英国升级去氚设施支持JET退役

英国原子能管理局（UKAEA）位于牛津Culham的材料去氚设施（MDF）已完成升级并重新启动，从而能够对从已关闭的欧洲联合环（JET）设施中取出的材料开展关键研究。

重启MDF对于分析JET历史性最终运行期间暴露于氘氚等离子体的部件至关重要。了解氚如何与这些材料相互作用以及氚如何在其中滞留，对于为ITER和DEMO等未来反应堆设计耐用部件至关重要。

在等离子体运行的最后三年中，JET的氘氚（DT）实验导致残余氚滞留在托卡马克的壁体和内部部件中。这反映了该同位素在高功率聚变运行期间渗入材料的倾向。了解材料中滞留了多少氚，以及通过热处理可以去除多少氚，对于制定JET退役和再利用（JDR）的废物管理策略至关重要。

2020年代初，UKAEA废物专家在Culham的氚分析实验室对这些材料的氚去除开展了初步研究。通过回收氚，UKAEA的废物团队可以大幅降低钨、铍、Inconel、钢、铜和碳纤维复合材料等材料的处置成本。这些材料从JET中取出时，最初被归类为中放废物。通过去除氚，它们可以被重新归类为低放废物，处置费用最多可降低10倍，甚至可以回收用于未来的聚变或裂变装置。

2024年底对从JET取出的瓦片和部件进行的试验表明，无需事先拆卸即可对其进行处理。试验还证明，混合物料流也可以同时处理，复现工业规模处理设施中的情况。

为去除滞留的氚，材料在MDF炉内被加热至高温，并处于旨在最大限度减少氧化的精心控制条件下。限制氧化可提高工艺效率，减少维护需求，并有助于确保工艺保持安全有效。加热过程中释放的氚由工艺气流从炉内带出，并通过催化剂将气态氚物种转化为氚化水，从而实现高效捕集。炉子冷却后，取出经热处理的内容物并进行破坏性取样以作进一步分析。

除这种热处理外，还在分析来自JET的克级样品，以确定其他放射性核素的浓度，并量化处理后材料中残留的氚量。

“这一同类首创的作业是JDR的一个重要里程碑，如果没有团队在MDF中完成样品取出运行的奉献精神和专业素养，就不可能实现，”JDR废物主管Xavier Lefebvre表示。“这些样品的成功处理使我们获得了以前根本无法获得的证据，使我们能够更好地了解JET材料的性质以及与其长期管理相关的挑战。”

他补充道：“从这项工作中获得的见解有可能从根本上影响JDR未来的废物策略，减少不确定性，并能在废物处理、包装、处置路线和退役规划方面做出更明智的决策。通过改进支撑这些决策的证据基础，这项工作还可能展示出更相称的废物管理解决方案，并加深对长期责任的理解。”

MDF完成的工程工作代表着能力方面向前迈出了重要一步。为期12个月的工程暂停重点在于扩大该设施的整体处理能力，将其从局部研发配置转变为稳健的工业规模运行线。这项工作由UKAEA氚燃料循环部门牵头。这些改进确保该场址能够系统地处理从JET中取出的大量重型部件。

主热处理炉及其外围气体处理系统进行了结构升级。这使该设施摆脱了标准氚分析实验室所用的小规模2克至10克批量热解限制。炉控系统经过改进，可严格调节氧气和温度参数。这种精度对于管理钨和铍等材料上复杂的氧化层是必需的，如果处理不当，这些氧化层天然会起到屏障作用并阻碍氚的提取。

对从高温炉引出的直接气体处理系统进行了升级。这保证了从受热金属中驱出的所有气态氚都被安全地捕集到水中，防止环境排放，并为在JET水处理设施中进行下游提取准备好氚化水。专用通风柜工艺线、空气处理机组和冗余排风机进行了性能优化。这确保了在批量处理期间，通过设施的高效微粒空气过滤器保持可靠的负压和稳定的气流。

关键安全联锁装置、铍监测设备和一氧化碳探测器进行了大修和校准，以安全处理受到严重污染的中放废物（ILW）。对在排气管处实时监测β和γ放射性核素的系统诊断进行了升级，以在连续、高通量材料烘烤期间维持安全的放射性边界。

这些有针对性的结构改造使该设施能够系统地将大型金属部件——如Inconel、钢、铜和碳纤维复合材料——从昂贵的中放废物降级为低放废物，将UKAEA的处置费用削减至原来的十分之一。

通过去除材料中滞留的氚并减少需要在现场进行专业管理的高活度废物的体积，MDF直接支持UKAEA保护人类和环境的更广泛使命，同时证明聚变退役可以安全、负责任且有效地完成。

除了处理UKAEA的遗留废物外，MDF还可供从事类似废物和材料管理前沿研究的公司和组织使用。如需更多信息，请联系氚燃料循环团队。

“这是一个极好的例子，说明创新、科学雄心和运营如何结合在一起，不仅为当今的计划带来益处，也为聚变退役的未来带来益处，”Lefebvre表示。“这一成就也凸显了我们在UKAEA开发的独特能力，以及像MDF这样的设施在应对聚变废物管理所面临的一些最复杂挑战方面能够发挥的关键作用。”

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