钠-铯蒸气阱系统和方法技术方案

提供了用于同时去除气体中的钠(Na)和铯(Cs)两者的钠‑铯阱系统和方法。阱系统包括接触容器，所述接触容器具有入口和出口，其中载气通过该入口和出口被引导。加热系统维持跨越接触容器的在入口的第一温度和在出口的第二温度之间的温度梯度，使得包含在载气内的钠和铯被冷凝成液体并且离开容器的载气基本上不含钠和铯。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】钠-铯蒸气阱系统和方法本申请于2017年5月19日提交，并要求2016年5月20日提交的标题为“Sodium-CesiumVaporTrapSystemandMethod”的美国临时申请第62/339,225号的优先权的权益，该美国临时申请据此通过引用并入本文。介绍过去，钠冷却核反应堆(sodium-coolednuclearreactor)已经因为它们适用于在发电核电站中使用而被操作和研究。在研究型反应堆的操作期间确定的一个缺点是Cs-137(一种裂变产物)从液体钠冷却剂中通过钠蒸气阱携带(carryover)出来并进入反应堆的蒸气处理系统。在大多数先前的反应堆设计中，铯释放的后果是相对小的，因为从少数失效的燃料细棒释放的量很小。然而，由于目前正在开发的一些现代反应堆，例如行波反应堆(TravelingWaveReactor)，被设计成用排气式燃料细棒(ventedfuelpin)操作，因此释放至主钠冷却剂(primarysodiumcoolant)和反应堆盖气体空间的铯的量将大得多。钠-铯蒸气阱本公开内容描述了用于同时去除气体中的钠(Na)和铯(Cs)两者的新的钠-铯阱系统(trapsystem)和方法。所述阱系统包括具有入口和出口的接触容器，其中载气通过该入口和出口被引导。加热系统维持跨越接触容器的在入口的第一温度和在出口的第二温度之间的温度梯度，使得包含在载气内的钠和铯被冷凝成液体，并且离开容器的载气基本上不含钠和铯。从以下详述的阅读和相关附图的综述，表征本文描述的钠-铯阱系统和方法的这些和多种其他特征以及优点将是明显的。另外的特征在随后的描述中阐明，并且部分地从说明书中将是明显的，或者可以通过技术的实践来得知。该技术的益处和特征将通过书面说明书及其权利要求书以及附图中特别指出的结构来实现和获得。应理解，前述的介绍和以下的详述两者都是示例性的和解释性的，并且意图提供对如所要求保护的本专利技术的进一步的解释。附图简述构成本申请的一部分的所附附图示出了所描述的技术，并且不意味着以任何方式限制如所要求保护的本专利技术的范围，本专利技术的范围应基于本文所附的权利要求。图1以框图形式图示出了钠冷却核反应堆的一些基本部件。图2图示出了用于从来自核反应堆的携带气体中去除钠和铯的方法的实施方案。图3图示出了Na-Cs蒸气阱的实施方案。详细描述在描述作为本公开内容的主题的钠-铯蒸气阱系统和方法之前，应当理解，本公开内容不限于本文公开的特定结构、工艺步骤或材料，而是扩展到其等同物，如将被相关领域的普通技术人员所认识到的。还应理解，本文采用的术语仅用于描述特定实施方案的目的，并且不意图是限制性的。必须注意，如本说明书中使用的，除非上下文另外清楚地指示，否则单数形式“一(a)”、“一(an)”和“所述(the)”包括复数指示物。因此，例如，提及“氢氧化锂”不应被视为数量上或来源限制，提及“步骤”可以包括多个步骤，提及反应的“生产”或“产物”不应被视为是反应的所有产物，以及提及“反应”可以包括提及这样的反应步骤中的一个或更多个。因此，反应的步骤可以包括类似材料的多次反应或重复反应以产生确定的反应产物。本公开内容描述了用于同时去除气体中的Na和Cs两者的蒸气阱系统和方法。为了本申请的目的，在其中携带气体中的Cs的去除是重要的的钠冷却核反应堆的上下文中，Na-Cs蒸气阱的实施方案将被描述。然而，将理解的是，蒸气阱系统和方法可以适于在其中Cs和Na两者需要从气体中去除的任何上下文中使用，而不仅仅是在核反应堆的上下文中使用。图1以框图形式图示出了钠冷却核反应堆的一些基本部件。通常，反应堆100包括在反应堆容器105中的反应堆堆芯(core)104，堆芯104包含产生热的可裂变燃料，所述热经由液体冷却剂106例如钠金属或钠盐去除。为了本公开内容的目的，可裂变材料包括任何易裂变材料、任何增殖性材料(fertilematerial)或易裂变材料和增殖性材料的组合，并且冷却剂106是钠金属。可裂变燃料可以呈固体形式或液体形式(在操作温度)，并且可以被保持在某个容器中或可以不被保持在某个容器中。在熔融燃料实施方案(未示出)中，冷却剂106可以是铀盐和钠盐的混合物，其中该混合物是主冷却剂和燃料两者。在固体燃料实施方案中，燃料可以是被保持在一个或更多个容器内的固体铀化合物，该一个或更多个容器与钠金属或钠盐冷却剂接触或浸没在钠金属或钠盐冷却剂的池中。在任何情况下，可裂变燃料将热传递至主液体冷却剂106。冷却剂106可以是钠金属或钠盐例如氯化物盐或钾盐。冷却剂106可以完全填充容纳燃料的容器105或可以不完全填充容纳燃料的容器105，并且所示的实施方案被图示有任选的顶部空间102，所述顶部空间102可以在冷却剂106的水平面上方填充有惰性气体，例如氩气。基于使用的特定燃料的特性和类型来选择反应堆堆芯104的尺寸，以便实现和维持燃料处于不间断的临界状态，在此期间由在燃料中不间断地产生中子所产生的热导致燃料的温度升高。通过在堆芯104周围提供一个或更多个反射器108以将中子反射回堆芯来改善反应堆100的性能。冷却剂106在反应堆堆芯104和位于堆芯104的外部的一个或更多个主热交换器110之间循环。循环可以使用一个或更多个泵112进行。主热交换器110将热从冷却剂106传递至二次冷却剂114，所述二次冷却剂114通过二次冷却剂回路115循环。在实施方案中，二次冷却剂可以是钠或另一种液体金属例如铅，或是盐例如NaCl-MgCl2。在实施方案中，反射器108在每个主热交换器110和反应堆堆芯104之间，如图1中所示。在所示的实施方案中，来自主热交换器110的加热的二次冷却剂114被传送至发电系统120，发电系统120用于产生某种形式的功率，例如热功率、电功率或机械功率。反应堆堆芯104、主热交换器110、泵112、钠冷却剂循环管道(包括未示出的其他辅助部件，例如止回阀、截止阀、法兰、排放罐等)和冷却剂在操作期间通过其循环或接触其的任何其他部件可以被称为主钠冷却剂回路116。同样地，二次冷却剂回路115包括二次冷却剂通过其循环的那些部件，包括主热交换器110、冷却剂泵113和二次冷却剂循环管道(包括未示出的其他辅助部件，例如止回阀、截止阀、法兰、排放罐等)。反应堆100还包括至少一个安全壳容器(containmentvessel)118，其容纳燃料和其他放射性材料，以防止它们在紧急情况下的释放。在液体燃料实施方案(如所示的)中，当冷却剂也是燃料时，该容器将包围主钠冷却剂回路116。在固体燃料实施方案中，固体燃料将被容器118容纳，但并不是所有的钠冷却剂回路116都需要被如此容纳。注意，取决于实施方案，二次冷却剂回路115中的一些需要在安全壳容器118内或者二次冷却剂回路115都不需要在安全壳容器118内。图1还公开了携带气体处理系统(handlingsystem)132。处理系统132接收携带气体128并将其处理以安全地排放到大气中。处理系统132包括气体处理系统(treatmentsystem)126、Na-Cs检测器130和用于储存收集的污染物的储存系统124。处理系统132可以接收来自如所示的顶部空间102和/或来自冷却剂回路116中的任何位置本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于从载气中去除钠和铯的方法，所述方法包括：提供在第一端具有入口并且在第二端具有气体出口的容器；将包含钠和铯的所述载气送入所述容器的所述入口中；使所述载气从所述第一端流到所述第二端，并且经由所述气体出口流出；以及控制所述载气的温度使得在所述容器的所述第一端的载气处于高于800°F的第一温度，并且在所述容器的所述第二端的所述载气处于小于220°F的第二温度，从而使所述钠和铯在所述容器内冷凝成液体，使得离开所述气体出口的所述载气基本上不含钠和铯。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.05.20 US 62/339,2251.一种用于从载气中去除钠和铯的方法，所述方法包括：提供在第一端具有入口并且在第二端具有气体出口的容器；将包含钠和铯的所述载气送入所述容器的所述入口中；使所述载气从所述第一端流到所述第二端，并且经由所述气体出口流出；以及控制所述载气的温度使得在所述容器的所述第一端的载气处于高于800°F的第一温度，并且在所述容器的所述第二端的所述载气处于小于220°F的第二温度，从而使所述钠和铯在所述容器内冷凝成液体，使得离开所述气体出口的所述载气基本上不含钠和铯。2.如权利要求1所述的方法，还包括：允许冷凝的钠液体经由重力流出所述容器的所述入口。3.如权利要求1所述的方法，还包括：通过用钠冲洗所述容器，经由所述入口去除冷凝的铯液体。4.如权利要求1所述的方法，还包括：经由位于所述容器中的在所述入口和所述气体出口之间的铯出口去除冷凝的铯液体。5.如权利要求4所述的方法，还包括：经由所述铯出口将所述冷凝的铯液体引导至铯吸气器。6.如权利要求4所述的方法，还包括：经由所述铯出口将所述冷凝的铯液体引导至网状玻璃态碳基质。7.如权利要求1所述的方法，还包括：通过加热所述容器来去除冷凝的铯液体，使得所述铯液体蒸发并且被引导出所述气体出口并被引导至铯吸气器。8.如权利要求1所述的方法，还包括：其中通过所述入口进入所述容器的不超过0.0001％的所述钠和不超过1％的所述铯与所述载气一起离开所述气体出口。9.如权利要求1所述的方法，还包括：在将所述载气送入所述容器中之前，用热的钠冲洗所述容器以涂覆所述容器的表面。10.如权利要求1所述的方法，还包括：在进入所述容器之前预热所述载气。11.一种用于从由钠冷却核反应堆接收的载气流中去除钠和铯的系统，所述系统包括：接触容器；在所述接触容器的第一端的入口，其适于接收在小于10atm的入口压力的载气，所接收的载气包...

【专利技术属性】
技术研发人员：迈克尔·安德森，托马斯·M·伯克，罗伯特·A·科宾，克里斯托弗·M·里根，
申请(专利权)人：泰拉能源公司，
类型：发明
国别省市：美国,US