Wissenschaftliche Berichte - FZKA 5910

Abstract

Ten different methods for the extraction of tritium from the purge gas of a ceramic blanket are described and evaluated with respect to their applicability for ITER and DEMO. The methods are based on the conditions that the purge gas is composed of helium with an addition of up to 0.1 % of H₂ or O₂ and H₂O to facilitate the release of tritium, and that tritium occurs in the purge gas in two main chemical forms, i.e. HT and HTO. Individual process steps of many methods are identical; in particular, the application of cold traps, molecular sieve beds, and diffusors are proposed in several cases. Differences between the methods arise mainly from the ways in which various process steps are combined and from the operating conditions which are chosen with respect to temperature and pressure. Up to now, none of the methods has been demonstrated to be reliably applicable for the purge gas conditions foreseen for the operation of an ITER blanket test module (or larger ceramic blanket designs such as for DEMO). These conditions are characterized by very high gas flow rates and extremely low concentrations of HT and HTO. Therefore, a proposal has been made (FZK concept) which is expected to have the best potential for applicability to ITER and DEMO and to incorporate the smallest development risk. In this concept, the extraction of tritium and excess hydrogen is accomplished by using a cold trap for freezing out HTO/H₂O and a 5A molecular sieve bed for the adsorption of HT/H₂.

Verfahren zur Tritium Extraktion aus einem Feststoff-Brüterblanket

Kurzfassung

Es werden zehn verschiedene Verfahren zur Tritium-Extraktion aus dem Spülgas eines keramischen Brüterblankets beschrieben und bzgl. ihrer Anwendbarkeit für ITER und DEMO diskutiert. Bei allen beschriebenen Verfahren besteht das Spülgas aus Helium, und es enthält Zusätze von bis zu 0.1% H₂ oder O₂ + H₂O, um die Freisetzung des Tritiums zu verbessern. Dieses liegt dann hauptsächlich in Form von HT und HTO im Spülgas vor. Einzelne Verfahrensschritte vieler Methoden sind identisch; besonders die Anwendung von Kaltfallen, Molekularsieb-Betten und Per-meatoren wird in mehreren Verfahren vorgeschlagen. Die Unterschiede ergeben sich vor allem aus der Kombination der einzelnen Verfahrensschritte und aus der Wahl der Randbedingungen für Temperatur und Druck. Eine zuverlässige Anwendbarkeit für die Betriebs-Bedingungen eines ITER Blanket Testmoduls (oder für noch größere Blanket-Designs wie z.B. bei DEMO) konnte bis jetzt noch für kein Verfahren demon-striert werden. Diese Bedingungen sind nämlich durch sehr hohe Gasdurchsätze und extrem niedrige Konzentrationen an HT und HTO gekennzeichnet. Es wurde daher ein weiteres Verfahren vorgeschlagen (FZK-Konzept), von dem ein sehr gutes An-wendungspotential für ITER und DEMO zu erwarten ist und das gleichzeitig ein sehr geringes Entwicklungs-Risiko beinhaltet. In diesem Verfahren werden eine Kaltfalle zum Ausfrieren von HTO/ H₂O und ein 5A-Molekularsieb-Bett zur Adsorption von HT bzw. H₂ eingesetzt.