CN101471149B

CN101471149B - 均匀性水溶液核反应堆氮气转化和料液自动补酸系统及补酸方法

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Publication number: CN101471149B
Application number: CN2007103060536A
Authority: CN
Inventors: 李茂良; 李海颖; 程作用; 邓启民; 包崇兴
Original assignee: Nuclear Power Institute of China
Current assignee: Nuclear Power Institute of China
Priority date: 2007-12-29
Filing date: 2007-12-29
Publication date: 2011-05-04
Anticipated expiration: 2027-12-29
Also published as: CN101471149A

Abstract

本发明提供了一种均匀性水溶液核反应堆氮气转化和料液自动补酸系统及补酸方法。此系统采用铂等耐高温电极，通过高压放电将氮气转化成NO和NO₂，并用水喷淋冷却转化为HNO₃，再通过一个补酸系统将HNO₃连续返回反应堆堆芯容器，通过调节气回路中氮气浓度，氮气转化装置功率等可控制氮气转化速率，通过选择补酸箱的酸液体积和原始酸液的HNO₃浓度可以调节补酸速度，控制反应堆料液的酸度恒定为0.2mol/L或在0.20-0.25mol/L范围内，使反应堆料液的UO₂(NO₃)₂不水解沉淀，确保反应堆料液的均匀稳定性和反应堆的运行安全。

Description

均匀性水溶液核反应堆氮气转化和料液自动补酸系统及补酸方法

技术领域

本发明涉及反应堆运行装置，具体涉及一种均匀性水溶液核反应堆氮气转化和料液自动补酸系统及补酸方法。

背景技术

以硝酸铀酰(UO₂(NO₃)₂)溶液为核燃料的均匀性水溶液核反应堆在运行过程中，由于辐射的作用，燃料溶液中的硝酸(HNO₃)将分解生成氮气(N₂)和氧气(O₂)，导致燃料溶液HNO₃浓度降低，引起铀酰离子(UO₂ ⁺²)水解沉淀。如以UO₂(NO₃)₂溶液为核燃料的均匀性水溶液核反应堆在额定功率200kW下运行24小时将产生约720升N₂气、1800升O₂气(共2520升气体)，如果不补酸，堆芯料液酸度下降，将导致UO₂ ²⁺水解沉淀，使均匀性水溶液核反应堆不能长时间稳定运行。如果采用外界补HNO₃的办法，均匀性水溶液核反应堆气回路中的N₂气会越积越多，一年运行250天将累计产生180M³ N₂气、450M³O₂气(共630M³气体)。由于气回路中含有不少惰性放射性气体(⁸⁵Kr、¹³³Xe等)和气态碘(主要是¹³¹I和¹³³I)，这些气体不能直接向大气排放，排放前必须经压力罐长期(3～6个月)贮存，并经纯化处理(如在低温条件下利用活性炭或分子筛吸附)，这将增加放射性气体贮存设施和处理设施，增加处理费用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可使堆芯料液的酸度稳定，保证反应堆长期稳定运行的均匀性水溶液核反应堆氮气转化和料液自动补酸系统及补酸方法，从而避免从外补HNO₃和带放射性的N₂气和O₂气的排放。

本发明的技术方案如下：一种均匀性水溶液核反应堆氮气转化和料液自动补酸系统，该系统包括一个与反应堆气回路连接的氮气转化器，所述的氮气转化器包括置于容器内的高压电极，高压电极与氮气转化控制系统的高压起弧装置连接，氮气转化控制系统还包括中压稳弧装置、稳流装置、强磁铁、变压器，氮气转化器分别与氮气转化控制系统和喷淋器连接，喷淋器与补酸容器连接，补酸容器连接反应堆堆芯容器。

如上所述的均匀性水溶液核反应堆氮气转化和料液自动补酸系统，其中，氮气转化器的高压电极为铂电极、铂-铱合金电极或石墨电极。

如上所述的均匀性水溶液核反应堆氮气转化和料液自动补酸系统，其中，氮气转化器还通过水泵与补酸容器直接连接。

如上所述的均匀性水溶液核反应堆氮气转化和料液自动补酸系统，其中，反应堆气体回路通过抽气泵与储气罐连接，储气罐连接氮气转化器。

如上所述的均匀性水溶液核反应堆氮气转化和料液自动补酸系统，其中，补酸容器为一个不锈钢密封容器，补酸容器上部设有溢流管与堆芯容器相通。

一种应用上述系统对均匀性水溶液核反应堆进行补酸的方法，该方法采用高压电极放电的方式将反应堆气体回路中的氮气转化成一氧化氮和二氧化氮，然后用水喷淋冷却使之转化为HNO₃，将生成的HNO₃返回反应堆堆芯容器。

如上所述的均匀性水溶液核反应堆补酸方法，该方法通过控制高压电极放电电弧的功率大小和直径大小来调节氮气转化速率。

如上所述的均匀性水溶液核反应堆补酸方法，其中，该方法在反应堆运行的同时，使其产生的氮气进行转化，转化的速率等于反应堆料液中HNO₃辐射分解生成氮气的速率，从而使补酸箱中的HNO₃浓度和反应堆料液的HNO₃浓度不变；或者，在反应堆运行时，通过抽气泵将多余气体抽到储气罐暂存，待反应堆停止运行后，再将贮存气体放回气回路系统，并对氮气进行转化，加大氮气转化的放电功率，使氮气快速转化成HNO₃，直到使气回路压力回复到常压，补酸箱中HNO₃浓度恢复到反应堆运行前的浓度为止。

本发明将均匀性水溶液核反应堆中HNO₃辐照分解产生的氮气直接连续转化或间断转化成HNO₃，使堆芯料液的酸度稳定，反应堆能长期稳定运行，避免了从外界补入HNO₃和带放射性的N₂气和O₂ 气排放问题。用N₂气转化装置和补酸系统及补酸方法可非常方便地将HNO₃辐射分解产生的氮气转化成HNO₃，因此氮气转化装置和补酸系统的研制使以HNO₃体系为核燃料的均匀性水溶液核反应堆能长期稳定运行，为其进一步推广应用打下了坚实的技术基础。

附图说明

图1为本发明所述系统的组成结构示意图。

图中，1.氢氧复合器2.预热器3.除滴器4.堆芯容器5.氮气转化器6.氮气转化控制系统7.喷淋器8.补酸容器9.水泵10.换热器

图2为氮气转化器(5)和氮气转化控制系统(6)的结构示意图

图中，1.强磁铁2.正负电极3.高压起弧装置4.中压稳弧专装置5.稳流装置6.变压器

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

如图1所示，均匀性水溶液核反应堆氮气转化和料液自动补酸系统包括一个与反应堆气回路连接的氮气转化器5，氮气转化器5分别与氮气转化控制系统6和喷淋器7连接，喷淋器7与补酸容器8连接，补酸容器8连接反应堆堆芯容器4。氮气转化器5还通过喷淋器与补酸容器8直接连接。补酸容器8为一个不锈钢密封容器，补酸容器8上部设有溢流管与堆芯容器4相通。水泵9及其循环水回路和喷淋器构成气回路的循环动力。喷淋水冷却高温气体，换热器带走热量保持补酸液的温度恒定。

●氮气直接转化成HNO₃的原理

工业上制备HNO₃是在高温高压(500℃，～300个大气压，)下将氮生成NH₃，然后在500℃催化氧化NH₃生成HNO₃。

直接将氮气转化到HNO₃是先将氮气转化成NO，然后NO与O₂ 反应生成NO₂，NO₂再与H₂O反应生成HNO₃，直到NO全部转化成HNO₃为止，反应式如下：

此反应为吸热反应，必须在高温才能进行，反应温度太低，反应要达到平衡的时间长，产率低，如反应温度为1500℃，转化率仅0.1％，达到平衡时间为30小时，反应温度达到约4000℃时，反应达到平衡的时间短，产率高，反应产率与反应温度的关系见表1。NO生成后必须快速冷却，以免NO分解成氮气。

表1 NO产率与反应温度的关系

温度(℃)	1500	2000	2500	2900	3200	4200
							产率，％ (体积百分数)	0.1	0.61	1.79	3.2	4.43	10

(2)2NO+O₂→2NO₂

此反应在常温条件下进行，反应速度很快。由于NO在高温时不稳定，易分解成N₂和O₂，因此生成的NO必须迅速冷却，并与多余的O₂反应生成NO₂。

(3)3NO₂+H₂O→2HNO₃+NO

此反应在常温下遇H₂O就反应生成HNO₃。

●均匀性水溶液核反应堆堆芯补酸原理

按美国SUPO堆的试验数据，UO₂(NO₃)₂稀溶液辐射分解产生氮气量为2.5mL/kW.min，当功率为200kW的以UO₂(NO₃)₂溶液为核燃料的均匀性水溶液核反应堆在额定功率下运行时，氮气的产生量为500ml/min(或为30L/h)，即每小时有2.68mol的HNO₃被分解，因此每小时应补HNO₃ 2.68mol。由于反应堆在200kW额定功率运行时，每秒钟H₂O辐射分解产生H₂约1升，即一小时约产生H₂气约3600升，即约有2.892857升水分解，因此每小时应补充水约2.893升水，其中应含2.68mol HNO₃，因此气回路中的补酸系统的补酸容器(兼气水分离器)内应预装0.926mol/LHNO₃溶液。当反应堆按200kW额定功率运行时，产生的H₂、O₂气体经氢氧复合器生成H₂O并与氮气转化生成的HNO₃一同经补酸容器连续返回堆芯容器，确保堆芯料液酸度在运行限值范围内，实现核反应堆的稳定运行。反应堆气回路氮气转化装置与补酸系统工作原理简图见图1。

●氮气转化装置设计

1.电极选择

电极用于产生电弧，其电弧温度达4000℃左右，因此电极应耐高温，并在高温条件下不与氧、氮、氢等气体起化学反应。W、Re、Os、Ta熔点高，熔点分别是3410±20℃、3180℃、3045±30℃、2996℃，但在高温下、空气中都会燃烧，不能选用，石墨的熔点为3367±25℃，可用作电极，但在高温和空气中也会损耗，电极逐渐变短，因此要不断调节电极间的距离并使用一定时间后要拆换电极。Pt在高温和空气中很稳定，不氧化燃烧，但熔点只有1772℃，Ir的熔点为2410℃，在高温和空气中也很稳定，但非常硬而易碎，因此需制成Pt-Ir合金电极。可选作电极的材料Pt-Ir合金最好，Pt和石墨也可考虑。

2.电弧大小和氮气转化装置表面温度控制

氮气转化装置应是气体回路的不锈钢密封系统的一个部件，为了使氮气转化率高，流经氮气转化装置的气体流速不宜过快，按50L/s流速计算，气体在气体回路主回路(φ140×4)的线速度为3.65m/s，设氮气转化装置的内径为400mm，则流经氮气转化装置的气体线速度为39.79cm/s，此流速可满足氮气转化要求(停堆时实施氮气转化，气流速度还可降低)。为了延长氮气转化装置的寿命，其壁温不宜太高，如不超过400℃。为了保证氮气转化器壁温不高于400℃，一是用冷水冷却外壁，二是控制电弧的直径。电弧直径越大，要求电功率越大，则氮气转化率越高，表2列出了电弧直径与被加热的气体流量的关系。为了降低电极所耗功率，降低氮气转化装置壁温，建议电弧直径≤10cm。

表2 电弧直径与被加热气体流量的关系

电弧直径(cm)	20	15	10	8	6	4
							通过电弧加热的气体流量(升/秒)	12.5	7.03	3.125	2.0	1.125	0.5
加热气体所占比例(％)	25	14.06	6.25	4.0	2.25	1.00
							所需最小电功率(kW)	64	36	16	10.24	5.76	2.56

3.电极功率

氮气转化成NO需在约4000℃高温下才能进行，因此电极功率决定于被加热的气流量，即决定于电弧的直径。设气回路的载体气体为氧气和氮气混合气体，O₂占80％，N₂占20％，气压为0.1MPa大气压，氧气的恒压热容为：Cp(O₂)＝0.219cal/g.k，氮气的恒压热容为Cp(N₂)＝0.249 cal/g.k，当气回路中的O₂占80％，N₂占20％时，则混合气体的恒压热容为：(0.219×0.8+0.249×0.2)cal/g.k＝0.225cal/g.k(若N₂气只占10％时，混合气体的恒压热容为0.222 cal/g.k)，平均分子量为31.2。设电弧直径为20cm时，经过电弧加热的气体流量为12.5L/s，气体质量为(12.5/22.4)×31.2＝17.41g，设气体进入氮气转化器的温度为100℃(373°K)，经电弧后升温到4000℃(4273°K)，所需热量为：0.225×17.41×(4273-373)卡/秒＝15277.889卡/秒，转化成热功率为63.958kW(约64kW)。表2还列出不同电弧直径时所需的最小功率。由于电弧产生的热量部分散射，未完全用于加热气体使氮气转化为NO，因此实际所需功率应比所需最小功率大20～30％。

4.氮气转化器控制系统设计

氮气转化器需要一个高压(约150kV)起弧装置，一个中压(1.5kV)稳弧装置，一个稳流装置(稳定电流为1～10A)，一个强电磁场，一个变压器(从220V瞬时升高到150kV，或稳定在1.5kV)，整个装置的功率可调(5～20kW)。

5.氮气转化率

氮气转化率与气体加热温度有关，设电弧温度为3500℃～4000℃，保守估计氮气转化率为5％。

6.氮气原始浓度计算

当氮气转化器的电弧直径、气流流速和氮气转化率决定后，可以计算气回路中氮气原始浓度。均匀性水溶液核反应堆若以200kW额定功率运行时，每秒钟需转化氮气8.33ml，设电弧直径为D(cm)，气体流速为39.79cm/s，氮气转化率为5％，

气体回路中原始氮气浓度(％)为M，则可得下式；

π \times {(\frac{D}{2})}^{2} \times 39.7886 \times \frac{M}{100} \times 0.05 = 8.3333

M＝100×(8.3333/1.5625)/D²＝533.33/D²

表3列出了气回路原始氮气百分浓度和电弧功率与电弧直径D之间的关系。

表3气回路原始氮气百分浓度和电弧功率与电弧直径D的关系

D(cm)	M(％)	电弧功率(kW)
			4	33.33	2.56
6	14.82	5.76
			8	8.333	10.24
10	5.333	16
			15	2.370	36
20	1.333	64
			7.303	10	8.533
5.164	20	4.267
			4.619	25	3.414

从表3可知，电弧直径为5.16cm时，气回路原始氮气百分浓度为20.00％，电弧最小功率为4.27kW，电弧直径为6.0cm时，气回路原始氮气浓度为14.82％，电弧最小功率为5.76Kw，因此选择电弧直径为5cm～6cm，气回路原始氮气百分浓度为15～20％，电弧功率为4.3～5.8kW较为合适，实际电弧功率范围为6.14kW～8.29kW(约6.0～8.0kW)。

7.氮气转化失败时气体回路气压变化计算

反应堆运行时HNO₃辐射分解为N₂和O₂，反应式为：

设反应堆以200kW额定功率运行时，每天产生720L氮气和 1800L氧气，设气体回路主回路体积为600L，气压为0.1Mpa，旁路体积为300L，气压为1MPa，则气体回路的总体积300L×10+600L＝3.6NM³，设1小时氮气未转化，气回路增加氮气30L，氧气75L，当气体旁路维持1.0MPa时，气体主回路压力将增加0.018MPa，此气压增高应是能测定的。

设反应堆料液的HNO₃浓度为0.2mol/L，当酸度降到0.1mol/L时，将产生112升氮气，280升氧气，气体主回路气压将上升0.065MPa，当酸度降到0.05mol/L时，将产生168升氮气，420升氧气，气体主回路气压将上升0.09MPa，因此只要将气体旁路压力固定为1.0MPa(或关闭旁路系统)，从气体主回路压力变化可以反映出氮气转化的情况。另外，反应堆以一定功率运行，氮气转化装置停止工作，测定气回路主回路的压力增加可以计算HNO₃辐解速率。

8.反应堆运行过程中不启动氮气转化装置时补酸系统的补酸容器中

HNO₃浓度变化计算

设补酸系统的补酸容器内盛HNO₃溶液为100升，HNO₃的原始浓度为N₀，当N₂气不转化时，反应堆以200kW额定功率运行时，气回路中的氢氧复合器每小时将复合氢氧生成2.893升水并进入补酸容器，使补酸容器内的HNO₃被不断稀释，稀释后的2.893升HNO₃ 溶液返回反应堆堆芯料液，而补酸箱HNO₃溶液体积不变。HNO₃浓度为N(mol/L)，可用下式计算：

N＝Noe^{-8.03572×0.000001t} (t为秒)T_1/2＝8.624×10⁴秒

＝Noe^-0.0289286t (t为小时)T_1/2＝23.955小时

即约24小时补酸容器中HNO₃浓度将降低到原来的二分之一，即约为0.46mol/L。

●氮气转化成HNO₃的方案选择

1.连续转化方案

在核反应堆运行的同时，起动氮气转化装置，根据反应堆额定运行功率，调节氮气转化装置功率，使HNO₃辐射分解产生的氮气全部转化成HNO₃，并根据反应堆额定运行功率计算HNO₃辐射分解速率和水辐射分解速率，计算出补酸系统的补酸容器内应盛的HNO₃溶液的浓度。如以UO₂(NO₃)₂溶液为核燃料的核反应堆的额定运行功率为200kW时，每小时有2.67857mol的HNO₃被分解，同时有2.89286升水分解，当氮气转化装置把全部辐射分解产生的N₂气转化成硝酸(2.67857mol HNO₃/h)，氢氧复合装置将全部辐射分解产生的氢气转化成水(2.89286L H₂O/h)时，合成水连同生成的HNO₃将一同返回反应堆堆芯燃料溶液，此时补酸系统内的HNO₃溶液的浓度就应为0.926mol/L(约为0.93mol/L)。此时补酸系统的补酸容器内的HNO₃ 溶液的酸度不变，反应堆燃料溶液内的HNO₃浓度不变，对于连续转化方案，补酸系统内的HNO₃溶液的体积对补酸结果没有影响，此时HNO₃溶液的体积一般可采用100-200升。

2.间断转化方案

采用均匀性水溶液核反应堆停止运行后再将HNO₃分解产生的N₂气和O₂气复合成HNO₃的间断转化方案，首先要解决HNO₃分解产生N₂气和O₂气的暂存问题。

表4列出了反应堆运行不同时间后产生的气体量和贮气罐的压力(设贮气罐体积为1M³)。当反应堆以200kW运行24h或56h后，贮气罐压力将从0.1Mpa上升到0.35Mpa或0.69Mpa，因此设计贮气罐耐压应超过1.0Mpa(最好压耐超过2.0Mpa)，可确保贮气罐的安全。

表4 反应堆以200kW运行不同时间后产生的气体量和贮气罐压力

为了使反应堆燃料溶液在运行前和运行结束时的HNO₃浓度不变(如0.20mol/L)，并使反应堆运行过程中反应堆燃料溶液的酸度变化不大，使核反应堆安全运行。此时必须增大补酸系统的补酸容器中HNO₃溶液的体积，并提高补酸系统的补酸容器中HNO₃溶液的浓度。设补酸容器盛HNO₃溶液体积为600L，可分别计算核反应堆运行24h、56h情况下运行前后料液的HNO₃浓度不变的补酸容器盛HNO₃溶液的起始浓度(设为N₀)。当补酸容器盛HNO₃溶液的体积为600升反应堆按200kW额定功率运行时，补酸容器盛HNO₃溶液的酸度(设为N)可用下式表示：

N＝Noe^-0.0048214t

式中N、No均以mol/L表示，t为小时。

因核反应堆以200kW运行24h和56h将分别有64.29mol HNO₃ 和150mol HNO₃分解，为了使核反应堆运行后料液中的HNO₃浓度不变，则在核反应堆运行过程中必须分别加入64.29mol和150molHNO₃，因此可分别得下式：

(1)(No-N)×600mol/L＝64.285714mol/L；

(2)(No-N)×600mol/L＝150mol/L。

设t分别为24小时和56小时，代入式(1)和(2)得：

(3)(No-Noe^{-0.0048214×24})×600mol/L＝64.285714mol/L；

(4)(No-Noe^{-0.0048214×56})×600mol/L＝150mol/L。

从式(3)和(4)可分别求出运行24小时的No＝0.9805353mol/L，运行56小时的No＝1.0565495mol/L，以此数据可以计算核反应堆运行过程中料液的HNO₃浓度变化(见表5和表6)。表中N表示补酸系统的补酸容器内HNO₃的浓度，M₊表示核反应堆运行过程中从补酸箱加到料液中的HNO₃量(以mol表示)，M_-表示核反应堆运行过程中料液内HNO₃的分解量(以mol表示)，N_料表示核反应堆运行过程中料液的HNO₃浓度(以moL表示，只取小数点后4位数)。

表5 MIPR运行24小时料液HNO₃浓度变化

时间(小时)	N(mol/L)	M₊(mol)	M_-(mol)	N_料(mol/L)
					2	0.9711256	5.64582	5.357143	0.2029
4	0.9618063	11.2374	10.714286	0.2052
					6	0.952576	16.77558	16.07143	0.2070

8	0.943435	22.26018	21.42857	0.2083
					10	0.934381	27.69258	26.785714	0.2091
12	0.925415	33.07218	32.142857	0.2093
					14	0.9165339	38.40084	37.50	0.2090
16	0.907738	43.67838	42.857143	0.2082
					18	0.899027	48.90498	48.214286	0.2069
20	0.8903999	54.08124	53.57143	0.2051
					22	0.8818552	59.20806	58.928571	0.2028
24	0.87339249	64.285684	64.28571	0.2000

从表5可知，如果核反应堆每次运行24小时，补酸容器中HNO₃ 溶液体积为600升，起始浓度为0.9805353mol/L，料液HNO₃浓度为0.20mol/L，则在24小时运行过程中，料液的HNO₃浓度最多升至约0.21mol/L，运行结束后，料液HNO₃浓度再降至0.20mol/L，停堆后，启动氮气转化系统，将HNO₃分解生成的N₂和O₂合成HNO₃后，气回路恢复到一个大气压，补酸容器所盛HNO₃溶液的浓度将从0.8734 mol/L再上升到0.98mol/L。

表6 MIPR运行56小时料液HNO₃浓度变化

时间(小时)	N(mol/L)	M₊(mol)	M_-(mol)	N_料(mol/L)
					4	1.036369	12.108579	10.714286	0.2139
8	1.016573	23.98590	21.42857	0.2256
					12	0.997156	35.636304	32.142857	0.2349
16	0.978109	47.064199	42.857143	0.2421
					20	0.959427	58.27380	53.57143	0.2470
24	0.941101	69.269316	64.28571	0.2498
					28	0.923125	80.05479	75.0	0.2506
32	0.905492	90.63426	85.714286	0.2492
					36	0.888197	101.01162	96.42857	0.2458
40	0.871232	111.190818	107.142857	0.2405
					44	0.854590	121.17558	117.857143	0.2332
48	0.838669	130.7286	128.57143	0.2216
					52	0.822255	140.57652	139.285714	0.2129
56	0.806550	150.0	150.0	0.2000

从表6可知，当MIPR每次运行56小时，补酸箱所盛HNO₃溶液的浓度将从1.0565495mol/L下降至0.806550mol/L，料液的HNO₃ 浓度将从0.20mol/L逐渐上升至28小时的0.2506mol/L，最后停堆时，料液的HNO₃浓度再下降至原来的0.20mol/L，停堆后启动氮气转化系统将HNO₃分解产生的N₂和O₂合成HNO₃，补酸箱所盛HNO₃溶液的浓度将从0.8066mol/L上升至原来的初始浓度1.0566mol/L，即在核反应堆56小时运行过程中，料液的HNO₃浓度变化小于0.051mol/L，为了减少料液的HNO₃浓度变化范围，还可以将补酸箱所盛HNO₃溶液体积增加至800升或1000升，计算可知此时气水分离器所盛HNO₃溶液的初始浓度可调节为1.0228mol/L或1.0030mol/L，在这种情况下，MIPR在56小时运行过程中，料液的HNO₃浓度变化最大为0.038mol/L或0.030mol/L，此浓度变化比补酸容器所盛HNO₃ 溶液体积为600升时的浓度变化(0.051mol/L)也小不了多少，因此补酸容器所盛HNO₃溶液体积为600升，初始HNO₃浓度为1.0565495mol/L(约1.06mol/L)是恰当的，这样反应堆料液的HNO₃浓度始终可控制在0.20mol/L～0.25mol/L范围内，可确保料液的稳定性和核反应堆的安全运行，并且料液的补酸和酸度控制都是自动的，运行操作也很简便，此补酸方案最佳可行。

反应堆运行停堆后，将贮气罐阀门打开，让贮气罐内的N₂和O₂ 进入气体主回路，气体回路主回路的压力上升，这时启动氮气转化系统将N₂和O₂合成HNO₃并收集于补酸容器中，为了使N₂和O₂尽快合成HNO₃，可增大氮气转化系统电弧直径(如8cm)和功率(如15kW左右)，这样可快速合成HNO₃，直到气体主回路的压力降到1个大气压为止，补酸容器所盛HNO₃溶液的酸度可测，这样可以验证氮气转化效果。

Claims

1.一种均匀性水溶液核反应堆氮气转化和料液自动补酸系统，其特征在于：该系统包括一个与反应堆气回路连接的氮气转化器，所述氮气转化器包括置于容器内的高压电极，高压电极与氮气转化控制系统的高压起弧装置连接，氮气转化控制系统还包括中压稳弧装置、稳流装置、强磁铁、变压器，氮气转化器分别与氮气转化控制系统和喷淋器连接，喷淋器与补酸容器连接，补酸容器连接反应堆堆芯容器。

2.如权利要求1所述的均匀性水溶液核反应堆氮气转化和料液自动补酸系统，其特征在于：氮气转化器的高压电极为铂电极、铂-铱合金电极或石墨电极。

3.如权利要求1或2所述的均匀性水溶液核反应堆氮气转化和料液自动补酸系统，其特征在于：氮气转化器还通过喷淋器水泵与补酸容器直接连接。

4.如权利要求1或2所述的均匀性水溶液核反应堆氮气转化和料液自动补酸系统，其特征在于：反应堆气体回路通过抽气泵与储气罐连接，储气罐连接氮气转化器。

5.如权利要求1或2所述的均匀性水溶液核反应堆氮气转化和料液自动补酸系统，其特征在于：补酸容器为一个不锈钢密封容器，补酸容器上部设有溢流管与堆芯容器相通。

6.一种应用上述系统对均匀性水溶液核反应堆进行补酸的方法，其特征在于：该方法采用高压电极放电的方式将反应堆气体回路中的氮气转化成一氧化氮和二氧化氮，然后用水喷淋冷却使之转化为HNO₃，将生成的HNO₃通过补酸箱返回反应堆堆芯容器。

7.如权利要求6所述的均匀性水溶液核反应堆补酸方法，其特征在于：该方法通过控制高压电极放电电弧的直径大小和功率大小来调节氮气转化速率。

8.如权利要求6或7所述的均匀性水溶液核反应堆补酸方法，其特征在于：该方法在反应堆运行的同时，使其产生的氮气进行转化，转化的速率等于反应堆料液中HNO₃辐射分解生成氮气的速率，从而使补酸箱中的HNO₃浓度和反应堆料液的HNO₃浓度不变。

9.如权利要求6或7所述的均匀性水溶液核反应堆补酸方法，其特征在于：在反应堆运行时，通过抽气泵将多余气体抽到储气罐暂存，待反应堆停止运行后，再将贮存气体放回气回路系统，并对氮气进行转化，加大氮气转化的放电功率，使氮气快速转化成HNO₃，直到使气回路压力回复到常压，补酸箱中HNO₃浓度恢复到反应堆运行前的浓度为止。