Brevet FR2529804A1 — publié le 19840113

Dispositif pour la séparation des isotopes gazeux de l'hydrogène ". L'invention concerne un dispositif pour la sépara- tion des isotopes gazeux de l'hydrogène, à savoir les protium, deutérium et tritium, à partir d'un gaz ou mélan- ge gazeux contenant un ou plusieurs de ces isotopes de l'hydrogène, dispositif dans lequel a) une membrane perméable aux isotopes de l'hydrogène, et imperméable au gaz ou mélange de gaz, borne au moins en partie, le courant gazeux, b) sur la face de la membrane opposée au courant gazeux, on dispose un dégazeur absorbant les isotopes d'hydrogène, à une température d'absorption prédéterminée et libérant à nouveau ces isotopes d'hydrogène absorbés, par désorp- tion à une température de désorption supérieure à la tem- pérature d'absorption. La séparation des isotopes d'hydrogène à partir de mélanges gazeux est en particulier nécessaire dans les réacteurs à haute température refroidis par un circuit de refroidissement, et dans les circuits de combustible des réacteurs à fission Outre la séparation, l'obtention des isotopes d'hydrogène pour une utilisation ultérieure pré- sente également de l'importance. On connait un dispositif pour la séparation des isotopes d'hydrogène à partir d'un mélange gazeux (DE-OS 28 54 682), qui comporte une paroi perméable a-iux jsoc D 5 de l'hydrogène. On connaît en outre un dégdzeur (DE-OS 24 49 553), qui est essentiellement constitué de zirconium ou d -in alliage de zirconium avec du niobium, du titane, d-, nickel et de l'yttrium, et qui est utilisable comme déga- zeur pour l'hydrogène et ses isotopes. L'invention a pour but de proposer un dispositif qui permet de séparer les isotopes d'hydrogène à partir d'un mélange gazeux en contenant, de manière simple et de les récupérer sans dépense excessive A cet effet, l'invention propose un dispositif caractérisé en ce que: c) la membrane perméable aux isotopes d'hydrogène recou- vre la surface libre du dégazeur qui absorbe les isotopes d'hydrogène à la température d'absorption, exclusivement à travers la membrane, d) la membrane et le dégazeur forment un corps d'absorp- tion et sont fermement reliés entre eux. Les avantages obtenus grâce au dispositif proposé consistant essentiellement en ce que, en raison de la disposition de la membrane directement sur la surface du dégazeur, on peut établir très simplement une épaisseur de membrane de l'ordre du micromètre, ce qui favorise aussi bien l'absorption sélective que la désorption des isotopes de l'hydrogène, et qu'il est possible de mettre en oeuvre des corps d'absorption mobiles dans le courant gazeux. L'invention sera mieux comprise à l'aide d'un mode de réalisation du dispositif selon l'invention représenté sur les dessins annexés, et décrit ci-après Dans ces dessins, les figures représentent: figure 1: disposition du corps d'absorption sur un support en forme de bande, figure 2: corps d'absorption sphérique. La figure 1 représente un support 1 en forme de bande, en acier inoxydable de 25 mm de large et 0,2 mm d'épaisseur, sur lequel on a disposé pour former un déga- zeur 2, un revêtement dlenviron 0,5 mm d'épaisseur en alliage zirconiumaluminium A la place de l'alliage zirconium-aluminium, on peut utiliser également tout autre matériau apte à constituer un dégazeur pour isoto- pes d'hydrogène, comme par exemple le titane, le zirconium ou le hafnium. La surface du dégazeur 2 libre à l'opposé du support 1, est revêtue d'une membrane 3 perméable aux isotopes de l'hydrogène, dont l'épaisseur est de l'ordre du micron. Cette membrane 3 est constituée d'un des matériaux sui- vants: niobium, titane, palladium, une matière céramique, ou une combinaison métal-céramique Le revêtement réalisé avec la membrane 3 permet non seulement d'empêcher que d'autres composants du mélange gazeux contenant les iso- topes d'hydrogène soient absorbés par le matériau du dégazeur, réduisant ainsi la capacité d'absorption des isotopes d'hydrogène, mais aussi la membrane 3 permet en premier lieu la séparation univoque des isotopes d'hydro- gène à partir du mélange gazeux Le dispositif proposé permet d'absorber des isotopes d'hydrogène en phase ga- zeuse, sélectivement, usqu'à de très faibles pressions partielles d'environ 10 11 à une température d'absorp- tion d'environ 300 %C Par simple chauffage du dispositif à une température de désorption d'environ 6001 C, les iso- topes d'hydrogène sont libérés à nouveau. L'application du matériau dégazeur sur le support 1 et de la membrane 3 sur le matériau dégazeur peut s'effec- tuer en une seule opération, par exemple au moyen d'un revêtement par rayonnement ionique. Un autre mode de réalisation du dispositif selon l'invention est représenté sur la figure 2 par une image en coupe Le dégazeur 2 a revêt ici la forme d'une sphère d'environ 1 mm de diamètre et la surface de cette sphère est entièrement revêtue d'une membrane 3 perméable aux isotopes d'hydrogène Les matériaux utilisés sont les mêmes que pour le mode de réalisation de la figure 1. Ainsi donc, le dégazeur 2 a et la membrane 3 a cons- tituent un corps d'absorption sphérique d'environ 1 mm de diamètre Il est par exemple possible de disposer en vrac un grand nombre de ces corps dans le courant gazeux contenant les isotopes d'hydrogène, et après une durée de passage prédéterminée, de les chauffer à l'extérieur du courant gazeux à la température de désorption puis, après désorption des isotopes d'hydrogène, de réintroduire ces corps dans le courant gazeux. R E V E N D I C A T I O N S ) Dispositif pour la séparation des isotopes gazeux de l'hydrogène, à savoir les protium, deutérium et tritium, à partir d'un gaz ou mélange gazeux contenant un ou plusieurs de ces isotopes de l Phydrogène, dispositif dans lequel: a) une membrane ( 3) perméable aux isotopes de l'hydrogène, et imperméable au gaz ou mélange de gaz, borne au moins en partie, le courant gazeux, b) sur la face de la membrane ( 3) opposée au courant gazeux, on dispose un dégazeur ( 2) absorbant les isotopes d'hydrogène, à une température d'absorption prédéterminée et libérant à nouveau ces isotopes d'hydrogène absorbés, par désorption à une température de désorption supérieure à la température d'absorption, dispositif caractérisé en ce que c) la membrane ( 3 a, 3 a) perméable aux isotopes d'hydrogène recouvre la surface libre du dégazeur ( 2, 2 a) qui absorbe les isotopes d'hydrogène à la température d'absorption, exclusivement à travers la membrane ( 3, 3 a), d) la membrane ( 3, 3 a) et le dégazeur ( 2, 2 a) forment un corps d'absorption ( 2, 3; 2 a, 3 a) et sont fermement reliés entre eux. ) Dispositif selon la revendication 1, caracté- risé en ce que le corps d'absorption ( 2, 3) est fermement relié à un support ( 1) en forme de bande, ne prenant part ni à l'absorption, ni à la désorption. ) Dispositif selon la revendication 1, caracté- risé en ce que le support ( 1) est fait d'acier inoxydable, 40) Dispositif selon la revendication 1, caracté- risé en ce que le corps d'absorption ( 2 a, 3 a) est consti- tué par une sphère de petit diamètre et que cette sphère est constituée par un dégazeur ( 2 a), dont la surface est fermement reliée à une membrane ( 3 a) englobant complète- ment la sphère. ) Dispositif selon la revendication 1, caracté- risé en ce que comme matériau pour le dégazeur ( 2, 2 a), on utilise du titane, du zirconium, du hafnium ou un alliage zirconium-aluminium. 60) Dispositif selon la revendication 1, caracté- risé en ce que comme matériau pour la membrane ( 3, 3 a), on utilise du niobium, du titane, du palladium, une matière céramique ou une combinaison métal-céramique.