医用同位素生产堆放射性气体处理及气态碘提取研究

发布时间：2020-04-05 00:57

【摘要】：医用同位素生产堆是一种均匀水溶液堆,它在生产医用同位素中具有较大优势,但作为一种新的堆型,不可避免会有许多科研难题需要解决,放射性气体处理及气体中的医用同位素~(131)I的提取就是其中之一。目前从放射性气体中关于碘的提取还没有相关报道,而在气态碘的捕集方法中,湿法有明显的缺点,固体吸附法应用较为广泛,固体吸附剂一般为活性炭、金属及其氧化物和沸石等。气态碘的提取可以通过进一步研究气态碘的捕集来实现,即先通过固体吸附剂吸附气体碘,然后再采用合适的方法将其解吸。医用同位素生产堆产生的放射性气体具有高湿度和高氮氧化物的特性,活性炭、氧化铝和沸石等固体吸附剂在这种环境中对气态碘的吸附能力很差,只有载银固体吸附剂能达到理想效果,因此本次气态碘的提取采用耐腐蚀性能较好的载银丝光沸石和载银氧化铝作为研究对象。另外,医用同位素生产堆产生的放射性气体与其它动力堆有所不同,根据医用同位素生产堆的实际情况,结合已有文献,进行放射性气体处理系统的概念设计,为以后工程设计提供设计依据。本论文通过设计动态吸附装置,研究了在高湿度和高氮氧化物的环境下,固体吸附剂载银丝光沸石和载银氧化铝对气态碘的吸附效果,并且研究了水合肼还原法对吸附碘后的载银丝光沸石的解吸效果。此外,对医用同位素生产堆的放射性气体处理系统进行了概念设计,确定了气体复合系统和废气处理系统。(1)利用浸渍法制备载银丝光沸石和载银氧化铝,结果表明可以通过控制硝酸银浓度调节吸附剂载银量;研究了载银丝光沸石和载银氧化铝对气态碘的动态吸附性能,发现载银量越高,吸附效果越好;银的利用率普遍较高;相同载银量的情况下,载银丝光沸石对气态碘的吸附效果优于载银氧化铝;碘蒸汽浓度对饱和吸附容量影响较小,两种吸附剂的吸附过程都同时满足Langmuir方程和Freunlich方程,载银丝光沸石和载银氧化铝在碘蒸气浓度较低时任然表现出较好的吸附效果。(2)考察了气体线速度和床层长度对吸附效果的影响。结果发现线速度很低时,传质阻力增大;线速度增加不影响载银丝光沸石的吸附容量,载银氧化铝吸附容量降低。床层长度增加不影响传质阻力,穿透时间和吸附容量有所增大,这表明在工程运用中尽可能选择较大的穿层长度。(3)考察了温度、湿度(实验过程中均指相对湿度,既RH(%))和二氧化氮对吸附效果的影响。结果发现温度提高有利于吸附过程,表明吸附过程主要为化学吸附;湿度对吸附效果基本上没有影响;在不同的湿度下,二氧化氮含量的增加提高了吸附效果。(4)考察了氢氧化钠浓度和水合肼浓度对吸附饱和后的载银丝光沸石的解吸效果的影响。结果发现在常温下,氢氧化钠浓度为1.0mol/L,水合肼浓度为2.0wt.%时,碘的解析率为100%,且解吸后的载银丝光沸石可以重复利用。(5)对医用同位素生产堆气体处理系统进行了概念设计,得到了气体复合系统和放射性废气处理系统的系统流程图,并且计算得出了基本工艺参数、设备能耗和管道参数等信息,为工程设计提供了一定的参考依据。(6)对放射性废气处理单元的活性炭保护床和活性炭滞留床进行设计计算,在采用AP1000专用活性炭的基础上,得到了活性炭保护床和活性炭滞留床的基本尺寸和活性炭用量。
【图文】：

示意图,同位素生产,整体结构,示意图

图 1-1 医用同位素生产堆整体结构示意图医用同位素生产堆使用的是液体燃料，裂变材料产生的裂变碎片会直接地存在于燃料溶液中，大量的射线与水作用，使水裂解为氢气和氧气等容易爆炸的产物；而裂变碎片中含有大量的放射性惰性气体和碘等核素。这种情当于固体燃料的包壳全部破裂，裂变核素全部溶解到冷却剂中。如果反应堆的气态物质不经过处理就排放到大气，将会对生物和环境造成很严重的危害会浪费大量的医用核素[12]。溶液堆中的液体燃料在辐解过程中产生了大量的氢气和氧气，这不仅产爆炸的可能性，而且会逐渐增加溶液堆运行压力。当氢气的浓度大于 4.0%（V它会存在爆炸的危险，，为保护装置和人员的安全，必须将系统内大部分的氢去[14]。溶液堆产生的碘核素一部分溶于燃料溶液，另一部分存在于气相中。放核素碘-131 具有两方面的特性，一方面可以将其提纯制成放射性药物用于诊治疗疾病[15]，另一方面如果泄露至环境将严重危害人体健康[16]。

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士研究生学位论文医用同位素生产堆放射性气体处理及气态图 1-2 所示。系统采用自然循环，溶液堆产生的经过加热，复合后气体温度升高，气体受热向上流动，在顶部经过温段和低温段气体的密度差使气体产生循环，但是自然 50kW 的溶液堆的气体复合系统不能实现。
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TL92

【参考文献】