CN114914006A - 全自动溶解含放射性元素钠固体装置 - Google Patents

Abstract

本发明是一种全自动溶解含放射性元素钠固体装置，四口烧瓶分别设有入气端、出气端、无水乙醇试剂入口端及水试剂入口端，所述入气端与氩气气源连通，所述入气管路上设置第一电磁阀，所述出气端通过出气管路与第一三通电磁阀连通，所述第一三通电磁阀分别与氢气收集瓶及第二电磁阀连通，所述无水乙醇试剂入口端通过第二三通电磁阀分别与无水乙醇试剂罐及第一注射泵连通，所述水试剂入口端通过第三三通电磁阀分别与水试剂罐及第二注射泵连通，上述电磁阀及注射泵分别与控制器信号连接，所述控制器控制启闭，本发明操作简单，可以提高工作效率、实验精度，降低实验人员的劳动强度。

Description

全自动溶解含放射性元素钠固体装置

技术领域

本发明涉及一种全自动溶解含放射性元素钠固体装置。

背景技术

核级钠被广泛认为是未来反应堆(快中子反应堆)的必需冷却剂。快中子反应堆是核反应堆的发展方向。快中子反应堆可以把目前热中子反应堆中核燃料利用率由1％提高到70％。加快快堆核电站的商用化步伐关系到我国核能大规模、可持续发展和我国能源安全，核级钠则是快中子反应堆的必需冷却剂，具有极广大的应用前景。目前我国实验快堆已开始采用核级钠作为冷却剂。

核级钠液体作为冷却剂对反应堆进行冷却，并把链式裂变反应释放出的热量带到反应堆外的液体或者气体工质。如果核反应过程中发生泄漏，放射性元素会溶于钠液体被带到反应堆外。对钠中放射性元素含量的检测就成为检定核反应过程有无泄漏的重要指标。

在反应堆外液体钠释放热量后凝结为固体，目前的固体钠中放射性元素的检测方法是，实验人员手动提取钠固体，切成规定大小颗粒，在实验室中手动操作钠的溶解过程。就钠的性质而言，钠的中子吸收截面小；导热性好；沸点高达886.6℃，熔点为97.8℃，在室温下是凝固的，但钠的化学性质非常活泼，易与氧和水起化学反应，钠与水反应剧烈，大量放热并产生氢气，操作不当极易发生爆炸事故。实验人员在操作过程中还需要穿着厚重的防护服，操作过程不可控，极大的影响了工作效率，也使实验人员的安全充满了不确定性。

发明内容

本发明提供一种全自动溶解含放射性元素钠固体装置，操作简单，可以提高工作效率、实验精度，降低实验人员的劳动强度。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种全自动溶解含放射性元素钠固体装置，其特征在于：四口烧瓶分别设有入气端、出气端、无水乙醇试剂入口端及水试剂入口端；

所述入气端通过入气管路与氩气气源连通，所述入气管路上设置第一电磁阀，供控制所述入气管路启闭；

所述出气端通过出气管路与第一三通电磁阀连通，所述第一三通电磁阀分别与氢气收集瓶及第二电磁阀连通；

所述无水乙醇试剂入口端通过无水乙醇试剂管路与第二三通电磁阀连通，所述第二三通电磁阀分别与无水乙醇试剂罐及第一注射泵连通，所述第一注射泵能够将所述无水乙醇试剂罐内的无水乙醇试剂输送至所述四口烧瓶内；

所述水试剂入口端通过水试剂管路与第三三通电磁阀连通，第三三通电磁阀分别与水试剂罐及第二注射泵连通，所述第二注射泵能够将所述水试剂罐内的水试剂输送至所述四口烧瓶内；

所述第一电磁阀、所述第二电磁阀、所述第一三通电磁阀、所述第二三通电磁阀、所述第三三通电磁阀、所述第一注射泵及所述第二注射泵分别与控制器信号连接，所述控制器控制启闭。

所述的全自动溶解含放射性元素钠固体装置，其中：所述四口烧瓶设置于摇匀控温反应装置内，所述摇匀控温反应装置能够带动所述四口烧瓶摇摆，所述四口烧瓶的底端设置温度传感器及半导体冷却板，所述温度传感器感应所述四口烧瓶中的温度，所述半导体冷却板供所述四口烧瓶保持温度于阈值范围内，所述温度传感器及所述半导体冷却板分别与所述控制器信号连接，所述控制器通过接收所述温度传感器的信号，并控制所述半导体冷却板。

所述的全自动溶解含放射性元素钠固体装置，其中：所述入气管路上还依次设置气体净化器、气源压力传感器及流量控制阀，所述气体净化器供净化，所述气源压力传感器感应所述入气管路内的气压，所述流量控制阀控制所述入气管路内的气体流量，所述气体净化器、所述气源压力传感器及所述流量控制阀分别与所述控制器信号连接，所述控制器控制启闭及接收感应信号。

所述的全自动溶解含放射性元素钠固体装置，其中：所述第一三通电磁阀及所述氢气收集瓶之间设置增压泵，所述增压泵供所述氢气收集瓶内增压，所述增压泵与所述控制器信号连接，所述控制器控制所述增压泵的启闭。

所述的全自动溶解含放射性元素钠固体装置，其中：所述水试剂入口端处设置雾化喷头，供所述水试剂呈喷雾状送入所述四口烧瓶内。

本发明的有益效果：

1.本发明提供的固体钠固体溶解生成氢氧化钠溶液的装置直接解决了固体钠溶解人员手工操作，避免固体钠溶解过程中剧烈发生爆炸对人员的伤害；避免试剂加注过程中造成样品污染和损失的事故发生，大幅提高了样品前处理效率，操作简单，可以提高工作效率、实验精度，降低实验人员的劳动强度。

2.本发明采用增压泵和氢气收集瓶的组合，使钠溶解过程中产生的氢气能全部回收，避免环境污染，氢气收集瓶可达到压力30Mpa，能储存更多气体。

3.本发明采用流量控制阀，通过软件控制注射泵的进给速度与流量控制阀结合，使钠反应速度与氩气的流速匹配，既保证试验的安全又能节省氩气。

4.本发明在摇匀控温反应装置中集成设计了雾化喷头，通过软件控制注射泵的进给速度与钠反应速度匹配，既保证烧瓶中温度在规定范围又能保证固体钠与水充分接触。

附图说明

图1为全自动溶解含放射性元素钠固体装置的结构图。

附图标记说明：1-氩气气源；2-气体净化器；3-气源压力传感器；4-第一电磁阀；5-四口烧瓶；6-雾化喷头；7-第一三通电磁阀；8-增压泵；9-氢气收集瓶； 10-无水乙醇试剂罐；11-第一注射泵；12-水试剂罐；13-第二注射泵；14-水试剂管路；15-控制器；16-温度传感器；17-半导体冷却板；18-摇匀控温反应装置； 19-第二电磁阀；20-无水乙醇试剂管路；21-第二三通电磁阀；22-第三三通电磁阀；23-流量控制阀。

具体实施方式

如图1所示，本发明提供一种全自动溶解含放射性元素钠固体装置，四口烧瓶5设置于摇匀控温反应装置18内，所述摇匀控温反应装置18能够带动所述四口烧瓶5摇摆，所述四口烧瓶5的底端设置温度传感器16及半导体冷却板 17，所述温度传感器16感应所述四口烧瓶5中的温度，所述半导体冷却板17 供所述四口烧瓶5保持温度于阈值范围内，所述温度传感器16及所述半导体冷却板17分别与控制器15信号连接，所述控制器15通过接收所述温度传感器16 的信号，并控制所述半导体冷却板17。

所述四口烧瓶5分别设有入气端、出气端、无水乙醇试剂入口端及水试剂入口端。

所述入气端通过入气管路与氩气气源1连通，所述入气管路上设置第一电磁阀4，供控制所述入气管路启闭，所述入气管路上还依次设置气体净化器2、气源压力传感器3及流量控制阀23，所述气体净化器2供净化，所述气源压力传感器3感应所述入气管路内的气压，所述流量控制阀23控制所述入气管路内的气体流量，所述气体净化器2、所述气源压力传感器3及所述流量控制阀23 分别与所述控制器15信号连接，所述控制器15控制启闭及接收感应信号。

所述出气端通过出气管路与第一三通电磁阀7连通，所述第一三通电磁阀7 分别与氢气收集瓶9及第二电磁阀19连通，所述第一三通电磁阀7及所述氢气收集瓶9之间设置增压泵8，所述增压泵8供所述氢气收集瓶9内增压，所述增压泵8与所述控制器15信号连接，所述控制器15控制所述增压泵8的启闭。

所述无水乙醇试剂入口端通过无水乙醇试剂管路20与第二三通电磁阀21 连通，所述第二三通电磁阀21分别与无水乙醇试剂罐10及第一注射泵11连通，所述第一注射泵11能够将所述无水乙醇试剂罐10内的无水乙醇试剂输送至所述四口烧瓶5内。

所述水试剂入口端通过水试剂管路14与第三三通电磁阀22连通，第三三通电磁阀22分别与水试剂罐12及第二注射泵13连通，所述第二注射泵13能够将所述水试剂罐12内的水试剂输送至所述四口烧瓶5内，所述水试剂入口端处设置雾化喷头6，供所述水试剂呈喷雾状送入所述四口烧瓶5内。

所述第一电磁阀4、所述第二电磁阀19、所述第一三通电磁阀7、所述第二三通电磁阀21、所述第三三通电磁阀22、所述第一注射泵11及所述第二注射泵13分别与所述控制器15信号连接，所述控制器15控制启闭。

使用方法如下：

步骤1、初始状态下入气管路内的气体为空气，开始置换气体流程，控制器 15将第一电磁阀4及第二电磁阀19开启，形成通路，氩气气源1中的氩气分别流经气体净化器2、所述第一电磁阀4及流量控制阀23，氩气进入四口烧瓶5 内，多余的氩气及空气通过所述第二电磁阀19排出，操作人员将规定大小的钠固体放入所述四口烧瓶5中，此时，所述四口烧瓶5中是惰性气体氩气，能够防止钠固体与空气中的氧气反应发生自燃等危险，完成置换气体流程后，所述控制器15将所述第一电磁阀4及所述第二电磁阀19关闭。

步骤2、所述控制器15开启第二三通电磁阀21，供无水乙醇试剂罐10及第一注射泵11处于连通状态，所述控制器15还开启第三三通电磁阀22，供水试剂罐12及第二注射泵13处于连通状态，所述控制器15分别开启所述第一注射泵11及所述第二注射泵13，分别抽取试剂，达到规定容量时，所述控制器 15分别关闭所述第一注射泵11及所述第二注射泵13。

步骤3、所述控制器15控制第一三通电磁阀7，使所述第一三通电磁阀7 内的通路由初始状态的所述四口烧瓶5至所述第二电磁阀19，调整为所述四口烧瓶5至氢气收集瓶9为通路状态。

步骤4、所述控制器15分别调整所述第二三通电磁阀21及所述第三三通电磁阀22，使所述第一注射泵11及所述第二注射泵13分别与所述四口烧瓶5处于连通状态，所述控制器15分别开启所述第一注射泵11及所述第二注射泵13，将试剂送入所述四口烧瓶5内，水试剂通过雾化喷头6呈雾化状态与钠固体发生反应，产生氢气，无水乙醇按所需剂量缓慢进入四口烧瓶5内，在钠固体表面喷无水乙醇，减缓钠固体与雾化的试剂反应的速度，避免钠固体与水试剂反应过于剧烈，产生的氢气流经所述第一三通电磁阀7并进入所述氢气收集瓶9内，所述氢气收集瓶9内氢气达到一定浓度后，所述控制器15开启增压泵8，达到提高氢气储气压力和储气总量的目的。

步骤5、所述四口烧瓶5内产生反应的同时，所述控制器15开启摇匀控温反应装置18，带动所述四口烧瓶5一同摇摆，所述控制器15能够控制所述摇匀控温反应装置18摇摆的频率、振幅，所述控制器15通过接收温度传感器16的感应信号，进而通过控制半导体冷却板17对所述四口烧瓶5进行冷却，供所述四口烧瓶5内温度保持在5～15℃的范围内。

步骤6、等到所述四口烧瓶5内的反应结束，并通过所述增压泵8将产生的氢气送入所述氢气收集瓶9后，所述控制器15将本装置恢复到初始状态。

本发明的优点：

1.本发明提供的固体钠固体溶解生成氢氧化钠溶液的装置直接解决了固体钠溶解人员手工操作，避免固体钠溶解过程中剧烈发生爆炸对人员的伤害；避免试剂加注过程中造成样品污染和损失的事故发生，大幅提高了样品前处理效率，操作简单，可以提高工作效率、实验精度，降低实验人员的劳动强度。

2.本发明采用增压泵和氢气收集瓶的组合，使钠溶解过程中产生的氢气能全部回收，避免环境污染，氢气收集瓶可达到压力30Mpa，能储存更多气体。

3.本发明采用流量控制阀，通过软件控制注射泵的进给速度与流量控制阀结合，使钠反应速度与氩气的流速匹配，既保证试验的安全又能节省氩气。

4.本发明在摇匀控温反应装置中集成设计了雾化喷头，通过软件控制注射泵的进给速度与钠反应速度匹配，既保证烧瓶中温度在规定范围又能保证固体钠与水充分接触。

以上说明对本发明而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可作出许多修改、变化或等效，但都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种全自动溶解含放射性元素钠固体装置，其特征在于：四口烧瓶(5)分别设有入气端、出气端、无水乙醇试剂入口端及水试剂入口端；

所述入气端通过入气管路与氩气气源(1)连通，所述入气管路上设置第一电磁阀(4)，供控制所述入气管路启闭；

所述出气端通过出气管路与第一三通电磁阀(7)连通，所述第一三通电磁阀(7)分别与氢气收集瓶(9)及第二电磁阀(19)连通；

所述无水乙醇试剂入口端通过无水乙醇试剂管路(20)与第二三通电磁阀(21)连通，所述第二三通电磁阀(21)分别与无水乙醇试剂罐(10)及第一注射泵(11)连通，所述第一注射泵(11)能够将所述无水乙醇试剂罐(10)内的无水乙醇试剂输送至所述四口烧瓶(5)内；

所述水试剂入口端通过水试剂管路(14)与第三三通电磁阀(22)连通，第三三通电磁阀(22)分别与水试剂罐(12)及第二注射泵(13)连通，所述第二注射泵(13)能够将所述水试剂罐(12)内的水试剂输送至所述四口烧瓶(5)内；

所述第一电磁阀(4)、所述第二电磁阀(19)、所述第一三通电磁阀(7)、所述第二三通电磁阀(21)、所述第三三通电磁阀(22)、所述第一注射泵(11)及所述第二注射泵(13)分别与控制器(15)信号连接，所述控制器(15)控制启闭。

2.如权利要求1所述的全自动溶解含放射性元素钠固体装置，其特征在于：所述四口烧瓶(5)设置于摇匀控温反应装置(18)内，所述摇匀控温反应装置(18)能够带动所述四口烧瓶(5)摇摆，所述四口烧瓶(5)的底端设置温度传感器(16)及半导体冷却板(17)，所述温度传感器(16)感应所述四口烧瓶(5)中的温度，所述半导体冷却板(17)供所述四口烧瓶(5)保持温度于阈值范围内，所述温度传感器(16)及所述半导体冷却板(17)分别与所述控制器(15)信号连接，所述控制器(15)通过接收所述温度传感器(16)的信号，并控制所述半导体冷却板(17)。

3.如权利要求1所述的全自动溶解含放射性元素钠固体装置，其特征在于：所述入气管路上还依次设置气体净化器(2)、气源压力传感器(3)及流量控制阀(23)，所述气体净化器(2)供净化，所述气源压力传感器(3)感应所述入气管路内的气压，所述流量控制阀(23)控制所述入气管路内的气体流量，所述气体净化器(2)、所述气源压力传感器(3)及所述流量控制阀(23)分别与所述控制器(15)信号连接，所述控制器(15)控制启闭及接收感应信号。

4.如权利要求1所述的全自动溶解含放射性元素钠固体装置，其特征在于：所述第一三通电磁阀(7)及所述氢气收集瓶(9)之间设置增压泵(8)，所述增压泵(8)供所述氢气收集瓶(9)内增压，所述增压泵(8)与所述控制器(15)信号连接，所述控制器(15)控制所述增压泵(8)的启闭。

5.如权利要求1所述的全自动溶解含放射性元素钠固体装置，其特征在于：所述水试剂入口端处设置雾化喷头(6)，供所述水试剂呈喷雾状送入所述四口烧瓶(5)内。

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