Kako PTFE izmjenjivač topline podnosi radioaktivnu kontaminaciju u zagrijavanju spremnika za nuklearni otpad?
Ostavite poruku
Okruženje spremnika za nuklearni otpad
Spremnici za skladištenje nuklearnog otpada sadrže visoko radioaktivne tekućine-produkte fisije, aktinoide i korozivne kemikalije nastale preradom goriva. Spremnici zahtijevaju zagrijavanje kako bi se spriječilo taloženje, održala kemijska stabilnost ili pripremio otpad za ostakljivanje. Izmjenjivač topline unutar spremnika izložen je i polju zračenja iz otpada i agresivnom kemijskom okruženju otpadne otopine.
Metalni izmjenjivači topline-od nehrđajućeg čelika, titana, cirkonija-suočeni su s dva izazova u ovom okruženju: radijacijom-pojačana korozija i trajna kontaminacija površine. Polje zračenja ubrzava korozijske reakcije. Metalna površina apsorbira radioaktivne izotope, čineći sam izmjenjivač radioaktivnim otpadom kada se na kraju ukloni. Dekontaminacija je teška, a izmjenjivač postaje obveza za odlaganje.
PTFE se ponaša drugačije. Njegova tolerancija na zračenje niža je od metala-značajna mehanička degradacija događa se pri kumulativnim dozama iznad 10⁴-10⁵ Graya (1-10 MRad). Ali za doze tipične za unutrašnjost spremnika za otpad (10²-10⁴ Gray/godina), PTFE osigurava odgovarajući vijek trajanja. Što je još važnije, PTFE ne apsorbira radioaktivnu kontaminaciju u svoju strukturu. Površina se može dekontaminirati kemijskim pranjem, a istrošeni izmjenjivač ne predstavlja značajno opterećenje radioaktivnim otpadom.
Tolerancija zračenja PTFE-a
PTFE prolazi kroz lanac pod ionizirajućim zračenjem. Polimerna okosnica se lomi, smanjujući molekularnu težinu. Pri kumulativnim dozama iznad 10⁴ Greya (1 MRad) dolazi do mjerljivog gubitka vlačne čvrstoće i istezanja. Na 10⁵ Gray (10 MRad), materijal gubi 50-70% svojih mehaničkih svojstava. Na 10⁶ Gray (100 MRad), PTFE postaje krt i neupotrebljiv.
Brzina doze zračenja u unutrašnjosti spremnika za nuklearni otpad varira ovisno o sastavu otpada i starosti. Za tipični-otpad srednje razine, brzina doze na unutarnjoj površini spremnika je 10²-10⁴ Gray/godina. PTFE izmjenjivač topline u ovom okruženju nakuplja 10³-10⁵ Gray tijekom 10-godišnjeg vijeka trajanja. Na donjoj granici ovog raspona, mehanička degradacija je zanemariva. Na gornjem kraju, izmjenjivač može zahtijevati zamjenu nakon 5-8 godina.
| Parametar zračenja | PTFE | Nehrđajući čelik | Titanij |
|---|---|---|---|
| Mehanizam razgradnje zračenjem | Prekid lanca (mehaničko slabljenje) | Poboljšanje korozije | Poboljšanje korozije |
| Doza za 25% gubitka mehaničkih svojstava | ~5 × 10⁴ sivo (5 MRad) | >10⁷ Siva (bez mehaničkog učinka) | >10⁷ Siva |
| Mehanizam površinske kontaminacije | Minimalna apsorpcija (samo površina) | Oksidni film apsorbira izotope | Oksidni film apsorbira izotope |
| Učinkovitost dekontaminacije | Izvrsno (kemijsko pranje vraća čistu površinu) | Loše (izotopi prodiru kroz oksidni sloj) | Slabo do umjereno |
| Klasifikacija potrošene opreme | Niskoaktivni -otpad (samo površinska kontaminacija) | Veća aktivnost (kontaminacija volumena) | Veća aktivnost |
Prednost dekontaminacije
Dekontaminacija je najvažnija prednost PTFE-a za nuklearnu uslugu. Metalne površine upijaju radioaktivne izotope u svoje oksidne slojeve. Cezij, stroncij i aktinidi prodiru kroz oksidnu prevlaku i integrirani su u metalnu površinu. Uklanjanje ovog onečišćenja zahtijeva intenzivnu kemijsku obradu-jakim kiselinama, kompleksima-koji mogu oštetiti metal. Nakon dekontaminacije ostaje zaostala aktivnost, a metalna komponenta se mora tretirati i odložiti kao radioaktivni otpad.
PTFE nema oksidni film. Radio-aktivni izotopi ne dospiju na površinu. Onečišćenje se proteže samo do vanjske površine molekule, dubine nekoliko nm. Sva površinska onečišćenja uklanjaju se kemijskim pranjem slabom kiselinom ili otopinom za dekontaminaciju. Dekontaminirani PTFE može se ponovno-upotrijebiti ili odbaciti kao otpad vrlo niske razine.
Za postrojenja koja kontroliraju vlastiti inventar radioaktivnog otpada, smanjeno opterećenje otpadom povezano s PTFE komponentama pruža značajnu operativnu i ekonomsku korist.
Presloj za kemijsku kompatibilnost
Radioaktivnost nije jedini problem s nuklearnim otpadom: on je i kemijski neprijateljski raspoložen. Izmjenjivač topline je izložen ponovnoj obradi dušične kiseline, kaustika koji se koristi u neutralizaciji otpada i agenasa za kompleksiranje koji se koriste u operacijama dekontaminacije. PTFE ne reagira ni s jednom od ovih tvari pri bilo kojem pH. Metalni izmjenjivači topline moraju biti odabrani tako da budu kompatibilni s određenim kemijskim sastavom otpada, a promjena kemijskog sastava predstavlja rizik od korozije.
PTFE je održiv materijal za aplikacije grijanja spremnika za otpad zbog svoje otpornosti na zračenje, jednostavnosti čišćenja i kemijske univerzalnosti ako je brzina doze unutar granice tolerancije.
Sažetak
PTFE izmjenjivači topline prikladna su alternativa za zagrijavanje spremnika za nuklearni otpad kada brzina doze zračenja dopušta dovoljan vijek trajanja. Tolerancija materijala na kumulativnu dozu od 10⁴-10⁵ Gray pokriva mnoge primjene u spremnicima. Glavna prednost je dekontaminacija – PTFE ne apsorbira radioaktivne izotope u površinski oksidni sloj. Kemijsko pranje osigurava čistu površinu koja se može odvojiti. Opterećenje radioaktivnog otpada u otpadnom izmjenjivaču je malo. PTFE ima univerzalnu kemijsku otpornost što predstavlja snažan argument za njegovu upotrebu u aplikacijama za grijanje spremnika za nuklearni otpad.
Specifikacije PTFE izmjenjivača topline bit će pružene po primitku podataka o brzini doze, kemijskom sastavu otpada, potrebnom radnom vijeku i zahtjevima za dekontaminaciju.
