収対象のトリチウムを含む二次系より構成
することにある。二次系における処理ガス流量は一次系
の1150以下に押えることができ、トリチウムを含む
水素水を小規模なゲッター材、コールドトラップで効率
良く回収できる。
[Operation] The feature of the present invention is that it is composed of a primary system that circulates a large flow rate of sweep gas through a functional membrane that selectively permeates tritium, and a secondary system that contains a small flow rate of tritium to be recovered. It is in. The flow rate of the processing gas in the secondary system can be kept below the level of 1150 in the primary system, and hydrogen water containing tritium can be efficiently recovered using a small-scale getter material and cold trap.

プランケラ1−から導出したスイープガスに含有される
トリチウムは水素に相当する一部のT2と水に相当する
残部のT2Oからなる。両者は分離膜に対する分離性能
が異なり、共に分離膜により分離するにはそれぞれに適
応した分離膜を使用しなければならない。一方トリチウ
ム中のT2を酸化処理することによりT2Oに変化させ
ることは容易であるからそれにより膜分離の対象をすべ
てT2Oとし、膜分離手段を単純化することが出来る。
The tritium contained in the sweep gas derived from Planchera 1- consists of a portion of T2 corresponding to hydrogen and the remainder T2O corresponding to water. The two have different separation performance with respect to a separation membrane, and in order to separate both using a separation membrane, a separation membrane suitable for each must be used. On the other hand, since it is easy to convert T2 in tritium into T2O by oxidation treatment, it is possible to use T2O as the target for membrane separation, thereby simplifying the membrane separation means.

T2Oを選択的に透過させる膜としてはポリテトラフル
オロエチレンなどの高分子非孔性分離膜が適している。
A polymer non-porous separation membrane such as polytetrafluoroethylene is suitable as a membrane that selectively allows T2O to permeate.

この膜を透過するには気体分子が膜材に溶解することが
必要であり、T2Oにはその性質があるが、低沸点気体
分子であるHeは溶解しにくく、従ってスイープガス中
から目的成分であるT2Oのみを選択的に透過すること
ができる。この場合、透過係数として少くとも、7 ×
10− S m1Lcs’rP)’C1n7 sec 
、 o(Hgが見込まれる。これに対しHeガスはその
透過係数は〜I Q −9″″)゛(In/ sec 
、 ofllgであり、その透過は無視できる。T2O
の場合スイープガス中の分圧を0.04To r r 
(=0.004cnHg)とすると、200μの膜厚で
、4 X 10−4 ′(5Tp)7 mLn、 、H
の透過量になる。表面積が大きな中空系モジュールを用
いれば、十分透過させることができる。
To pass through this membrane, gas molecules need to be dissolved in the membrane material, and T2O has this property, but He, a low boiling point gas molecule, is difficult to dissolve, so it is difficult to dissolve the target component from the sweep gas. Only a certain T2O can be selectively transmitted. In this case, the transmission coefficient is at least 7 ×
10-S m1Lcs'rP)'C1n7 sec
, o (Hg is expected. On the other hand, the permeability coefficient of He gas is ~I Q -9'') ゛(In/sec
, ofllg, and its transmission is negligible. T2O
In this case, the partial pressure in the sweep gas is 0.04Torr
(=0.004cnHg), with a film thickness of 200μ, 4 x 10-4' (5Tp)7 mLn, ,H
The amount of permeation will be . If a hollow module with a large surface area is used, sufficient penetration can be achieved.

以上の操作で透過したトリチウム及び一部のHeは二次
系に移行する。二次系は真空ポンプの作用で数Torr
以下の負圧下に保ちながら、またT2Oを除去するため
のコールドトラップに導びき、例えば液体窒素冷却温度
で操作することによりT20の回収率を99.9%以上
に高めることができる。
The tritium and some He that have permeated through the above operations are transferred to the secondary system. The secondary system is several Torr due to the action of the vacuum pump.
The recovery rate of T20 can be increased to 99.9% or more by maintaining it under the following negative pressure, guiding it to a cold trap for removing T2O, and operating it at, for example, liquid nitrogen cooling temperature.

[実施例コ 実施例1 本発明の一実施例を第1図により説明する。核融合炉炉
心部1の周囲にブランケット部2が形成され、ブランケ
ット部2にはブランケット材として酸化リチウムの球状
ペレット(直径約IIIfi)が充填されている。核融
合炉心部でD−T反応により中性子が生成し、この中性
子がブランケット材である酸化リチウムLi2O中の6
Liと反応して3Tと’Heを生成する。ブランケット
材中のトリチウムをガス中に放出するため、スイープガ
スを増殖ブランケット部2に送気する。スイープガスが
水素を含まない不活性ガスの場合、放出されたトリチウ
ムの化学形は90%以上がT2.○であり。
[Embodiment 1] An embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. A blanket section 2 is formed around a fusion reactor core section 1, and the blanket section 2 is filled with spherical pellets of lithium oxide (diameter approximately IIIfi) as a blanket material. Neutrons are generated by the D-T reaction in the fusion reactor core, and these neutrons are 6
Reacts with Li to generate 3T and 'He. A sweep gas is supplied to the breeding blanket section 2 in order to release tritium in the blanket material into gas. When the sweep gas is an inert gas that does not contain hydrogen, the chemical form of the released tritium is more than 90% T2. Yes.

残部10%足らずがT2である。T2を貴金属触媒で代
表される酸化触媒塔12で全量をT2Oに変換後、T2
0透過膜4に通す。この場合、酸化触媒塔12では30
0〜4oO℃の高温程T20への転換効率が高いので、
増殖ブランケット部2出口部に近いところに設け、転換
後、冷却器10の作用で100℃前後に温度を下げた後
、T20透過膜4に通す。
The remaining less than 10% is T2. After converting the entire amount of T2 into T2O in the oxidation catalyst tower 12 represented by a noble metal catalyst, T2
Pass through the 0-permeable membrane 4. In this case, in the oxidation catalyst tower 12, 30
Since the conversion efficiency to T20 is high at high temperatures of 0 to 4oO℃,
It is provided near the exit of the growth blanket section 2, and after conversion, the temperature is lowered to around 100° C. by the action of the cooler 10, and then passed through the T20 permeable membrane 4.

一方T20を分離する機能性分離膜にはポリテトラフル
オロエチレンなどに代表される非多孔性有機高分子膜が
適している。透過係数は7 X 10−S”””’”7
 s e c ・al o f Hgなので、1分間当
り167mQのT2Oを透過させるには、機能性分離膜
の表面積は約2イ必要になるが、平膜モジュールや中空
糸膜モジュールを使用すれば十分対応可能である。
On the other hand, a non-porous organic polymer membrane such as polytetrafluoroethylene is suitable as a functional separation membrane for separating T20. The transmission coefficient is 7 x 10-S"""'"7
s e c ・al of Hg, so to allow 167 mQ of T2O to permeate per minute, the surface area of the functional separation membrane will be approximately 2 I, but it is sufficient if a flat membrane module or hollow fiber membrane module is used. It is possible.

この場合、スイープガスである。Heの透過はほぼ無視
できる。
In this case, it is a sweep gas. The transmission of He can be almost ignored.

トリチウム回収二次系8に移行したT2OをT20除去
塔5に通し、99.9%以上のT2Oを回収する。この
T20除去塔5としては、液体窒素冷却のコールドトラ
ップを用いる。このコールドトラップではスイープガス
であるH eは回収されず。
The T2O transferred to the secondary tritium recovery system 8 is passed through the T20 removal column 5, and 99.9% or more of T2O is recovered. As this T20 removal tower 5, a cold trap cooled with liquid nitrogen is used. In this cold trap, He, which is a sweep gas, is not recovered.

T2Oのみが凝結して回収される。Only T2O is condensed and recovered.

実施例2 本発明の他の実施例を第2図により説明する。Example 2 Another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

機能性分離膜であるT2透過膜3とT20透過膜4を介
して増殖ブランケット部2を循環するトリチウム回収−
次系7と、トリチウムを実際に回収するトリチウム回収
二次系8で構成されている。核融合炉のブランケット材
に酸化リチウム(Li、○)の球状ペレット(約1mm
φ)が、増殖ブランケット部2に充填される。核融合炉
心部1でD−T反応により中性子が生成し、この中性子
がブランケット材であるLi2O中の6Liと反応して
トリチウム、3Tと’Heを生成する。ブランケット材
中のトリチウムをガス中に放出するため、スイープガス
を増殖ブランケット部2に送気する。スイープガスが水
素を含まない不活性ガスの場合、放出されたトリチウム
の化学形は90%以上がT2Oであり、残り1o%がT
2である。スイープガスとしては後述する機能性分離膜
でのT2との分離能が優れているもので、高温で構造材
料と反応しないものなら良い。さらに核的に中性子と反
応して放射性物質を大量に生成するものは好ましくない
。以上の観点から窒素NZ(分子i28.)やアルゴン
Tritium recovery circulating in the growth blanket section 2 via the T2 permeable membrane 3 and T20 permeable membrane 4, which are functional separation membranes.
It consists of a secondary system 7 and a secondary tritium recovery system 8 that actually recovers tritium. Spherical pellets (approximately 1 mm) of lithium oxide (Li, ○) are used as blanket material for fusion reactors.
φ) is filled into the growth blanket section 2. Neutrons are generated by the DT reaction in the fusion reactor core 1, and these neutrons react with 6Li in Li2O, which is a blanket material, to generate tritium, 3T, and 'He. A sweep gas is supplied to the breeding blanket section 2 in order to release tritium in the blanket material into gas. When the sweep gas is an inert gas that does not contain hydrogen, the chemical form of the released tritium is more than 90% T2O, and the remaining 10% is T2O.
It is 2. The sweep gas may be one that has excellent separation ability from T2 with a functional separation membrane described later and does not react with the structural material at high temperatures. Further, it is not preferable to use a material that reacts nuclearly with neutrons to produce a large amount of radioactive material. From the above point of view, nitrogen NZ (molecule i28.) and argon.

Ar(分子量40)があげられる。とくにアルゴンガス
の場合、分子量も大きく、”Arの中性子との反応断面
積も数10mbarnと小さく、反応によって41Ar
が生成してもβ核種であり、ブランケット系で生成する
同じβ核種であるトリチウムに比べ、圧倒的に生成量が
小さく、かつ半減期が1.5時間程度であるため容積す
る恐れは少い。以下スイープガスにArを使用した場合
について述べる。核反応出力が約500MWの核融合炉
実験炉クラスでは、スイープガス中のT20濃度を5Q
vppm以下にして、プロセス上問題の多いLi0Tの
生成を防ぐ必要上、約20ONrn’/hのArガスを
循環ポンプ10の作用で、増殖ブランケット部2に通気
する。増殖ブランケット部2には多数の冷却水配管(図
示せず)が酸化リチウムペレット充填層に挿入されてお
り、増殖ブランケット部2を冷却し、かつ高温水となっ
て外部へエネルギーを伝達する。ペレット充填層では直
径約1rrnφのペレット間の間隙をArガスが流れ、
ペレット表面からT2O,T、を脱離させる。この時A
rガスも熱伝導に寄与する。Heに比べ熱伝導率は1桁
以上小さいが、酸化リチウムの熱伝導率は逆にHeに比
べ1桁以上高く上記充填層の場合固体間の熱伝導も加わ
るので、実効的に熱伝導性は通常の構造ではHeガスを
使用する場合に比べArガスでは20〜40%程度低下
するが、冷却管の配置間隙をつめること等の工夫により
十分対応が可能である。その結果酸化リチウムの温度は
400〜1000℃に保たれる。増殖ブランケット部2
を出たトリチウムを含むArガスは冷却器10の働きで
100’C前後の温度に冷却される。
Ar (molecular weight 40) is mentioned. In particular, in the case of argon gas, the molecular weight is large, and the reaction cross section with Ar neutrons is as small as several tens of mbars.
Even if it is produced, it is a beta nuclide, and compared to tritium, which is the same beta nuclide, produced in a blanket system, the amount produced is overwhelmingly smaller, and the half-life is about 1.5 hours, so there is little risk of bulking up. . The case where Ar is used as the sweep gas will be described below. In the experimental fusion reactor class, which has a nuclear reaction output of approximately 500 MW, the T20 concentration in the sweep gas is reduced to 5Q.
In order to prevent the formation of Li0T, which causes many problems in the process, by reducing the amount of Ar gas to less than vppm, approximately 20 ONrn'/h of Ar gas is vented into the growth blanket section 2 by the action of the circulation pump 10. In the breeding blanket section 2, a large number of cooling water pipes (not shown) are inserted into the lithium oxide pellet packed bed to cool the breeding blanket section 2 and turn into high-temperature water to transfer energy to the outside. In the pellet packed bed, Ar gas flows through the gaps between pellets with a diameter of about 1rrnφ.
T2O,T is desorbed from the pellet surface. At this time A
r-gas also contributes to heat transfer. The thermal conductivity of lithium oxide is more than an order of magnitude lower than that of He, but on the other hand, the thermal conductivity of lithium oxide is more than an order of magnitude higher than that of He. In a normal structure, when using Ar gas, the reduction is about 20 to 40% compared to when using He gas, but this can be sufficiently overcome by making measures such as closing the gaps between the cooling pipes. As a result, the temperature of lithium oxide is maintained at 400-1000°C. Growth blanket part 2
The Ar gas containing tritium that has exited is cooled to a temperature of about 100'C by the action of the cooler 10.

ついでT2透過膜3に導かれ、大部分のT2と一部のA
rがトリチウム回収−次系7からトリチウム回収二次系
8に移行する。第3図にT2透過に適した多孔質ガラス
膜を使用した場合の実施例を示す。
Next, it is guided to the T2 permeable membrane 3, where most of the T2 and some of the A
r is transferred from the tritium recovery secondary system 7 to the tritium recovery secondary system 8. FIG. 3 shows an example in which a porous glass membrane suitable for T2 transmission is used.

T2透過に対しては、12分圧を0.005Torr 
; T2流量17 m Q / m i nとすると、
厚さ1msのガラス管でT2透過量は0 、03 m 
Q (STP)win。
For T2 transmission, set the 12 partial pressure to 0.005 Torr.
; If T2 flow rate is 17 mQ/min,
The T2 transmission amount is 0.03 m in a glass tube with a thickness of 1 ms.
Q (STP)win.

dなので、必要な多孔質ガラス管の表面積は約6OMに
なる。この時一部のArガスも透過するが、透過量を同
じ圧力の場合T2に比べ1150に押えられる。Arガ
スの透過量は760mHgの圧力差では約3 rd /
 hになり、処理ガスとしては1/70になる。T2の
分離には多孔性分離膜1例えば多孔質ガラスでは、半径
が2〜3nmの小さな細孔が貫通しており、この細孔を
通して気体分子を透過するが、その透過速度は気体分子
の分子量が小さい程大きく、逆に大きくなると小さくな
る。
d, the required surface area of the porous glass tube is approximately 6 OM. At this time, some Ar gas also permeates, but the amount of permeation is suppressed to 1150 compared to T2 at the same pressure. The amount of Ar gas permeated is approximately 3rd/at a pressure difference of 760mHg.
h, and the processing gas becomes 1/70. Porous separation membrane 1 For the separation of T2, for example, porous glass has small pores with a radius of 2 to 3 nm passing through it, and gas molecules permeate through these pores, but the permeation rate depends on the molecular weight of the gas molecules. The smaller the value, the larger the value; conversely, the smaller the value, the smaller the value.

今、スイープガスに分子量が40のアルゴン(Ar)ガ
スを用いると、同じ分圧で比較した場合、第4図で示す
ようにT2の方がArに比べ、数10倍透過し易いこと
が判明している。[板目3゜RADIOISOTOPE
S 、 34 、207−213 (1985) 、 
]。透過量は多孔質膜の一次系と二次系の分圧の差に比
例するので、二次系側における12分圧を出来るだけ低
く、かつ、Ar分圧は一次系とほぼ等しいように二次系
の圧力を調整する方が良い。このことは、−次側と二次
側の全圧力の差が小さくなり、比較的圧力に弱い膜の健
全性を保つ上でも好ましい。なお所定の必要面積を得る
ため、多孔質ガラス管21は第3図に示すように多管群
で楕成し、胴側26に一次系気体を、多管群内側に透過
したT2及びArガスを流す。なお、多管群内管側では
透過したT2を排出して12分圧を低くするため、真空
ポンプ12の働きで少くとも10Torr以下の真空側
に保つ。T、Oの分離に関しては実施例1と同じもので
良い。
Now, when argon (Ar) gas with a molecular weight of 40 is used as the sweep gas, when compared at the same partial pressure, it has been found that T2 is several tens of times more permeable than Ar, as shown in Figure 4. are doing. [Grain 3゜RADIOISOTOPE
S, 34, 207-213 (1985),
]. Since the amount of permeation is proportional to the difference in partial pressure between the primary and secondary systems of the porous membrane, the 12 partial pressure on the secondary system side should be as low as possible, and the Ar partial pressure on the secondary system should be approximately equal to that of the primary system. It is better to adjust the pressure of the next system. This is preferable because the difference in total pressure between the negative side and the secondary side becomes small, and the integrity of the membrane, which is relatively sensitive to pressure, is maintained. In order to obtain a predetermined required area, the porous glass tube 21 is formed into an ellipse in a multi-tube group as shown in FIG. flow. Note that on the inner tube side of the multi-tube group, in order to discharge the permeated T2 and lower the 12 partial pressure, the vacuum side is kept at least 10 Torr or less by the action of the vacuum pump 12. Regarding the separation of T and O, the same method as in Example 1 may be used.

一方、T2はT2ゲッタ6により回収される。T2ゲッ
タ6にはT2と比較的低温(室温−200℃)  ノで
反応して水素化合物を形成し、かつ高温で容易にT2を
放出するものなら良<、U粉末、Ti。
On the other hand, T2 is recovered by the T2 getter 6. The T2 getter 6 may be any material that reacts with T2 at a relatively low temperature (room temperature - 200°C) to form a hydrogen compound and easily releases T2 at a high temperature, such as U powder or Ti.

Zr−Ni系合金など、水素吸臓金属で良い。以上の結
果、トリチウムを99.9%以上の効率で回収すること
が可能になる。
A hydrogen-absorbing metal such as a Zr-Ni alloy may be used. As a result of the above, it becomes possible to recover tritium with an efficiency of 99.9% or more.

上記回収後のトリチウムは、T2ゲッタ6及びT20除
去塔5を所定の温度に昇温しでT、、T2Oとして脱離
し、燃料ガス精製系に送られる。連続運転めためには、
T2ゲッタ6及びT20除去塔5を複数設け、交互に回
収、脱離操作を行なえば良い。
The recovered tritium is heated to a predetermined temperature in the T2 getter 6 and the T20 removal tower 5, desorbed as T, and T2O, and sent to the fuel gas purification system. For continuous operation,
A plurality of T2 getters 6 and T20 removal towers 5 may be provided and recovery and desorption operations may be performed alternately.

[発明の効果] 本発明によれば、機能性分離膜の作用により、トリチウ
ム回収二次系における処理ガス量を一次系に比べ115
o以下に低減でき、T20除去用コールドトラップ及び
T2ゲッタ用水素吸臓金風等の高度な分離手段の適用を
可能にし、経済的な小型回収装置で高効率(99,9%
以上)のトリチウム回収を可能にする。
[Effects of the Invention] According to the present invention, due to the action of the functional separation membrane, the amount of gas processed in the secondary tritium recovery system is reduced by 115% compared to the primary system.
o or less, making it possible to apply advanced separation means such as a cold trap for T20 removal and a hydrogen absorber for T2 getter, and achieving high efficiency (99.9%) with an economical small recovery device.
(above) enables the recovery of tritium.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の一実施例である核融合炉ブランケット
系のトリチウム回収装置の基本フローを示した図、第2
図は本発明の他め実施例のフローを示す図、第3図は第
2図の実施例で使用される多孔質ガラスを多管群として
使用した場合のT2透過膜の模式図である。第4図は多
孔質ガラスにおける、TよとArの透過量の違いを示す
図である。 符号の説明 1は核融合炉心部、2は増殖ブランケット部、3はT2
透過膜、4はT2o透過膜、5はT20除去塔、6はT
2ゲッタ、7はトリチウム回収−次系、8はトリチウム
回収二次系、9は循環ポンプ、10は冷却器、11は真
空ポンプ、12は酸化触媒塔。 21は多孔質ガラス管、22は一次系スイープガス入口
、23は一次系スイーブガス出口、24は二次系スイー
プガス入口、25は二次系スイープガス出口、26は胴
側部である。
Figure 1 is a diagram showing the basic flow of a tritium recovery device for a fusion reactor blanket system, which is an embodiment of the present invention.
The figure shows the flow of another embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a schematic diagram of a T2 permeable membrane when the porous glass used in the embodiment of FIG. 2 is used as a multi-tube group. FIG. 4 is a diagram showing the difference in the amount of permeation of T and Ar in porous glass. Explanation of the symbols 1 is the fusion reactor core part, 2 is the breeder blanket part, 3 is T2
Permeable membrane, 4 is T2o permeable membrane, 5 is T20 removal column, 6 is T
2 a getter, 7 a tritium recovery secondary system, 8 a tritium recovery secondary system, 9 a circulation pump, 10 a cooler, 11 a vacuum pump, and 12 an oxidation catalyst tower. 21 is a porous glass tube, 22 is a primary system sweep gas inlet, 23 is a primary system sweep gas outlet, 24 is a secondary system sweep gas inlet, 25 is a secondary system sweep gas outlet, and 26 is a side part of the body.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、ブランケットからトリチウムを回収する媒体として
大量のスイープガスを使用し、トリチウムを含有する媒
体ガスからトリチウムを分離することによりトリチウム
を回収する方法において、トリチウムを選択的に透過す
る機能性分離膜によりトリチウムを含むスイープガスか
らトリチウムを透過させるようにしたことを特徴とする
核融合炉におけるトリチウム回収方法。 2、ブランケットからトリチウムを回収する媒体として
大量のスイープガスを使用し、トリチウムを含有する媒
体ガスからトリチウムを分離することによりトリチウム
を回収するものにおいて、トリチウムを選択的に透過す
る機能性分離膜を介して、ブランケット側一次系と、ト
リチウム回収側二次系を構成し、トリチウムを二次系に
透過させて回収することを特徴とする核融合炉における
トリチウム回収装置。 3、ブランケットからトリチウムを回収する媒体として
大量のスイープガスを使用し、トリチウムを含有するス
イープガスからトリチウムを分離することによりトリチ
ウムを回収するものにおいて、大量のスイープガスから
トリチウムを選択的に透過する機能性分離膜からなる分
離手段およびこの膜分離手段によって透過されたトリチ
ウムを含む少量の媒体ガスからトリチウムを分離する手
段を設けたことを特徴とする核融合炉におけるトリチウ
ム回収装置。 4、特許請求の範囲第1項の発明において、ブランケッ
トからスイープガスにより抽出されたトリチウムを酸化
させてから機能性分離膜による膜分離手段によりトリチ
ウムを透過させるようにしたことを特徴とする核融合装
置におけるトリチウム回収方法。 5、特許請求の範囲第2項ないし第3項の発明において
、トリチウムを含む水素透過用分離膜として多孔質ガラ
ス膜を使用することを特徴とする核融合装置におけるト
リチウム回収装置。 6、特許請求の範囲第2項ないし第3項の発明において
、トリチウムを含む水透過用として非孔性有機機能性分
離膜を使用することを特徴とする核融合装置におけるト
リチウム回収装置。 7、特許請求の範囲第2項ないし第3項の発明において
、トリチウムを含む水素透過用分離膜として多孔質ガラ
ス膜およびトリチウムを含む水透過用として非孔性有機
機能性分離膜を使用することを特徴とする核融合装置に
おけるトリチウム回収装置。 8、特許請求の範囲第5項または第7項の発明において
、媒体ガスとして、分子量が大きくかつ中性子と反応し
にくい物質を使用することを特徴とする核融合装置にお
けるトリチウム回収装置。 9、特許請求の範囲第8項の発明において、媒体ガスと
して窒素またはアルゴンを用いることを特徴とする核融
合装置におけるトリチウム回収装置。
[Claims] 1. A method for recovering tritium by using a large amount of sweep gas as a medium for recovering tritium from a blanket and separating tritium from the medium gas containing tritium, which selectively permeates tritium. A method for recovering tritium in a nuclear fusion reactor, characterized in that tritium is allowed to permeate from a tritium-containing sweep gas using a functional separation membrane. 2. In a device that uses a large amount of sweep gas as a medium to recover tritium from a blanket and recovers tritium by separating tritium from the tritium-containing medium gas, a functional separation membrane that selectively permeates tritium is used. A tritium recovery device in a nuclear fusion reactor, comprising a primary system on the blanket side and a secondary system on the tritium recovery side through which tritium is transmitted through the secondary system and recovered. 3. A method that uses a large amount of sweep gas as a medium to recover tritium from the blanket and recovers tritium by separating tritium from the tritium-containing sweep gas, which selectively permeates tritium from the large amount of sweep gas. 1. A tritium recovery device for a nuclear fusion reactor, comprising a separation means made of a functional separation membrane and a means for separating tritium from a small amount of tritium-containing medium gas permeated by the membrane separation means. 4. In the invention of claim 1, the nuclear fusion is characterized in that tritium extracted from the blanket is oxidized by a sweep gas and then tritium is permeated by a membrane separation means using a functional separation membrane. Tritium recovery method in equipment. 5. A tritium recovery device in a nuclear fusion device according to the invention according to claims 2 and 3, characterized in that a porous glass membrane is used as a separation membrane for hydrogen permeation containing tritium. 6. A tritium recovery device in a nuclear fusion device according to the invention according to claims 2 and 3, characterized in that a non-porous organic functional separation membrane is used for permeation of water containing tritium. 7. In the invention of claims 2 to 3, a porous glass membrane is used as a separation membrane for hydrogen permeation containing tritium, and a non-porous organic functional separation membrane is used for permeation of water containing tritium. A tritium recovery device in a nuclear fusion device characterized by: 8. A tritium recovery device in a nuclear fusion device according to the invention according to claim 5 or 7, characterized in that a substance having a large molecular weight and hardly reacting with neutrons is used as the medium gas. 9. A tritium recovery device in a nuclear fusion device according to the invention of claim 8, characterized in that nitrogen or argon is used as the medium gas.
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