储氚球形压力容器中氚的渗透分析

摘要

随着时间延长，储存在压力容器中的氚大部分衰变产生氦-3，极少部分通过容器内表面渗透到容器壁材料中．在容器壁中的氚又一边扩散直至通过容器外表面渗透到容器外，一边衰变产生氦-3滞留在壁中．渗透到容器外部的氚会污染环境，危害人身健康与安全，因此需要对其渗透量加以分析和防控．针对容器外表面为一般传质边界条件和容器内部氚为范德华气体的情况，同时考虑容器内部氚的衰变与渗透和容器壁中氚的衰变、扩散与渗透，建立了储氚容器中氚向容器外渗透的解析理论模型，导出了通过容器外表面的氚渗透总量和衰变后剩余量的理论公式．通过解析计算给出了容器外氚渗透总量和衰变后剩余量随时间的变化规律，以及氚渗透总量随容器外表面传质系数和容器壁厚的变化规律．与理论计算对应，开展氚储存实验与测试，对储氚容器外部密封包装容器内的氩保护气取样，采用正比计数器方法测量氚浓度，再换算得到了容器外氚的瞬态量．对比分析了解析计算结果与实测结果，表明了理论计算的合理性．所得到的氚渗透量随储存时间等参数的变化规律对储氚容器的设计具有理论指导作用．