带管道铀床回收氘气过程分析

在ICF实验用微球靶充气工艺系统中,通过测试管道中氘气压强p与时间t的变化关系,研究了室温下铀床回收氘气的动力学过程。用数据处理软件Origin拟合p-t曲线,得到了氘气吸收速率方程,讨论了速率方程中各参数的物理意义以及影响因素。9×10-4m3氘气罐中初始压强p0=0.6MPa的氘气通过长2.3m、孔径1～2mm不锈钢管道,与铀床反应30s后压强降为0。通过计算流体平均雷诺数Re发现,随着压强不断下降,氘气在管道中流动状态逐渐从湍流向层流转变。压强随时间的变化规律符合一次指数衰减曲线,t=0～12s时湍流状态下的速率方程满足p(t)=y0+A1exp(-t/t1)(y0=0.05～0.1MPa,为非湍流状态下铀床的吸氘量;A1=0.5～0.6MPa,为反应初始氘气量;t1=3.3～3.7s)。该过程可看作一级反应,决速步骤为氘气在管道中的扩散,反应速率常数k=1/t1,半衰期τ=t1ln2。在室温(20℃)下,减少铀床中初始氘含量可提高反应速率常数k。层流状态下的回收过程需进行进一步探讨。