Livre blanc du Tritium

145 Detritiation Systems at ITER A so-called permeator4 is employed to split the tritiated hydrogen stream into two fractions, transferred to the bottom of the LPCE column of the Water Detritiation System and into one of the cryogenic Isotope Separation System distillation columns, respectively. Since the protium stream from the top of the Isotope Separation System column can still contain some residual tritium it is not discharged directly but is routed through the LPCE column. Thereby tritium effluents from ITER tritium processing systems are minimized. The cryogenic Isotope Separation System concept relies on the slight differences inboiling points (within the 20K to 25K range at atmospheric pressure) for the six isotopologues of protium, deuterium and tritium. These slight differences in volatility of the species permit separation of isotopes by distillation with the heavier species - tritium - at the bottom, and the most volatile species - protium - at the top of a distillation column. The ITER system consists of a cascade of cryogenic distillation columns with feeding locations appropriately defined according to the hydrogen isotope concentrations in the streams to be processed. In order to achieve the required quality of the tritium and deuterium product streams, several equilibrators are used along the columns in order to promote the following isotopic exchange reaction: 2 HT = H2 + T2 2 DT = D2 +T2 2 HD = D2 +H2 Deuterium and tritium products at required qualities are transferred to the Storage and Delivery System. The exact isotope composition of the (protium) stream to the Water Detritiation System can vary; it may contain deuterium at significant concentrations. However, the tritium content will be in any case sufficiently low for LPCE column operation. In essence the Water Detritiation System is employed for tritium removal from tritiated water and to produce a decontaminated hydrogen stream for discharge to the environment. Tritium is eventually recovered due to the link to the Isotope Separation System, without the latter discharging directly to the environment. The Water Detritiation System is an important element for tritium confinement at ITER. Holding tanks provide capacity for storing large quantities of tritiated water and act as an intermediate stage for movement and blending of the tritiated water. However, Water Detritiation System operation is not safety important and its temporary non-availability does not compromise tritium confinement. The total capacity of the Water Detritiation System was evaluated for processing the amounts of tritiated water which will be generated during normal operation, including maintenance. In case of incidental/ accidental events leading to the generation of larger amounts of tritiated water by operation of the tritium confinement systems, large holding tanks are available to store the water until it can be processed. The tanks capacity is determined by the throughput of the Detritiation System (for both atmosphere and vent detritiation operations) needed to recover from the incident/accident in a reasonable amount of time. TheWater Detritiation Systemof ITERwill be modular andwill eventually have a processing capacity of up to 60 kg tritiated water per hour; tritium feed concentrations between 107 Bq.kg‑1 and 1013 Bq.kg‑1 will be accepted by the system. However, an average of 0.37 TBq.kg‑1 (10 Ci per kg) is the design target feed concentration for the Water Detritiation System. Un perméateur4 est utilisé pour diviser le flux d’hydrogène tritié en deux fractions, qui sont respectivement transférées vers le fond de la colonne LPCE du système de détritiation d’eau et vers l’une des colonnes de distillation du système de séparation isotopique cryogénique. Le flux de protium provenant du haut de la colonne du système de séparation isotopique étant susceptible de contenir un peu de tritium résiduel, il n’est pas rejeté directement mais acheminé au travers de la colonne LPCE. Ceci permet de minimiser les effluents de tritium produits par les systèmes de traitement du tritium d’ITER. Le concept du système de séparation isotopique cryogénique est fondé sur la légère différence de point d’ébullition (variant dans une plage de 20 à 25 K à la pression atmosphérique) des six isotopologues du protium, du deutérium et du tritium. Ces légères variations de volatilité des espèces permettent de séparer les isotopes par distillation, les espèces les plus lourdes (tritium) et les plus volatiles (protium) migrant respectivement vers le fond et vers le sommet de la colonne de distillation. Le système d’ITER se compose d’une cascade de colonnes de distillation cryogénique dont les points d’alimentation sont définis en fonction de la concentration des isotopes de l’hydrogène dans les flux à traiter. Pour obtenir des flux de produits tritium et deutérium présentant la qualité requise, plusieurs systèmes d’équilibrage sont utilisés le long des colonnes afin d’activer les réactions suivantes d’échange d’isotopes : 2 HT = H2 + T2 2 DT = D2 + T2 2 HD = D2 + H2 Les produits deutériumet tritiumprésentant la qualité requise sont transférés vers le système de stockage et de distribution. La composition isotopique précise du flux (de protium) qui arrive au système de détritiation d’eau peut varier. Ce flux est susceptible de contenir des concentrations de deutérium non négligeables. Toutefois, la teneur en tritium sera dans tous les cas suffisamment faible pour permettre l’utilisation d’une colonne LPCE. Par définition, le système de détritiation d’eau est utilisé pour éliminer le tritiumde l’eau tritiée et pour produire un flux d’hydrogène décontaminé destiné à être rejeté dans l’environnement. Le tritium est finalement récupéré grâce à la liaison avec le système de séparation isotopique, sans que ce dernier ne déverse directement ses produits dans l’environnement. Le système de détritiation d’eau est un élément important du confinement du tritium à ITER. Les cuves de stockage permettent de stocker des volumes importants d’eau tritiée et constituent une étape intermédiaire dans le déplacement de l’eau tritiée. Toutefois, le fonctionnement du système de détritiation d’eau n’a pas d’incidence sur la sûreté et son indisponibilité temporaire ne compromet pas le confinement du tritium. La capacité totale du système de détritiation d’eau a été évaluée afin de traiter les volumes d’eau tritiée qui seront générés durant l’exploitation normale, maintenance comprise. En cas d’événement incidentel/ accidentel aboutissant à la production de volumes d’eau tritiée plus importants en raison de la mobilisation des systèmes de confinement du tritium, de grosses cuves de stockage sont disponibles pour stocker l’eau jusqu’à ce qu’il soit possible de la traiter. La capacité de ces cuves est déterminée par le débit du système de détritiation (pour les opérations de détritiation de l’atmosphère et de la ventilation) nécessaire pour revenir à la normale dans un délai raisonnable après l’incident/accident. Le système de détritiationd’eaud’ITER seramodulaire et offrira à terme une capacité de traitement atteignant 60 kg d’eau tritiée par heure. Il acceptera des concentrations d’alimentation en tritium de 107 Bq.kg‑1 à 1013 Bq.kg‑1 (10 TBq.kg-1). Toutefois, une concentration d’alimentation théorique moyenne de 0,37 TBq.kg‑1 (10 Ci par kg) est visée pour le système de détritiation d’eau. 4 Palladium-silver metal membranes are selectively permeable for hydrogen and virtually impenetrable for other species. Highly pure hydrogen is therefore provided to the Isotope Separation System. 4 Les membranes métalliques palladium/argent présentent une perméabilité sélective à l’hydrogène et sont quasiment imperméables aux autres espèces. Ainsi, l’hydrogène transféré vers le système de séparation isotopique est extrêmement pur.

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