低温精馏氢同位素分离研究进展

摘要

低温精馏在20～25K的深冷温度下实现6种氢同位素分子的分离,具有处理量大、分离因子高、连续操作的优势,适合于重水提氚和聚变氘氚循环等大规模氢同位素分离领域.从重水堆内提取氚是一种经济、高效的产氚方法,同时可以大幅降低反应堆操作和环境中氚泄漏风险.加拿大在20世纪80年代建成的DTRF重水除氚装置为20套重水机组服务,处理量为19300m3/d,每年可提氚2kg.韩国于2007年建成的WTRF重水除氚装置为4套重水机组服务,气体处理量为5300m3/d,截至2013年提氚2.5kg.上述两套装置均采用了四柱级联的低温精馏分离工艺.在聚变氘氚循环领域,美国LANL建起了综合性演示装置TSTA,氢同位素分离采用四柱级联的低温精馏系统,1981年投入运行,后期不断提高氚操作量,1986年9月和12月进行2次综合性实验,1987年达到100g氚规模.CFETR氘氚循环中对氢同位素分离需求约500m3/d(不含低品位含氚水处理),氚在精馏系统操作量为100g量级.