氦-3是自然界中氦的两种稳定性同位素之一,在自然界的存量极少,自然氦气中的原子丰度仅为0.000137%。目前所用的氦-3一般来源于氚的衰变,氦-3的来源极其有限。氦-3具有低沸点、低密度、高比热容等性质,使得它成为人们在向绝对零度探索过程中最为特殊的制冷工质之一。低温工程领域利用氦-3为工质的制冷方法有氦-3负压制冷、氦-3压缩制冷、氦-3/氦-4稀释制冷等。氦-3气体是氦-3中子管工作气体,氦-3管探测的是环境中子,因此对仪表自身的本底计数尤为敏感。这对氦-3工作气体中氚含量提出了更高的要求。多床循环吸附净化法采用多床循环吸附净化法能高效、快速去除气体中所含杂质气体,有效提高氦-3气体的纯度。该方法通过串联不同吸附床,对不同杂质气体进行分别吸附去除。在循环净化过程中,不断对氦-3气体中的杂质气体进行吸附,连续循环一段时间后,氦-3气体纯度得到明显提高。该方法能够高效快速地获取纯度高于99.99%的氦-3气体,实现了氦-3气体的有效利用。同样,在制备氦-3的过程中,降低氦-3气体中氚的含量尤为重要。氚的高效、快速去除可以采用钯合金螺旋管净化器实现。该净化器利用了氢同位素在钯合金膜中的快速扩散的特点。钯薄膜表面具有很强的吸氢能力,能使氢分子离解成氢原子溶解于钯中,并沿浓度梯度方向由表面向内扩散,并透过钯薄膜,在膜的另一端以H2分子形态脱离膜表面。在同等条件下,其它气体分子由于原子体积、离解能等比氢同位素分子大得多,在钯晶格中的扩散速度十分低,从宏观角度看,不能透过钯薄膜。因此,钯薄膜具有氢气的选择性透过能力。课题组从原理上对多床循环吸附法和同位素循环稀释法进行了研究,并开展了相关实验。结果表明,这两种方法能够实现高纯氦-3气体的高效净化。通过工程化研制,对同位素循环稀释法中核心部件钯净化器进行了优化设计,用钯合金螺旋管取代了直管式钯合金管。同时,将多床循环吸附净化法和同位素循环稀释净化法进行了系统集成,形成自动化、规模化净化装置。通过对该系统进行调试,获得了满足高纯氦-3制备要求的技术条件,为氦-3中子管研制提高了技术支撑。