Как PTFE топлообменник издържа на радиоактивно замърсяване при отопление на резервоар за ядрени отпадъци?
Остави съобщение
Околната среда на резервоара за ядрени отпадъци
Резервоарите за съхранение на ядрени отпадъци съдържат силно радиоактивни течности-продукти на делене, актиниди и корозивни химикали от преработка на гориво. Резервоарите изискват нагряване, за да се предотврати утаяването, да се поддържа химическа стабилност или да се подготвят отпадъците за витрификация. Топлообменникът вътре в резервоара е изложен както на радиационното поле от отпадъците, така и на агресивната химическа среда на отпадъчния разтвор.
Металните топлообменници-от неръждаема стомана, титан, цирконий-се сблъскват с две предизвикателства в тази среда: радиационно-усилване на корозията и трайно повърхностно замърсяване. Радиационното поле ускорява корозионните реакции. Металната повърхност абсорбира радиоактивни изотопи, превръщайки самия топлообменник в радиоактивен отпадък, когато в крайна сметка бъде отстранен. Дезактивацията е трудна и топлообменникът се превръща в задължение за изхвърляне.
PTFE се държи различно. Неговата устойчивост на радиация е по-ниска от тази на металите-значително механично разграждане възниква при кумулативни дози над 10⁴-10⁵ Грей (1-10 MRad). Но за нивата на дозата, типични за вътрешността на резервоара за отпадъци (10²-10⁴ Грей/година), PTFE осигурява достатъчен експлоатационен живот. По-важното е, че PTFE не абсорбира радиоактивно замърсяване в своята структура. Повърхността може да бъде обеззаразена чрез химическо измиване, а отработеният топлообменник не представлява значителен товар за радиоактивни отпадъци.
Радиационната толерантност на PTFE
PTFE претърпява разкъсване на веригата под йонизиращо лъчение. Полимерният скелет се разрушава, намалявайки молекулното тегло. При кумулативни дози над 10⁴ Грей (1 MRad) настъпва измерима загуба на якост на опън и удължение. При 10⁵ Грей (10 MRad) материалът губи 50-70% от механичните си свойства. При 10⁶ сиво (100 Mrad), PTFE става чуплив и неизползваем.
Мощността на дозата на радиация във вътрешността на резервоара за ядрени отпадъци варира в зависимост от състава и възрастта на отпадъците. За типичните средно{1}}активни отпадъци мощността на дозата на вътрешната повърхност на резервоара е 10²-10⁴ Грей/година. PTFE топлообменник в тази среда натрупва 10³-10⁵ Грей за 10-годишен експлоатационен живот. В долния край на този диапазон механичното разграждане е незначително. В горния край топлообменникът може да изисква подмяна след 5-8 години.
| Радиационен параметър | PTFE | Неръждаема стомана | Титан |
|---|---|---|---|
| Механизъм на радиационно разграждане | Разкъсване на веригата (механично отслабване) | Подобряване на корозията | Подобряване на корозията |
| Доза за 25% загуба на механични свойства | ~5 × 10⁴ сиво (5 MRad) | >10⁷ Сиво (без механичен ефект) | >10⁷ Сиво |
| Механизъм на повърхностно замърсяване | Минимална абсорбция (само повърхност) | Оксидният филм абсорбира изотопи | Оксидният филм абсорбира изотопи |
| Ефективност на обеззаразяване | Отличен (химическото измиване възстановява чистата повърхност) | Лош (изотопите проникват в оксидния слой) | Лош до умерен |
| Класификация на използваното оборудване | Ниско{0}}активни отпадъци (само повърхностно замърсяване) | По-висока активност (обемно замърсяване) | По-висока активност |
Предимството на обеззаразяването
Дезактивацията е най-важното предимство на PTFE за ядрени услуги. Металните повърхности поглъщат радиоактивни изотопи в техните оксидни слоеве. Цезий, стронций и актиниди проникват през оксидното покритие и са интегрирани в металната повърхност. Отстраняването на това замърсяване изисква интензивно химическо третиране-силни киселини, комплексообразуващи агенти-, които могат да навредят на метала. След дезактивацията остава остатъчна активност и металният компонент трябва да се третира и изхвърли като радиоактивен отпадък.
PTFE няма оксиден филм. Радио{1}}активните изотопи не достигат до повърхността. Замърсяването се простира само до външната молекулна повърхност, на няколко nm дълбочина. Всички повърхностни замърсявания се отстраняват чрез химическо измиване със слаба киселина или дезактивиращ разтвор. Обеззаразеният PTFE може да се-използва повторно или да се изхвърли като боклук с много ниско съдържание.
За съоръжения, които контролират собствения си инвентар на радиоактивни отпадъци, намаленото натоварване на отпадъците, свързано с PTFE компонентите, осигурява значителна оперативна и икономическа полза.
Покриването за химическа съвместимост
Радиоактивността не е единственият проблем с ядрените отпадъци: те са и химически враждебни. Топлообменникът е изложен на повторна обработка на азотна киселина, каустик, използван при неутрализация на отпадъци, и комплексообразуващи агенти, използвани при операции по обеззаразяване. PTFE не реагира с нито едно от тези вещества при никакво рН. Металните топлообменници трябва да бъдат избрани така, че да са съвместими с конкретната химия на отпадъците, а промяната в химията представлява риск от корозия.
PTFE е жизнеспособен материал за приложения за нагряване на резервоари за отпадъци поради своята устойчивост на радиация, простота на почистване и химическа универсалност, ако мощността на дозата е в допустимите граници.
Резюме
PTFE топлообменниците са подходяща алтернатива за отопление на контейнери за ядрени отпадъци, когато мощността на дозата на радиация ще позволи достатъчен експлоатационен живот. Толерантността на материала към кумулативна доза от 10⁴-10⁵ Грей покрива много приложения в резервоари. Основното предимство е обеззаразяването – PTFE не абсорбира радиоактивни изотопи в повърхностен оксиден слой. Химическото измиване осигурява чиста освобождаема повърхност. Натоварването с радиоактивни отпадъци в обменника за отпадъци е ниско. PTFE има универсална химическа устойчивост, което е силен аргумент за използването му в приложения за отопление на резервоари за ядрени отпадъци.
Техническа поддръжка на радиационната среда Спецификация на PTFE топлообменника ще бъде предоставена при получаване на данни за мощността на дозата, химическия състав на отпадъците, необходимия експлоатационен живот и изискванията за обеззаразяване.
