Kaip PTFE šilumokaitis atlaiko radioaktyvųjį užterštumą šildant branduolinių atliekų rezervuarą?
Palik žinutę
Branduolinių atliekų rezervuaro aplinka
Branduolinių atliekų saugyklose yra labai radioaktyvių skysčių{0}}skilimo produktų, aktinidų ir ėsdinančių cheminių medžiagų perdirbant kurą. Rezervuarus reikia šildyti, kad būtų išvengta kritulių, būtų išlaikytas cheminis stabilumas arba paruoštos atliekos stiklinimui. Talpyklos viduje esantis šilumokaitis yra veikiamas tiek atliekų radiacinio lauko, tiek agresyvios cheminės atliekų tirpalo aplinkos.
Metaliniai šilumokaičiai-nerūdijantis plienas, titanas, cirkonis- susiduria su dviem iššūkiais šioje aplinkoje: radiacijos-sukeltas korozijos padidėjimas ir nuolatinis paviršiaus užterštumas. Spinduliuotės laukas pagreitina korozijos reakcijas. Metalo paviršius sugeria radioaktyviuosius izotopus, todėl pats šilumokaitis tampa radioaktyviomis atliekomis, kai jis galiausiai pašalinamas. Nukenksminimas yra sudėtingas, o šilumokaičiui tenka atsakomybė.
PTFE elgiasi kitaip. Jo tolerancija spinduliuotei yra mažesnė nei metalų, -esant didesnėms nei 10⁴–10⁵ pilkosios (1–10 MRad) kumuliacinėms dozėms, įvyksta reikšmingas mechaninis skilimas. Tačiau esant atliekų rezervuaro vidinėms dozėms (10²–10⁴ pilkai per metus), PTFE užtikrina tinkamą tarnavimo laiką. Dar svarbiau, kad PTFE nesugeria radioaktyvaus užterštumo į savo struktūrą. Paviršius gali būti nukenksminamas cheminiu plovimu, o panaudotas šilumokaitis nėra didelė radioaktyviųjų atliekų našta.
PTFE spinduliuotės tolerancija
PTFE jonizuojančiosios spinduliuotės metu nutrūksta grandinė. Polimero stuburas nutrūksta, todėl sumažėja molekulinė masė. Kai kumuliacinės dozės viršija 10⁴ Gray (1 MRad), išmatuojamas tempimo stiprumo ir pailgėjimo sumažėjimas. Esant 10⁵ Gray (10 MRad) spalvai, medžiaga praranda 50-70% savo mechaninių savybių. Esant 10⁶ pilkai (100 MRad), PTFE tampa trapus ir netinkamas naudoti.
Radiacijos dozės galia branduolinių atliekų rezervuaro viduje skiriasi priklausomai nuo atliekų sudėties ir amžiaus. Įprastoms vidutinio aktyvumo atliekoms dozės galia bako vidiniame paviršiuje yra 10²–10⁴ pilkos spalvos per metus. PTFE šilumokaitis šioje aplinkoje per 10 metų eksploatavimo laiką sukaupia 10³–10⁵ pilkumo. Apatinėje šio diapazono dalyje mechaninis skilimas yra nereikšmingas. Viršutiniame gale šilumokaitį gali reikėti pakeisti 5-8 metų ribą.
| Radiacijos parametras | PTFE | Nerūdijantis plienas | Titanas |
|---|---|---|---|
| Radiacijos degradacijos mechanizmas | Grandinės kirpimas (mechaninis susilpnėjimas) | Korozijos stiprinimas | Korozijos stiprinimas |
| Dozė 25 % mechaninių savybių praradimui | ~5 × 10⁴ pilka (5 MRad) | >10⁷ Pilka (be mechaninio poveikio) | >10⁷ Pilka |
| Paviršiaus užteršimo mechanizmas | Minimali sugertis (tik paviršius) | Oksido plėvelė sugeria izotopus | Oksido plėvelė sugeria izotopus |
| Dezaktyvavimo efektyvumas | Puikus (cheminis plovimas atkuria švarų paviršių) | Prastas (izotopai prasiskverbia į oksido sluoksnį) | Prastas ar vidutinio sunkumo |
| Panaudotos įrangos klasifikacija | Žemo-koncentracijos atliekos (tik paviršiaus užterštumas) | Didesnis aktyvumas (užteršimas tūriu) | Didesnis aktyvumas |
Dezaktyvavimo pranašumas
Nukenksminimas yra svarbiausias PTFE pranašumas branduolinėje tarnyboje. Metaliniai paviršiai sugeria radioaktyvius izotopus į savo oksidų sluoksnius. Cezis, stroncis ir aktinidai prasiskverbia per oksidinę dangą ir yra integruoti į metalinį paviršių. Norint pašalinti šią taršą, reikalingas intensyvus cheminis apdorojimas-stipriomis rūgštimis, kompleksus formuojančiomis medžiagomis-, kurios gali pakenkti metalui. Po nukenksminimo lieka likutinis aktyvumas, o metalinis komponentas turi būti tvarkomas ir šalinamas kaip radioaktyviosios atliekos.
PTFE neturi oksido plėvelės. Radioaktyvieji izotopai nepatenka į paviršių. Užteršimas tęsiasi tik iki išorinio molekulinio paviršiaus, kelių nm gylio. Visa paviršiaus tarša pašalinama cheminiu plovimu silpna rūgštimi arba dezaktyvavimo tirpalu. Nukenksmintą PTFE galima pakartotinai naudoti{5}} arba išmesti kaip labai žemo lygio šiukšles.
Įrenginiams, kurie kontroliuoja savo radioaktyviųjų atliekų inventorių, sumažėjusi atliekų apkrova, susijusi su PTFE komponentais, suteikia didelę eksploatacinę ir ekonominę naudą.
Cheminio suderinamumo perdanga
Radioaktyvumas nėra vienintelė branduolinių atliekų problema: ji taip pat yra chemiškai priešiška. Šilumokaitis yra veikiamas perdirbant azoto rūgštį, šarmą, naudojamą atliekoms neutralizuoti, ir kompleksines medžiagas, naudojamas nukenksminimo operacijose. PTFE nereaguoja su jokia iš šių medžiagų esant jokiam pH. Metaliniai šilumokaičiai turi būti parinkti taip, kad būtų suderinami su konkrečia atliekų chemija, o cheminių medžiagų pasikeitimas kelia korozijos riziką.
PTFE yra tinkama medžiaga atliekų rezervuarų šildymui dėl atsparumo spinduliuotei, valymo paprastumo ir cheminio universalumo, jei dozės galia neviršija tolerancijos ribos.
Santrauka
PTFE šilumokaičiai yra tinkama alternatyva branduolinių atliekų konteineriams šildyti, kai radiacijos dozės galia leis pakankamai tarnauti. Medžiagos tolerancija 10⁴–10⁵ Pilkos spalvos kumuliacinei dozei apima daugelį rezervuarų. Pagrindinis privalumas yra nukenksminimas – PTFE nesugeria radioaktyvių izotopų į paviršinį oksido sluoksnį. Cheminis plovimas suteikia švarų nuimamą paviršių. Panaudoto šilumokaičio radioaktyviųjų atliekų apkrova yra maža. PTFE turi universalų cheminį atsparumą, o tai yra rimtas argumentas dėl jo naudojimo branduolinių atliekų rezervuarų šildymo sistemose.
Radiacinės aplinkos inžinerinė pagalba PTFE šilumokaičio specifikacija bus pateikta gavus dozės galios duomenis, atliekų chemiją, reikalingą tarnavimo laiką ir nukenksminimo reikalavimus.
