一种用于气态碘在石墨中扩散的装置及其操作方法

本发明涉及反应堆用核材料，具体是一种用于气态碘在石墨中扩散的装置及其操作方法。

背景技术：

1、熔盐反应堆的气相裂变会产生气态碘。这种碘具有放射性，半衰期长，如发生泄漏，会对环境造成污染，对人体造成伤害。而石墨作为熔盐反应堆的慢化剂材料和堆芯材料，可用来包裹熔盐反应堆的外层，避免碘泄漏。因此碘在石墨中的扩散深度，成为了熔盐反应堆一项重要的安全指标。

2、成品的石墨种类一般为三种：细颗粒石墨a，经过400℃碳化成型，密度为1.76g/cm3，平均中值孔径0.023μm，开孔率17.8％；细颗粒石墨b，经过450℃碳化成型，密度为1.77g/cm3，平均中值孔径0.018μm，开孔率17.3％；细颗粒石墨c，经过500℃碳化成型，其密度为1.84g/cm3，平均中值孔径0.553μm，开孔率12.8％。

3、三种石墨的成本差异比较大，且现有的设备存在封装困难、气密性差、真空度低的缺点，从而导致实验数据精度低，也就难以选择出适用、且成本低的石墨。

技术实现思路

1、为解决背景技术中的技术问题，本发明公开了一种用于气态碘在石墨中扩散的装置及其操作方法。

2、本发明提供一种用于气态碘在石墨中扩散的装置，包括：

3、石英管，其底部放置有石墨片；

4、气罐，其内部设置有碘颗粒；气罐上开设有气孔，用于与外界连通；

5、石英塞，用于封堵抽真空后的石英管。

6、碘受热后升华成气体，并从气孔中流入石英管内，进而使得石墨片与碘气体充分接触，实现碘气体向石墨片中扩散的目的。

7、本装置模拟熔盐反应堆中的环境；由于碘的熔点是113.7℃，碘的三相点是114.2℃，在三相点，固态、液态、气态的碘共存；如将碘和石墨放在一起进行实验，则液态碘存在期间会影响气态碘的扩散，导致实验数据不准确；因此气罐和石英管的设置，使得碘颗粒和石墨片分隔开，碘只有在气体的形态下才能与石墨接触，从而提高了实验数据的准确性。

8、而且上述结构不仅封装简单、密封性高，还提高了实验的稳定性和安全性。

9、为实现气罐安装定位，提高封装效率，进一步的设计是：石英管靠近底部的位置向内凸起，从而构成第一凸环；气罐放置于第一凸环上。

10、本发明还提供一种用于气态碘在石墨中扩散的装置的操作方法，包括以下步骤：

11、s1、将石墨片进行清洗、烘干，并放置于石英管的底部；

12、s2、将装有碘颗粒的气罐放入石英管内并抵靠在第一凸环上；

13、s3、将石英塞放入石英管内，并使用真空封管机，对石英管抽真空，并使石英塞将石英管封堵；

14、s4、对石英管进行加热，使得碘颗粒成为气态，并从气孔中流出，与石墨片接触，进行扩散；

15、s5、扩散完成后将石墨片冷却；

16、s6、将石墨片取出，然后进行卢瑟福背散射检测碘在是石墨中的扩散深度及对应深度碘的含量。

17、通过检测碘在石墨中的扩散深度以及对应深度中碘的含量，再对比熔盐反应堆的反映时间，可计算出每种石墨的厚度，从而计算出石墨的用量。根据石墨的用量和单价，可选择出最优、成本最低的石墨。

18、扩散的具体温度为：在650℃恒温扩散96h，升温速率和降温速率为10℃/min。

19、碘扩散仅进行一次，实验数据的准确度还是不高，基于此，进一步的设计是：步骤s4和s5循环进行3次。

技术特征：

1.一种用于气态碘在石墨中扩散的装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种用于气态碘在石墨中扩散的装置，其特征在于：所述石英管(1)靠近底部的位置向内凸起，从而构成第一凸环(7)；

3.一种用于气态碘在石墨中扩散的装置的操作方法，采用权利要求2所述的一种用于气态碘在石墨中扩散的装置，其特征在于，包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的一种用于气态碘在石墨中扩散的装置的操作方法，其特征在于：在650℃恒温扩散96h，升温速率和降温速率为10℃/min。

5.根据权利要求4所述的一种用于气态碘在石墨中扩散的装置的操作方法，其特征在于：步骤s4和s5循环进行3次。

技术总结本发明提供一种用于气态碘在石墨中扩散的装置及其操作方法，对于其一种用于气态碘在石墨中扩散的装置，包括：石英管，其底部放置有石墨片；气罐，其内部设置有碘颗粒；气罐上开设有气孔，用于与外界连通；石英塞，用于封堵抽真空后的石英管。碘受热后升华成气体，并从气孔中流入石英管内，进而使得石墨片与碘气体充分接触，实现碘气体向石墨片中扩散的目的。本装置模拟熔盐反应堆中的环境，而且气罐和石英管的设置，使得碘颗粒和石墨片分隔开，有效解决了实验前样品难封装，封装后系统内真空度差的技术难题，还解决了碘在相变过程中引起的误差问题，提高了实验的稳定性和安全性。上述结构，封装简单、密封性高，提高了实验精度。技术研发人员：齐明波,潘太军,唐忠锋受保护的技术使用者：常州大学技术研发日：技术公布日：2024/6/5