氦中痕量杂质气体气相色谱检测分析方法研究

为实现聚变堆氘氚燃料工艺气中痕量杂质气体组分的快速检测分析,需建立特殊的高精度在线气相色谱检测分析方法。以高纯氦作为载气,在不同的色谱柱温度和载气流速控制下,通过分子筛毛细管柱和PLOT-Q柱进行分离,采用放电氦离子化检测器（DID）进行检测,对氦中含量为1、10以及100 ppm的杂质标准气体进行检测分析。结果表明：在柱温为40 ℃、流速为15～20 mL/min实验条件下,分子筛柱在160 s内能够实现H₂、O₂、N₂、CH₄和CO全部分离,且柱效较高,响应值的重复性较好,H₂和O₂之间的分离度高于1.5,实现了完全分离;在柱温为40 ℃、流速为20 mL/min时,PLOT-Q柱分离CO₂组分效果最佳。     

氖中微量组分气相色谱测量分析方法与验证

为测量聚变堆固态氚增殖剂堆内辐照氚增殖剂的产氚速率,除用常规电离室之外,本研究建立了Ne载气的高精度气相色谱在线检测分析方法,通过测量产氚回路中的氦产生量,验证系统中产生的氚量,从而为聚变堆固态包层产氚包层增殖剂材料辐照产氚性能提供一种新的产氚速率测量验证方法。本工作通过研制含有三个检测器、五个色谱柱的气相色谱分析系统,建立了Ne中微量⁴He、H₂及杂质组分的色谱检测分析方法,并完成了实时在线检测的验证实验。结果表明,研发的色谱分析系统可实现高纯Ne中4He、H₂及杂质组分的检测分析,H₂、⁴He检测限可分别达到1.0×10^-6、5.9×10^-6,各组分含量及峰面积的相对标准偏差(sr)均小于5.0%(n=6),线性相关系数(r²)均大于0.99,说明检测方法重复性好。根据Ne中多组分气体的在线检测验证实验可知,单时段和多时段内的测量重复性均较好,可为辐照产氚考核系统中的产氚速率验证提供分析手段,进而为正式入堆得到辐照数据和氚衡算提供技术支持。     

高纯氢中微量杂质的微气相色谱分析

建立了一种微型气相色谱仪测定聚变堆燃料模拟气H2中He、Ne、N2、CH4、CO等杂质气体含量的方法。实验研究了微气相色谱的柱温、柱头压、进样时间等因素对H2中杂质气体分析的影响,并探究了微气相色谱对微量杂质气体的检测效果。研究结果表明,该方法能实现对H2中杂质组分的快速完全分离,可对H2中数十ppm含量的CH4气体实现定量检测,能满足氚工厂对杂质气体快速定量分析的要求,是一种快速、准确、实用的分析方法。     

超轻水中氘含量的气相色谱分析

通过实验研究建立了测定超轻水中氘含量的气相色谱分析方法。用金属镁在500℃高温下将超轻水分解为气体,然后在常温下以高纯H2为载气,5A分子筛作为色谱柱,进行超轻水中氘含量的检测。用金属镁法分解水样,避免了传统铀法可能带来的放射性危害,且同位素效应远小于金属锌法。采用色谱在常温下检测氢气中氘的含量,也克服了普遍采用液氮低温法操作复杂,且H2、HD和D2的校正因子难以测定的缺点。研究结果表明,以极低重水标准样绘制的HD峰面积与对应氘含量的标准曲线能反向延长到天然丰度以下,能用于不同氘含量的超轻水样品检测。该分析方法精密度高,同一样品经多次分解进样,检测的相对标准偏差5%,在3个添加水平下的回收率为96.6%～99.9%,合成相对不确定度为0.166。测量结果精密度和准确度较高,完全能满足超轻水生产过程中氘含量定量分析的要求。     

氦气中氘 氧和氮气的气相色谱分析

反应堆在运行中由于空气的漏入及慢化剂重水辐解产物的生成,复盖气体He中会含有微量D_2,O_2,N_2,CH_4,CO和CO_2等杂质。为确保反应堆正常运行需对He气中杂质进行监测。国外多用气相色谱法做常规分析,但需采用双柱甚至三柱切换,操作比较麻烦。本工作采用5A分子筛单柱分离-程序升温法,以He为载气将D_2,O_2,N_2,CH_4,CO和CO_2六种杂质气体完全分离,并用标准曲线法对其中D_2,O_2和N_2作出定量分析。     

聚变堆氚分析程序TAS1.0的设计与开发

氚是聚变堆的重要燃料之一,对聚变堆氚系统进行分析从而实行有效的氚控制是聚变研究的重要内容之一.在中国系列液态金属锂铅包层聚变堆概念设计研究基础上,利用现代软件工程方法及面向对象技术设计思想,发展了聚变堆氚分析程序TAS1.0,可用于聚变堆氚自持分析、氚燃料管理及氚安全性分析与研究,并可为聚变堆包层及燃料循环系统设计与分析提供技术支持.通过一系列的测试校验,表明了该程序的正确性与有效性.本文主要介绍该程序的系统设计、技术特点与程序测试.     

高纯氘中杂质的低温气相色谱分析

实验研究采用5A分子筛和氧化铝充填色谱柱分别在常温和低温（77K)下对D₂中的O₂、N₂以及H₂、HD等杂质进行定量分析测量，以建立1种准确实用的分析方法。研究结果表明，该方法对H₂、HD的最低检测浓度可达（150～200）×10^－6，能够满足高纯氘制备过程中对杂质的定量分析要求。     

羟胺衍生物的辐解研究Ⅰ.羟胺衍生物辐解产物中气态烃类的气相色谱分析

将氧化铝毛细柱与氢火焰离子化检测器(FID)联用，研究了羟胺衍生物辐射降解产物中气态烃类的气相色谱分析方法。通过对柱温采用二阶程序升温，使各类烃得到了有效分离，并找到了最佳气相色谱分析条件：FID温度：250℃；柱温：第一阶：初温40℃，初温保持时间9min，升温速率6℃／min，终温88℃，终温保持时间1min；第二阶：初温88℃，初温保持时间1min，升温速率3℃／min，终温200℃，终温保持时间1min。     

氘气中氢同位素的低温气相色谱法测定

针对高纯氘气中H₂、HD与D₂等氢同位素气体间不易分离分析的特点,以5A分子筛微填充石英毛细管色谱柱,在－95℃下对氢同位素进行分离,以气相色谱-脉冲放电氦离子化检测器对氢同位素进行分析。研究建立的H₂、HD与D₂等同位素气体测定方法精密度小于15%,最小检出摩尔分数为1×10^－6。     

氦中痕量氘或氢的气相色谱分析

本文主要叙述应用N型气敏半导体元件作为鉴定器的色谱法,对氦(或氮)气中痕量氘(或氢)的测定,着重研究了用指数稀释瓶C_0配样法作为色谱定量分析的标样,解决了痕量氢、氘的定量问题,这种方法准确度高,简单可靠。     

氧化锆检测器在微量氢同位素色谱分析中的应用研究

针对氦气与氢同位素气体热导性差异较小的问题,以氧化锆原电池为气相色谱检测器、改性γ-Al_2O_3为填充柱,在液氮温度(77K)下系统研究了氧化锆检测器测量氢同位素的影响因素,对氦气中微量氢同位素气体进行了分离测试。结果表明,氧化锆检测器的最佳工作温度约为700℃,在载气流速为60mL/min条件下,仪器测量的相对标准偏差小于1%,该方法对H2的检测下限可达15ppm,对D2的检测下限可达40ppm,样品检测的相对误差小于5%。以上结果表明,氧化锆检测器可用于氦气中微量氢同位素的分析测量。     

Gas Chromatographic Measurements of Hydrogen Isotopes Mixture by Using Catalytic Oxidation Type Detector

A new type of gas chromatograph for quantitative measurements of hydrogen isotopes mixture has been developed through the adoption of catalytic oxidation type detector. Experiments using He as the carrier gas were successfully performed for the separation of D₂-HD and H₂-HD-D₂ mixtures. The minimum detection limits were 0.4–0.9 μl-STP for these components. The linear calibration curves were obtained in the range of 10 μl-STP–20 ml-STP. The sensitivities for H₂, HD and D₂ were 843, 774 and 654 (μl-STP)^?1, respectively. The maximum time needed for the analysis was about 16 min.     

Development of In-Situ Gas Analyzer for Hydrogen Isotopes in Fusion Fuel Gas Processing

To develop a real time and in-situ process gas analyzer for fusion fuel gas processing systems, application study of laser Raman spectroscopy was performed by measurement of hydrogen isotopes. Using an Ari on type laser of which wavelength 488 nm, power 0.7 W, and single pass irradiation method, Raman spectra of hydrogen isotopes were measured and intensities of the Stokes rotational lines and Q-branch were quantitatively analyzed. The Stokes rotational lines at 587, 443 and 415 cm¹ were selected as suitable ones for quantitative analysis of H₂, HD and D₂. Normalizing the Raman intensity of partial pressure H₂ as 100, relative Raman intensity ratio of H₂:HD:D₂ was obtained as 100:58:47. The detection limit for hydrogen was estimated as 0.05 kPa in partial pressure and 500 ppm in concentration. But multiple pass method further improved the detection limit to 100 ppm.     

钛吸氕、氘和氚的热力学同位素效应

在金属氢化物热力学及动力学测试系统上测定了钛吸收氕、氘和氚单质气体的压力-组成等温线(p-c-T曲线),并根据范德荷夫方程得到了钛吸收氕、氘和氚形成不同物相时的热力学参数△H^0和△S^0。实验证明,钛吸收氕、氘和氚单质气体时有显著的热力学同位素效应,在相同温度、相同原子比下,吸气平衡压力从低到高依次是氕、氘和氚,但其反应焓变和熵变从小到大依次是氚、氘和氕。