Kuinka PTFE-lämmönvaihdin kestää radioaktiivista kontaminaatiota ydinjätesäiliön lämmityksessä?
Jätä viesti
Ydinjätesäiliöympäristö
Ydinjätteen varastosäiliöt sisältävät erittäin radioaktiivisia nesteitä{0}}fissiotuotteita, aktinideja ja syövyttäviä kemikaaleja polttoaineen jälleenkäsittelystä. Säiliöt vaativat lämmitystä saostumisen estämiseksi, kemiallisen stabiilisuuden ylläpitämiseksi tai jätteen valmistelemiseksi lasitusta varten. Säiliön sisällä oleva lämmönvaihdin altistuu sekä jätteen säteilykentälle että jäteliuoksen aggressiiviselle kemialliselle ympäristölle.
Metalliset lämmönvaihtimet-ruostumaton teräs, titaani, zirkonium- kohtaavat kaksi haastetta tässä ympäristössä: säteilyn-aiheuttaman korroosion lisääntyminen ja pysyvä pinnan kontaminaatio. Säteilykenttä kiihdyttää korroosioreaktioita. Metallin pinta absorboi radioaktiivisia isotooppeja, jolloin vaihtimesta tulee radioaktiivista jätettä, kun se lopulta poistetaan. Puhdistus on vaikeaa, ja vaihtimesta tulee hävitysvastuu.
PTFE käyttäytyy eri tavalla. Sen säteilynsietokyky on pienempi kuin metallien -merkittävää mekaanista hajoamista tapahtuu kumulatiivisilla annoksilla, jotka ovat yli 10⁴-10⁵ Gray (1-10 MRad). Mutta jätesäiliön sisälle tyypillisille annosnopeuksille (10²-10⁴ harmaa/vuosi) PTFE tarjoaa riittävän käyttöiän. Vielä tärkeämpää on, että PTFE ei absorboi radioaktiivista kontaminaatiota rakenteeseensa. Pinta voidaan dekontaminoida kemiallisella pesulla, eikä käytetty lämmönvaihdin ole merkittävä radioaktiivinen jätekuorma.
PTFE:n säteilynkestävyys
PTFE käy läpi ketjun katkeamisen ionisoivan säteilyn vaikutuksesta. Polymeerirunko katkeaa, mikä pienentää molekyylipainoa. Yli 10⁴ Gray (1 MRad) kumulatiivisilla annoksilla tapahtuu mitattavissa olevaa vetolujuuden ja venymän menetystä. 10⁵ Greyllä (10 MRad) materiaali menettää 50-70 % mekaanisista ominaisuuksistaan. 10⁶ Greyllä (100 MRad) PTFE muuttuu hauraaksi ja käyttökelvottomaksi.
Säteilyannosnopeus ydinjätesäiliön sisällä vaihtelee jätekoostumuksen ja iän mukaan. Tyypilliselle keskiaktiiviselle-jätteelle annosnopeus säiliön sisäpinnalla on 10²–10⁴ harmaata/vuosi. Tässä ympäristössä oleva PTFE-lämmönvaihdin kerää 10³-10⁵ harmaata 10 vuoden käyttöiän aikana. Tämän alueen alapäässä mekaaninen hajoaminen on mitätöntä. Yläpäässä vaihdin saattaa vaatia vaihtoa 5-8 vuoden kohdalla.
| Säteilyparametri | PTFE | Ruostumaton teräs | Titaani |
|---|---|---|---|
| Säteilyn hajoamismekanismi | Ketjun katkeaminen (mekaaninen heikennys) | Korroosion tehostaminen | Korroosion tehostaminen |
| Annos 25 %:n mekaanisten ominaisuuksien häviämiseen | ~5 × 10⁴ harmaa (5 MRad) | >10⁷ Harmaa (ei mekaanista vaikutusta) | >10⁷ Harmaa |
| Pintakontaminaatiomekanismi | Minimaalinen absorptio (vain pinta) | Oksidikalvo imee isotooppeja | Oksidikalvo imee isotooppeja |
| Dekontaminoinnin tehokkuus | Erinomainen (kemiallinen pesu palauttaa puhtaan pinnan) | Huono (isotoopit läpäisevät oksidikerroksen) | Huono tai kohtalainen |
| Käytettyjen laitteiden luokitus | Matala{0}}-aktiivinen jäte (vain pintakontaminaatio) | Korkeampi aktiivisuus (tilavuuskontaminaatio) | Korkeampi aktiivisuus |
Dekontaminoinnin etu
Dekontaminaatio on tärkein PTFE:n etu ydinvoimapalveluissa. Metalliset pinnat imevät radioaktiivisia isotooppeja oksidikerrokseensa. Cesium, strontium ja aktinidit tunkeutuvat oksidipinnoitteeseen ja integroituvat metallipintaan. Tämän saastumisen poistaminen vaatii tehokasta kemiallista käsittelyä -vahvat hapot, kompleksinmuodostajat-, jotka voivat vahingoittaa metallia. Dekontaminoinnin jälkeen jää jäljelle jäännösaktiivisuutta ja metallikomponentti on käsiteltävä ja hävitettävä radioaktiivisena jätteenä.
PTFE:ssä ei ole oksidikalvoa. Radio-aktiiviset isotoopit eivät pääse pintaan. Kontaminaatio ulottuu vain molekyylin ulkopintaan, muutaman nm:n syvyyteen. Kaikki pintasaasteet poistetaan kemiallisella pesulla heikolla hapolla tai dekontaminaatioliuoksella. Puhdistettu PTFE voidaan käyttää uudelleen{5}}tai hävittää erittäin matalatasoisena roskana.
Laitoksille, jotka hallitsevat omaa radioaktiivisten jätteiden varastoaan, PTFE-komponentteihin liittyvä pienempi jätekuorma tarjoaa huomattavan toiminnallisen ja taloudellisen hyödyn.
Kemiallisen yhteensopivuuden peitto
Radioaktiivisuus ei ole ydinjätteen ainoa ongelma: se on myös kemiallisesti vihamielistä. Lämmönvaihdin altistetaan uudelleenkäsittelylle typpihapolle, jätteiden neutraloinnissa käytettävälle emäkselle ja dekontaminaatiossa käytettäville kompleksinmuodostajille. PTFE ei reagoi näiden aineiden kanssa missään pH-arvossa. Metalliset lämmönvaihtimet on valittava siten, että ne ovat yhteensopivia tietyn jätekemian kanssa, ja kemian muutos aiheuttaa korroosioriskin.
PTFE on käyttökelpoinen materiaali jätesäiliön lämmityssovelluksiin sen säteilynkestävyyden, yksinkertaisen puhdistuksen ja kemiallisen yleispätevyyden ansiosta, jos annosnopeus on toleranssirajansa sisällä.
Yhteenveto
PTFE-lämmönvaihtimet ovat sopiva vaihtoehto ydinjätesäiliöiden lämmittämiseen, kun säteilyannosnopeus mahdollistaa riittävän käyttöiän. Materiaalin sietokyky kumulatiiviselle annokselle 10⁴-10⁵ Grey kattaa monia säiliösovelluksia. Suurin etu on dekontaminaatio – PTFE ei absorboi radioaktiivisia isotooppeja pintaoksidikerrokseen. Kemiallinen pesu tarjoaa puhtaan irrotettavan pinnan. Hukkaan menevän vaihtimen radioaktiivinen jätekuorma on pieni. PTFE:llä on yleinen kemiallinen kestävyys, mikä on vahva argumentti sen käytölle ydinjätesäiliöiden lämmityssovelluksissa.
Säteilyympäristön tekninen tuki PTFE-lämmönvaihtimen tekniset tiedot toimitetaan saatuaan annosnopeustiedot, jätekemian, vaaditun käyttöiän ja dekontaminaatiovaatimukset.
