CN119804211A - 二氧化铀的氟化速率的测量装置及测量方法 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开一种二氧化铀的氟化速率的测量装置及测量方法，测量装置包括管路组件、反应容器、第一气源、第二气源、收集容器、真空装置、开关组件以及加热炉。管路组件包括第一管路单元、第二管路单元和第三管路单元。反应容器包括容器本体和容器端盖，容器本体设置有反应腔和开口，反应腔用于容纳二氧化铀。第一气源与反应腔连通，第一气源用于供给氟气。第二气源与反应腔连通，第二气源用于供给惰性气体。收集容器与反应腔连通，收集容器用于收集六氟化铀。真空装置设置于第三管路单元，真空装置能够用于对收集容器以及反应容器进行抽真空。开关组件至少能够用于选择性的连通或者关闭第一管路单元、第二管路单元和第三管路单元。

Description

二氧化铀的氟化速率的测量装置及测量方法

技术领域

本申请涉及二氧化铀的氟化技术领域，尤其涉及一种二氧化铀的氟化速率的测量装置及测量方法。

背景技术

氟化挥发技术的原理是利用铀、钚与裂片元素氟化物的挥发性差异实现铀和钚的分离回收。该技术具有耐辐照、低临界风险、放射性废物少、铀钚回收率高、去污系数高等优点，适宜处理高燃耗、冷却期短的乏燃料，具有很好的应用前景。相关技术中，存在二氧化铀的氟化速率的测量装置可靠性低的问题。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例期望提供一种可靠性高的二氧化铀的氟化速率的测量装置及测量方法。

为解决上述问题，本申请实施例的技术方案是这样实现的：

本申请实施例提供一种二氧化铀的氟化速率的测量装置，包括：

管路组件，所述管路组件包括第一管路单元、第二管路单元和第三管路单元；

反应容器，所述反应容器包括容器本体和容器端盖，所述容器本体设置有反应腔和开口，所述开口与所述反应腔连通，所述容器端盖盖设于所述开口，所述反应腔用于容纳二氧化铀；

第一气源，所述第一气源通过所述第一管路单元与所述反应腔连通，所述第一气源用于供给氟气；

第二气源，所述第二气源通过所述第二管路单元与所述反应腔连通，所述第二气源用于供给惰性气体；

收集容器，所述收集容器通过所述第三管路单元与所述反应腔连通，所述收集容器用于收集六氟化铀；

真空装置，所述真空装置设置于所述第三管路单元，所述真空装置能够用于对所述收集容器以及反应容器进行抽真空；

开关组件，所述开关组件至少能够用于选择性的连通或者关闭所述第一管路单元、所述第二管路单元和所述第三管路单元；

加热炉，所述容器本体的至少部分设置于所述加热炉内。

一些实施例中，所述测量装置还包括换热装置，所述换热装置包括换热件，所述换热件围设于所述收集容器的周侧，所述换热件的内部具有换热介质，所述换热介质用于与流经所述收集容器的六氟化铀气体进行热量交换，以使六氟化铀气体凝华在所述收集容器的内壁。

一些实施例中，所述换热装置包括冷凝管路和冷凝循环泵，所述换热件具有进口和出口，所述冷凝管路的两端分别与所述进口和所述出口连通，所述冷凝循环泵设置于所述冷凝管路。

一些实施例中，所述测量装置还包括尾气处理装置，所述管路组件还包括第四管路单元，所述第四管路单元并联在部分所述第三管路单元上，所述尾气处理装置设置于所述第四管路单元，所述开关组件能够选择性的连通或者关闭所述第四管路单元。

一些实施例中，所述反应容器包括测温热电偶，所述测温热电偶的至少部分设置于所述反应腔内，用于检测所述反应腔内的温度。

一些实施例中，所述反应容器的材质包括蒙乃尔合金。

一些实施例中，所述管路组件的材质包括不锈钢、紫铜中的至少一者。

一些实施例中，所述测量装置包括质量流量计，所述第一管路单元设置有所述质量流量计。

一些实施例中，所述测量装置包括质量流量计，所述第二管路单元设置有所述质量流量计。

一些实施例中，所述尾气处理装置包括碱吸收罐，所述碱吸收罐用于存储碱性物质。

一些实施例中，所述尾气处理装置包括活性炭吸收罐，所述活性炭吸收罐内设置有活性炭，所述活性炭吸收罐设置于所述碱吸收罐与所述真空装置之间。

一些实施例中，所述尾气处理装置包括缓冲罐，所述缓冲罐设置于所述碱吸收罐与所述收集容器之间。

一些实施例中，所述测量装置包括压力计；

所述管路组件包括第五管路单元，所述第一管路单元以及所述第二管路单元均通过所述第五管路单元与所述反应腔连通，所述第五管路单元设置有所述压力计。

一些实施例中，所述收集容器的出气口处设置有所述压力计。

一些实施例中，所述压力计为耐氟气腐蚀材料。

本申请实施例还提供一种二氧化铀的氟化速率的测量方法，应用于二氧化铀的氟化速率的测量装置，所述测量装置包括反应容器、第一气源、真空装置以及加热炉，所述测量方法包括：

将待反应的二氧化铀放置于所述反应腔内；

控制所述真空装置将所述反应腔抽真空；

开启所述第二气源，向所述反应腔供给惰性气体，关闭所述第二气源，并控制所述真空装置将所述反应腔抽真空；

开启所述加热炉，将所述反应腔加热至预设温度；

控制所述真空装置将所述反应腔抽真空；

开启所述第一气源，向所述反应腔供给氟气至所述反应腔内为常压，关闭所述第一气源；

记录反应时间以及所述反应腔内的气压，直至反应结束；

基于反应时间以及所述反应腔内的气压，获得所述二氧化铀的氟化速率。

一些实施例中，所述基于反应时间以及所述反应腔内的压力变化，获得所述二氧化铀的氟化速率，包括：

对P与t的曲线进行求导，得到

所述二氧化铀的氟化速率为

其中，V为所述反应腔的体积，t为所述反应时间，P为所述反应腔内的气压，R为常数8.314J/(mol·K)，温度T为预设温度。

一些实施例中，所述测量装置还包括换热装置，所述换热装置包括换热件，所述换热件围设于所述收集容器的周侧；

所述直至反应结束之后，所述测量方法包括：

开启所述换热装置，所述换热件与流经所述收集容器的六氟化铀气体进行热量交换，以使六氟化铀气体凝华在所述收集容器的内壁。

本申请实施例的二氧化铀的氟化速率的测量装置，将待反应的二氧化铀放置于反应容器的反应腔内，通过第二气源和真空装置的配合，将反应腔内空气排出，并充满氮气。保持反应腔密封状态，然后开启加热炉，将反应腔加热至反应温度，控制真空装置将反应腔抽真空。然后开启第一气源，向反应腔供给氟气至反应腔内为常压，关闭第一气源。如此，即可实现氟气与二氧化铀之间的反应，记录反应时间以及反应腔内的气压，直至反应结束，并可以基于反应时间以及反应腔内的气压，获得二氧化铀的氟化速率。该测量装置结构简单可靠，且能够实现在高浓度氟气的条件下测量二氧化铀的氟化速率。

附图说明

图1为本申请一些实施例的二氧化铀的氟化速率的测量装置的结构示意图；

图2为本申请一些实施例的二氧化铀的氟化速率的测量方法的流程示意图。

附图标记说明

10、管路组件；11、第一管路单元；12、第二管路单元；13、第三管路单元；14、第四管路单元；15、第五管路单元；20、反应容器；21、容器本体；22、容器端盖；23、反应腔；24、坩埚；30、第一气源；40、第二气源；50、收集容器；60、真空装置；70、开关组件；80、加热炉；90、尾气处理装置；91、碱吸收罐；92、活性炭吸收罐；93、缓冲罐；110、测温热电偶；120、质量流量计；130、压力计；140、换热装置；141、换热件；142、冷凝管路；143、冷凝循环泵。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚地描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本申请的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本申请的保护范围。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请实施例的描述中，技术术语“第一”“第二”“第三”等仅用于区别不同对象，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量、特定顺序或主次关系。在本申请实施例的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

在本申请实施例的描述中，术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是“或”的关系。

在本申请实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，技术术语“安装”“相连”“连接”“固定”等术语应作广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；也可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请实施例中的具体含义。

在本申请实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，技术术语“接触”应作广义理解，可以是直接接触，也可以是隔着中间媒介层的接触，可以是相接触的两者之间基本上没有相互作用力的接触，也可以是相接触的两者之间具有相互作用力的接触。

下面结合附图及具体实施例对本申请再作进一步详细的说明。

本申请实施例提供一种二氧化铀的氟化速率的测量装置。

请参阅图1，测量装置包括管路组件10、反应容器20、第一气源30、第二气源40、收集容器50、真空装置60、开关组件70以及加热炉80。管路组件10包括第一管路单元11、第二管路单元12和第三管路单元13。反应容器20包括容器本体21和容器端盖22，容器本体21设置有反应腔23和开口，开口与反应腔23连通，容器端盖22盖设于开口，反应腔23用于容纳二氧化铀。第一气源30通过第一管路单元11与反应腔23连通，第一气源30用于供给氟气。第二气源40通过第二管路单元12与反应腔23连通，第二气源40用于供给惰性气体。收集容器50通过第三管路单元13与反应腔23连通，收集容器50用于收集六氟化铀。真空装置60设置于第三管路单元13，真空装置60能够用于对收集容器50以及反应容器20进行抽真空。开关组件70至少能够用于选择性的连通或者关闭第一管路单元11、第二管路单元12和第三管路单元13。容器本体21的至少部分设置于加热炉80内。

这里，管路组件10主要用于连接测量装置的各个部分。

反应容器20为测量装置的反应装置部分，也就是说，反应容器20主要作为二氧化铀与氟气之间的反应装置。

示例性地，反应容器20包括容器本体21和容器端盖22。

容器本体21设置有反应腔23和开口，二氧化铀可以经开口容纳于反应腔23内。

这里，容器本体21呈罐状，也就是说，容器本体21例如为反应罐。

容器端盖22盖容器本体21设于开口，与容器本体21连接。

示例性地，容器端盖22与容器本体21密封配合，即容器端盖22与容器本体21连接后具有较好的气密封，如此，有利于提高二氧化铀与氟气之间的反应可靠性。

示例性地，反应容器20包括坩埚24，坩埚24设置于容器本体21内，用于承载二氧化铀。

示例性地，第一气源30可以包括氟气瓶，氟气瓶用于存储氟气。

示例性地，第一气源30可以包括惰性气体瓶，惰性气体瓶用于存储惰性气体，该惰性气体包括但不限于为氮气。

示例性地，二氧化铀呈芯块状和/或粉末状。

这里，第二气源40用于供给惰性气体，有利于排出反应腔23内的空气，且可以在升温阶段通过将反应腔23内充满惰性气体，提高氟化速率的测量的精确度。

这里，通过开关组件70用于选择性的连通或者关闭第一管路单元11、第二管路单元12和第三管路单元13，以实现第一管路单元11、第二管路单元12和第三管路单元13的通断，从而实现第一气源30、第二气源40以及真空装置60与收集容器50之间的连通与断开。

示例性地，开关组件70包括但不限于为开关阀、单向阀等。

容器本体21的至少部分设置于加热炉80内，也就是说，可以通过加热炉80对容器本体21进行加热。

本申请实施例的二氧化铀的氟化速率的测量装置，将待反应的二氧化铀放置于反应容器20的反应腔23内，通过第二气源40和真空装置60的配合，将反应腔23内空气排出，并充满氮气。保持反应腔23密封状态，然后开启加热炉80，将反应腔23加热至反应温度，控制真空装置60将反应腔23抽真空。然后开启第一气源30，向反应腔23供给氟气至反应腔23内为常压，关闭第一气源30。如此，即可实现氟气与二氧化铀之间的反应，记录反应时间以及反应腔23内的气压，直至反应结束，并可以基于反应时间以及反应腔23内的气压，获得二氧化铀的氟化速率。该测量装置结构简单可靠，且能够实现在高浓度氟气的条件下测量二氧化铀的氟化速率。

在一些实施例中，请参阅图1，测量装置还包括换热装置140，换热装置140包括换热件141，换热件141围设于收集容器50的周侧，换热件141的内部具有换热介质，换热介质用于与流经收集容器50的六氟化铀气体进行热量交换，以使六氟化铀气体凝华在收集容器50的内壁。

示例性地，换热件141例如为冷凝夹套，冷凝夹套包裹于收集容器50的周向侧壁，用于与流经收集容器50的六氟化铀气体进行热量交换。

这里，换热介质的具体类型在此不做限制，包括但不限于水。

该实施例中，通过设置包括换热件141的换热装置140，流经收集容器50的六氟化铀气体进行热量交换，以使六氟化铀气体凝华在收集容器50的内壁，从而实现对六氟化铀的收集。

在一些实施例中，请参阅图1，换热装置140包括冷凝管路142和冷凝循环泵143，换热件141具有进口和出口，冷凝管路142的两端分别与进口和出口连通，冷凝循环泵143设置于冷凝管路142。

也就是说，换热件141、冷凝管路142以及冷凝循环泵143构成了一个换热循环回路，如此，有利于进一步地提高换热效率，从而提高对六氟化铀的收集。此外，还有利于通过换热装置140将收集容器50恒定在设定的温度。

示例性地，换热装置140还可以包括介质容器，介质容器用于存储换热介质。

这里，冷凝循环泵143用于提供动力，以使换热介质在换热循环回路内流通。

需要说明的是，二氧化铀与氟气反应产生的其他气体可以直接通过真空装置60排出，也可以通过设置尾气处理装置90进行处理。

在一些实施例中，请参阅图1，测量装置还包括尾气处理装置90，管路组件10还包括第四管路单元14，第四管路单元14并联在部分第三管路单元13上，尾气处理装置90设置于第四管路单元14，开关组件70能够选择性的连通或者关闭第四管路单元14。

在抽真空的时候可以通过控制开关关闭第四管路单元14与第三管路单元13的连接处，以通过第三管路单元13对收集容器50抽真空，而在反应的过程中，可以通过控制开关连通第四管路单元14与第三管路单元13的连接处，并关闭第三管路单元13与第四管路单元14并联的区域，如此，可以使得其他气体通过尾气处理装置90处理后，再经真空装置60排出，如此，有利于降低气体污染环境，或者对人造成损伤的可能性。

在一些实施例中，请继续参阅图1，尾气处理装置90包括碱吸收罐91，碱吸收罐91用于存储碱性物质。

需要说明的是，碱性物质的具体类型在此不做限制。示例性地，碱性物质例如为碱石灰溶液。

该实施例中，通过设置存储有碱性物质的碱吸收罐91，没有反应的氟气进入碱吸收罐91后会被碱性物质吸收，有利于降低氟气对后续设备的腐蚀，还可以降低污染环境，或者对人造成损伤的可能性。

在一些实施例中，请继续参阅图1，尾气处理装置90包括活性炭吸收罐92，活性炭吸收罐92内设置有活性炭，活性炭吸收罐92设置于碱吸收罐91与真空装置60之间。

该实施例中，通过设置存储有活性炭的活性炭吸收罐92，其他杂质或者液体进入活性炭吸收罐92后会被活性炭罐吸收，有利于对气体起到干燥净化等效果，从而可以降低污染环境，或者对人造成损伤的可能性。

在一些实施例中，请继续参阅图1，尾气处理装置90包括缓冲罐93，缓冲罐93设置于碱吸收罐91与收集容器50之间。

该实施例中，通过设置缓冲罐93，并将缓冲罐93设置于碱吸收罐91与收集容器50之间，在产生倒吸的情况下，缓冲罐93在一定程度上能够起到缓存碱吸收罐91内的液体，从而有效防止液体进入收集容器50以及反应容器20的情况，有利于进一步地提高测量装置的可靠性。

在一些实施例中，请继续参阅图1，反应容器20包括测温热电偶110，测温热电偶110的至少部分设置于反应腔23内，用于检测反应腔23内的温度。

该实施例中，通过设置测温热电偶110，用于测定反应罐的实际温度，从而有利于提高二氧化铀的氟化速率的测量准确性。

在一些实施例中，请参阅图1，反应容器20的材质包括蒙乃尔合金。

这里，通过将反应容器20的材质设置为包括蒙乃尔合金，在有利于提高反应容器20的结构强度的同时，还可以提高耐氟气等腐蚀的耐腐蚀性能，进一步地提高了反应容器20的可靠性。

在一些实施例中，请参阅图1，管路组件10的材质包括不锈钢、紫铜中的至少一者。

示例性地，管路组件10的材质例如包括316不锈钢。

该实施例中，通过将管路组件10的材质设置为包括不锈钢、紫铜中的至少一者，在有利于提高管路组件10的结构强度的同时，还可以提高耐氟气等腐蚀的耐腐蚀性能，进一步地提高了管路组件10的可靠性。

在一些实施例中，请继续参阅图1，测量装置包括压力计130。

这里，压力计130用于检测压力，通过对压力的检测和控制，有利于提高氟化速率的测量精度。

示例性地，压力计130可以是压力表。

示例性地，管路组件10包括第五管路单元15，第一管路单元11以及第二管路单元12均通过第五管路单元15与反应腔23连通，第五管路单元15设置有压力计130。

也就是说，第一管路单元11与第二管路单元12并联后与第五管路单元15连通。

如此，氟气依次经过第一管路单元11、第五管路单元15后进入反应腔23。惰性气体依次经过第二管路单元12、第五管路单元15后进入反应腔23。

第五管路单元15设置有压力计130，而第五管路单元15与反应腔23联通，如此，该压力计130可以用于测定反应腔23内的气体压力。

在一些实施例中，请参阅图1，收集容器50的出气口处设置有压力计130。

如此，通过在收集容器50的出气口处设置有压力计130，可以用于测定收集容器50的出气口处的气体压力。

在一些实施例中，请参阅图1，压力计130为耐氟气腐蚀材料。

该实施例中，通过将压力计130的材质设置为耐氟气腐蚀材料，可以提高压力计130的耐腐蚀性能，进一步地提高了压力计130的可靠性。

在一些实施例中，请参阅图1，测量装置包括质量流量计120，第一管路单元11设置有质量流量计120。

如此，可以对氟气的流量进行控制，进一步地提高了对氟化速率的测量精度。

在一些实施例中，请参阅图1，测量装置包括质量流量计120，第二管路单元12设置有质量流量计120。

如此，可以对惰性气体的流量进行控制，进一步地提高了对氟化速率的测量精度。

本申请实施例还提供了一种二氧化铀的氟化速率的测量方法，应用于二氧化铀的氟化速率的测量装置，测量装置包括反应容器20、第一气源30、真空装置60以及加热炉80，请参阅图2，测量方法包括：

步骤S210：将待反应的二氧化铀放置于反应腔内；

示例性地，反应容器20包括容器本体21和容器端盖22。

容器本体21设置有反应腔23和开口，二氧化铀可以经开口容纳于反应腔23内。

这里，容器本体21呈罐状，也就是说，容器本体21例如为反应罐。

容器端盖22盖容器本体21设于开口，与容器本体21连接。

示例性地，容器端盖22与容器本体21密封配合，即容器端盖22与容器本体21连接后具有较好的气密封，如此，有利于提高二氧化铀与氟气之间的反应可靠性。

示例性地，反应容器20包括坩埚24，坩埚24设置于容器本体21内，用于承载二氧化铀。

示例性地，坩埚24设置于容器本体21内的底部。

这里，容器本体21、第一气源30、第二气源40、收集容器50、碱吸收罐91、活性炭吸收罐92、缓冲罐93、真空装置60之间通过管路组件10连通。

步骤S220：控制真空装置将反应腔抽真空；

步骤S230：开启第二气源，向反应腔供给惰性气体，关闭第二气源，并控制真空装置将反应腔抽真空；

示例性地，请参阅图1，开关组件70包括第一阀门，第一阀门设置于反应容器20与收集容器50之间的第三管路单元13上。

开关组件70包括第二阀门，第二阀门设置于第五管路单元15上。

开关组件70包括第三阀门、第四阀门、第五阀门、第六阀门，第三阀门设置于第四管路单元14与收集容器50之间的第三管路单元13上，第四阀门设置于与第四管路单元14并联的第三管路单元13上，第五阀门和第六阀门分别设置于位于尾气处理装置90上游和下游的第四管路单元14上。

打开真空装置60，再依次打开真空装置60与反应容器20之间的开关组件70(即第一阀门、第三阀门和第四阀门)，对反应容器20进行抽真空，待反应容器20内抽至真空后，关闭反应容器20与收集容器50之间的第一阀门。打开第二气源40，设定第二管路单元12上的质量流量计120的流量，打开第二阀门，并控制真空装置60将反应腔抽真空，重复三次。

步骤S240：开启加热炉，将反应腔加热至预设温度；

通过加热炉80对反应容器20进行加热，将反应腔23加热至预设温度。

这里，预设温度例如为反应温度。

示例性地，测量装置包括管路伴热带，在加热炉80对反应容器20进行加热的同时，可以开启管路伴热带。

步骤S250：控制真空装置将反应腔抽真空；

反应腔23加热至预设温度后，控制真空装置60将反应腔23抽真空。

步骤S260：开启第一气源，向反应腔供给氟气至反应腔内为常压，关闭第一气源；

开启第一气源30，设定好氟气质量流量计120，用于控制氟气的流量，打开第二阀门，向反应容器20内充氟气至常压，关闭第二阀门。

步骤S270：记录反应时间以及反应腔内的气压，直至反应结束；

在向反应容器20内充氟气至常压的同时记录的时间与压力，时间即为反应开始的时间，压力为反应开始的压力。

每隔一定时间记录此时的第五管路单元15上的压力计130的读数，直至压力变示数在一段时间内无明显变化。

步骤S280：基于反应时间以及反应腔内的气压，获得二氧化铀的氟化速率。

在一些实施例中，请参阅图1，基于反应时间以及反应腔23内的压力变化，获得二氧化铀的氟化速率，包括：

对P与t的曲线进行求导，得到

二氧化铀的氟化速率为

其中，V为反应腔23的体积，t为反应时间，P为反应腔23内的气压，R为常数8.314J/(mol·K)，温度T为预设温度。

实验过程中发生的反应为：

UO₂(s)+3F₂(g)→UF₆(g)+O₂(g)

反应速率的计算：反应前是3个F₂分子，反应后是1个UF₆分子和1个O₂分子。反应前后有1分子气体的差值，故会产生压强差。反应速率公式可表示为dn/dt，为单位时间内物质的量变化。根据实验记录得到的压力值P与时间t的曲线进行求导可得dP/dt，依据PV＝nRT，可得反应速率反应速率大小与反应物浓度有关，在该反应条件中，与反应罐内的F2浓度有关，因此，得到的反应速率为当前反应物浓度下的反应速率。

在一些实施例中，请参阅图1，测量装置还包括换热装置140，换热装置140包括换热件141，换热件141围设于收集容器50的周侧；

直至反应结束之后，测量方法包括：

开启换热装置140，换热件141与流经收集容器50的六氟化铀气体进行热量交换，以使六氟化铀气体凝华在收集容器50的内壁。

换热装置140包括换热件141，换热件141围设于收集容器50的周侧，换热件141的内部具有换热介质，换热介质用于与流经收集容器50的六氟化铀气体进行热量交换，以使六氟化铀气体凝华在收集容器50的内壁。

示例性地，换热件141例如为冷凝夹套，冷凝夹套包裹于收集容器50的周向侧壁，用于与流经收集容器50的六氟化铀气体进行热量交换。

这里，换热介质的具体类型在此不做限制，包括但不限于水。

该实施例中，通过设置包括换热件141的换热装置140，流经收集容器50的六氟化铀气体进行热量交换，以使六氟化铀气体凝华在收集容器50的内壁，从而实现对六氟化铀的收集。

在一些实施例中，请参阅图1，换热装置140包括冷凝管路142和冷凝循环泵143，换热件141具有进口和出口，冷凝管路142的两端分别与进口和出口连通，冷凝循环泵143设置于冷凝管路142。

也就是说，换热件141、冷凝管路142以及冷凝循环泵143构成了一个换热循环回路，如此，有利于进一步地提高换热效率，从而提高对六氟化铀的收集。此外，还有利于通过换热装置140将收集容器50恒定在设定的温度。

示例性地，换热装置140还可以包括介质容器，介质容器用于存储换热介质。

这里，冷凝循环泵143用于提供动力，以使换热介质在换热循环回路内流通。

需要说明的是，二氧化铀与氟气反应产生的其他气体可以直接通过真空装置60排出，也可以通过设置尾气处理装置90进行处理。

在一些实施例中，请参阅图1，测量装置还包括尾气处理装置90，管路组件10还包括第四管路单元14，第四管路单元14并联在部分第三管路单元13上，尾气处理装置90设置于第四管路单元14，开关组件70能够选择性的连通或者关闭第四管路单元14。

在抽真空的时候可以通过控制开关关闭第四管路单元14与第三管路单元13的连接处，以通过第三管路单元13对收集容器50抽真空，而在反应的过程中，可以通过控制开关连通第四管路单元14与第三管路单元13的连接处，并关闭第三管路单元13与第四管路单元14并联的区域，如此，可以使得其他气体通过尾气处理装置90处理后，再经真空装置60排出，如此，有利于降低气体污染环境，或者对人造成损伤的可能性。

在一些实施例中，请参阅图1，尾气处理装置90包括碱吸收罐91，碱吸收罐91用于存储碱性物质。

需要说明的是，碱性物质的具体类型在此不做限制。示例性地，碱性物质例如为碱石灰溶液。

该实施例中，通过设置存储有碱性物质的碱吸收罐91，没有反应的氟气进入碱吸收罐91后会被碱性物质吸收，有利于降低氟气对后续设备的腐蚀，还可以降低污染环境，或者对人造成损伤的可能性。

在一些实施例中，请参阅图1，尾气处理装置90包括活性炭吸收罐92，活性炭吸收罐92内设置有活性炭，活性炭吸收罐92设置于碱吸收罐91与真空装置60之间。

该实施例中，通过设置存储有活性炭的活性炭吸收罐92，其他杂质或者液体进入活性炭吸收罐92后会被活性炭罐吸收，有利于对气体起到干燥净化等效果，从而可以降低污染环境，或者对人造成损伤的可能性。

在一些实施例中，请参阅图1，尾气处理装置90包括缓冲罐93，缓冲罐93设置于碱吸收罐91与收集容器50之间。

该实施例中，通过设置缓冲罐93，并将缓冲罐93设置于碱吸收罐91与收集容器50之间，在产生倒吸的情况下，缓冲罐93在一定程度上能够起到缓存碱吸收罐91内的液体，从而有效防止液体进入收集容器50以及反应容器20的情况，有利于进一步地提高测量装置的可靠性。

该实施例中，设定好加热炉80的降温程序，同时开启冷凝循环泵143，设定好冷凝温度，打开第一阀门，反应后的产物六氟化铀(UF₆)会凝华在收集容器50上。打开真空装置60，依次打开第六阀门、第五阀门、第三阀门，反应容器20和真空装置60的氟气和氧气会依次通过缓冲罐93、碱吸收罐91、活性炭吸收罐92，氟气被碱吸收罐91中的碱石灰吸收，氧气经真空装置60排出。

反应结束后，取出坩埚24上的氟化残渣，取出收集容器50中的产物。

以下通过两个具体实施例对本申请实施例提供的二氧化铀的氟化速率的测量方法进行进一步地描述。

实施例一：

操作步骤如上述所示，只是条件参数有所不同，具体参数为：称取20g UO₂芯块放在坩埚24上，置于容器本体21底部，并用容器端盖22将容器本体21密封。再通过氮气将反应容器20内空气置换，然后将反应容器20内抽至真空。然后将加热炉80按照8℃/min的升温速率升温至为550℃，恒温1小时后，将反应容器20内抽至真空。按照10L/min的流量迅速通入氟气至常压，关闭阀门保持反应容器20内密闭环境，记录下此时的时间t与压力值P。每隔5min，记录下此时的压力值，直至压力无明显变化。

反应容器20体积V为19.52L，R为常数8.314J/(mol·K)，温度T为823.15K，反应容器20压强P由初始的101kPa变化至80.156kPa，反应容器20内的氟气从101kPa降低至38.468kPa，整理得到反应物F₂分压与UO₂芯块反应物浓度的关系如下表。

反应物F2分压/kPa UO2芯块反应速率mmol/min

反应物F2分压/kPa	UO2芯块反应速率mmol/min
		101	1.92
81.32	0.98
		60.24	0.37
50.25	0.11

实施例二：

操作步骤如上述所示，只是条件参数有所不同，具体参数为：称取20g UO₂芯块放在坩埚24上，置于反应容器20底部，并用反应容器20盖子将反应容器20密封。再通过氮气将反应容器20内空气置换，然后将反应容器20内抽至真空。然后将加热炉80按照8℃/min的升温速率升温至为600℃，恒温1小时后，将反应容器20内抽至真空。按照10L/min的流量迅速通入氟气至常压，关闭阀门保持反应容器20内密闭环境，记录下此时的时间与压力值。每隔5min，记录下此时的压力值，直至压力无明显变化。根据PV＝nRT及压力的变化，即可计算出UO2芯块的反应速率。

反应容器20体积V为19.52L，R为常数8.314J/(mol·K)，温度T为873.15K，反应容器20压强P由初始的101kPa变化至73.613kPa，反应容器20内的氟气从101kPa降低至18.839kPa，整理得到反应物F₂分压与UO₂芯块反应物浓度的关系如下表。

反应物F2分压/kPa UO2芯块反应速率mmol/min

反应物F2分压/kPa	UO2芯块反应速率mmol/min
		101	3.49
79.63	1.96
		60.28	0.99
39.78	0.40

根据上述实验可知，通过本申请实施例的测试方法，可以准确测试二氧化铀的氟化速率，且可以对不同反应物浓度下的反应速率。

以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本申请的权利要求和说明书的范围当中。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本申请并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (10)

1.一种二氧化铀的氟化速率的测量装置，其特征在于，包括：

管路组件，所述管路组件包括第一管路单元、第二管路单元和第三管路单元；

反应容器，所述反应容器包括容器本体和容器端盖，所述容器本体设置有反应腔和开口，所述开口与所述反应腔连通，所述容器端盖盖设于所述开口，所述反应腔用于容纳二氧化铀；

第一气源，所述第一气源通过所述第一管路单元与所述反应腔连通，所述第一气源用于供给氟气；

第二气源，所述第二气源通过所述第二管路单元与所述反应腔连通，所述第二气源用于供给惰性气体；

收集容器，所述收集容器通过所述第三管路单元与所述反应腔连通，所述收集容器用于收集六氟化铀；

真空装置，所述真空装置设置于所述第三管路单元，所述真空装置能够用于对所述收集容器以及反应容器进行抽真空；

开关组件，所述开关组件至少能够用于选择性的连通或者关闭所述第一管路单元、所述第二管路单元和所述第三管路单元；

加热炉，所述容器本体的至少部分设置于所述加热炉内。

2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述测量装置还包括换热装置，所述换热装置包括换热件，所述换热件围设于所述收集容器的周侧，所述换热件的内部具有换热介质，所述换热介质用于与流经所述收集容器的六氟化铀气体进行热量交换，以使六氟化铀气体凝华在所述收集容器的内壁。

3.根据权利要求2所述的测量装置，其特征在于，所述换热装置包括冷凝管路和冷凝循环泵，所述换热件具有进口和出口，所述冷凝管路的两端分别与所述进口和所述出口连通，所述冷凝循环泵设置于所述冷凝管路。

4.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述测量装置还包括尾气处理装置，所述管路组件还包括第四管路单元，所述第四管路单元并联在部分所述第三管路单元上，所述尾气处理装置设置于所述第四管路单元，所述开关组件能够选择性的连通或者关闭所述第四管路单元；和/或，

所述反应容器包括测温热电偶，所述测温热电偶的至少部分设置于所述反应腔内，用于检测所述反应腔内的温度；和/或，

所述反应容器的材质包括蒙乃尔合金；和/或，

所述管路组件的材质包括不锈钢、紫铜中的至少一者；和/或，

所述测量装置包括质量流量计，所述第一管路单元设置有所述质量流量计；和/或，

所述测量装置包括质量流量计，所述第二管路单元设置有所述质量流量计。

5.根据权利要求4所述的测量装置，其特征在于，所述尾气处理装置包括碱吸收罐，所述碱吸收罐用于存储碱性物质。

6.根据权利要求5所述的测量装置，其特征在于，所述尾气处理装置包括活性炭吸收罐，所述活性炭吸收罐内设置有活性炭，所述活性炭吸收罐设置于所述碱吸收罐与所述真空装置之间；和/或，

所述尾气处理装置包括缓冲罐，所述缓冲罐设置于所述碱吸收罐与所述收集容器之间。

7.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述测量装置包括压力计；

所述管路组件包括第五管路单元，所述第一管路单元以及所述第二管路单元均通过所述第五管路单元与所述反应腔连通，所述第五管路单元设置有所述压力计；和/或，

所述收集容器的出气口处设置有所述压力计；和/或，

所述压力计为耐氟气腐蚀材料。

8.一种二氧化铀的氟化速率的测量方法，应用于二氧化铀的氟化速率的测量装置，其特征在于，所述测量装置包括反应容器、第一气源、第二气源、真空装置以及加热炉，所述测量方法包括：

将待反应的二氧化铀放置于所述反应腔内；

控制所述真空装置将所述反应腔抽真空；

开启所述第二气源，向所述反应腔供给惰性气体，关闭所述第二气源，并控制所述真空装置将所述反应腔抽真空；

开启所述加热炉，将所述反应腔加热至预设温度；

控制所述真空装置将所述反应腔抽真空；

开启所述第一气源，向所述反应腔供给氟气至所述反应腔内为常压，关闭所述第一气源；

记录反应时间以及所述反应腔内的气压，直至反应结束；

基于反应时间以及所述反应腔内的气压，获得所述二氧化铀的氟化速率。

9.根据权利要求8所述的测量方法，其特征在于，所述基于反应时间以及所述反应腔内的压力变化，获得所述二氧化铀的氟化速率，包括：

对P与t的曲线进行求导，得到

所述二氧化铀的氟化速率为

其中，V为所述反应腔的体积，t为所述反应时间，P为所述反应腔内的气压，R为常数8.314J/(mol·K)，温度T为预设温度。

10.根据权利要求8所述的测量方法，其特征在于，所述测量装置还包括换热装置，所述换热装置包括换热件，所述换热件围设于所述收集容器的周侧；

所述直至反应结束之后，所述测量方法包括：

开启所述换热装置，所述换热件与流经所述收集容器的六氟化铀气体进行热量交换，以使六氟化铀气体凝华在所述收集容器的内壁。