费罗杰 靳 瑞
（海南核电有限公司，海南 昌江 572733）
【摘 要】氚的用途广泛，作用巨大，尤其在军用方面，贡献突出，通过反应堆产氚在世界上已是比较成熟的方式，已大规模应用，而对昌江核电厂产氚的可行性理论探究，可为昌江核电厂今后产氚提供理论依据，通过收集资料、理论分析等方法，对可行性进行了分析。
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关键词 氚；产氚棒；探究
1 氚的来源
氚来源于天然和人工两种途径。虽然氚的半衰期与地址年代相比是极其微小的，但在地球大气层和天然水中还是能发现氚的存在，每1018个氢原子中含1个氚原子[1]的浓度被称为氚单位（TU）[1]。
裂变反应堆和燃料后处理是当前核设施向环境释放氚的主要来源，在核动力工厂里，氚由燃料的三分裂变和中子与堆体部件的核反应而产生。产生氚的反应有很多，如2H(ｎ,γ)3H,10B(ｎ,γ)3H,7Li(ｎ,γ)3H,6Li(ｎ,γ)3H和3He(ｎ,γ)3H。
2 氚的用途
氚的用途很广，目前主要用于制造热核武器。氢的同位素氚是热核武器必需的核材料，可增强核武器的威力。与其他核材料不同，氚的半衰期仅为12.3年，每年衰变5.47%，不能无限期地储存或重复利用，因此必须定期更换核武器中的氚。氚还可以参与受控制核反应，因此它将成为一种主要的新能源。利用氚的低能β射线可制备低能辐射源用于超薄材料厚度的测定。利用氚的辐射能可制作原子电池，荧光物质、静电消除器和火灾报警器等。此外，氚还是一种良好的放射性示踪剂。
3 产氚主要方法
由于自然界中氚的含量很少，无法通过富集的方法从自然界中获取，所以生产氚一般用反应堆产氚和加速器生产氚。1998年12月22日，美国DOE宣布利用商用轻水反应堆作为生产氚的首选方式，而设计建造加速器仅被作为备用方案，同时选中了田纳西流域管理局(TVA)的瓦茨巴核电厂和塞利亚核电厂为DOE长期提供氚。2000年1月1日，DOE同TVA签订的氚供应合同正式生效。2002年9月24日，美国核管理委员会(NRC)发放了批准瓦茨巴核电厂生产氚的许可证，该厂反应堆在每个换料周期内最多可以使用2304根产氚可燃吸收棒(TPBAR)，2002年10月1日，核管理委员会又发放了批准塞利亚核电厂生产氚的许可证，该厂反应堆在每个换料周期内最多可以使用2256根TPBAR。2003年10月，TVA工作人员将240根TPBAR插入瓦茨巴核电厂的反应堆，经过18个月的辐照期后，这批TPBAT将于2005年4月从反应堆卸出，然后运往萨凡河厂区提取氚.[7]通过国外相经验，在压水堆中产氚是可行的。虽然在国际上轻水堆不是产氚的主流方式，但俄罗斯氚的生产一直都是靠轻水堆。美国现在也通过民用轻水堆产氚。
4 产氚的理论依据
锂无机化合物中的辐射化学和核化学作用[2]
裂变堆内辐照生产氚所采用的有各种锂合金材料[2]
锂再生区氚生产速率（中子通量密度为4*1013中子/厘米2.秒，锂总量~70吨；再生区表面积为400m2）[8]
根据材料特性，昌江核电厂可以选定合适材料作为产氚的靶核即可。
5 昌江电厂产氚的理论研究
一座常规核电站一年能生产2-3千克的氚[3]，投入适当的成本是制氚的前提。昌江核电厂1,2号机组为轻水慢化的压水堆。堆内组件分为控制棒组件，可燃毒物组件。根据所含可燃毒物棒和阻流塞棒的数目不同，可燃毒物组件分两种类型：第一种含有12根可燃毒物棒和12根阻流塞棒；第二种含有16根可燃毒物棒和8根阻流塞棒。海南昌江核电厂1、2号机组反应堆初始堆芯中，含12根可燃毒物棒的可燃毒物组件共32组，含16根可燃毒物棒的可燃毒物组件共18组，另外在两组一次中子源组件中各含16根可燃毒物棒[4]。阻流塞组件的作用是限制通过燃料组件导向管的旁流量，阻流塞棒位于不放控制棒、中子源棒和可燃毒物棒的那些导向管中。后期由于毒物的积累，可燃毒物棒的数量会减少，而阻流塞组件的数量会增多。阻流塞组件主要作用为减小旁通流量，可以用产氚可燃吸收棒(TPBAR)代替阻流塞组件，在堆内辐照产氚。
反应堆生产氚采用的靶材料有氟化锂，碳酸锂，锂镁合金和锂铝合金等，以锂镁合金最为理想。经过反应堆中子辐照的锂铝合金，可用加热熔融等方法从中提取生成的氚。提取到的氚气中常含有多种杂质气体，这些杂质气体可用铀屑进行纯化和通过铀粉（或靶管）加以分离。但是来自靶材料本身和提取设备材料中的氢气，在提取纯化过程中是不能同时去除的。氢气会稀释氚气，使氚的同位素丰度降低，需要高丰度氚时，就得进行富集。富集氚的方法有电解法、蒸馏法、赫兹泵法、热扩散法、吸附色谱法等。通过富集，氚的丰度可以大大提高以至高达99%。
1997年，美国DOE把32根TPBAR插入反应堆中作为实验项目[5]，经过辐照，最后提取获得1盎司（29克）氚，若海南昌江核电厂，在换料后期，经过测算，插入一定产氚棒，但不影响核电站的正常运行，通过流程加以提取，便可生产氚。
6 结论
通过相关理论分析和材料搜集，海南昌江核电厂产氚是可行的，通过相关的组件改造，将产氚可燃吸收棒(TPBAR)代替阻流塞组件插入堆中，经过辐照，提取，富集之后，便可使海南昌江核电厂产氚。
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参考文献
［１］[前苏联]列·啊·连斯基.氚的物理和化学[M].毛世奇,等译.原子能出版社.
［２］吴博康.国外核新闻[J].1981(7).
［３］吴万宏.核聚变 能源之梦[J].科学大众:中学生,2011(3).
［４］海南核电燃料管理人员岗位必读[Z].
［５］美国能源部.在轻水反应堆中进行氚生产的最终环境影响报告[R].DOE/EIS-0288（1999年3月）.
［责任编辑：汤静］