Design of a multi-isotopic hydrogen co- and counter-permeation experiment for HCPB related tritium mitigation studies

Abstract

Para garantizar un funcionamiento seguro de los reproductores de tritio refrigerados por helio (HCPB, helium cooled pebble bed) en un reactor de fusión, es necesario mantener al mínimo la permeabilidad del tritio desde el reproductor al refrigerante. En estudios previos se había identificado la co-permeabilidad y la contra-permeabilidad de diferentes isótopos de hidrógeno como un método para influir en los flujos de permeabilidad de las especies implicadas. Para investigar el transporte multi-isotópico como mecanismo de mitigación o mejora de la permeación en un entorno relacionado con el HCPB, se ha diseñó un nuevo experimento de permeación en el que el tritio se sustituye por deuterio. Consiste en dos cavidades de gas dentro de una cámara de vacío separadas por un disco de acero EUROFER que puede calentarse a temperaturas de hasta 600ºC.

Esta configuración permite inyectar combinaciones arbitrarias de presión parcial de H2 y D2 en cada cámara. Los procesos de co-permeabilidad y contrapermeabilidad pueden analizarse para diferentes temperaturas y configuraciones de presión midiendo los flujos de permeabilidad de deuterio que se producen mediante un espectrómetro de masas cuadrupolo calibrado. Además de la determinación de los coeficientes de transporte característicos de los isótopos de hidrógeno del material de la muestra, el experimento está diseñado para servir como herramienta de validación de los modelos de transporte multiisotópico existentes que se utilizan para explicar y simular los efectos de co-permeabilidad y contrapermeabilidad en las mantas de reproducción.