Cum rezistă un schimbător de căldură PTFE la contaminarea radioactivă în încălzirea rezervorului de deșeuri nucleare?
Lăsaţi un mesaj
Mediul rezervorului de deșeuri nucleare
Rezervoarele de depozitare a deșeurilor nucleare conțin lichide foarte radioactive-produse de fisiune, actinide și substanțe chimice corozive provenite din reprocesarea combustibilului. Rezervoarele necesită încălzire pentru a preveni precipitarea, pentru a menține stabilitatea chimică sau pentru a pregăti deșeurile pentru vitrificare. Schimbătorul de căldură din interiorul rezervorului este expus atât câmpului de radiație de la deșeuri, cât și mediului chimic agresiv al soluției reziduale.
Schimbătoarele de căldură metalice-oțel inoxidabil, titan, zirconiu-se confruntă cu două provocări în acest mediu: îmbunătățirea coroziunii indusă de radiații-și contaminarea permanentă a suprafeței. Câmpul de radiație accelerează reacțiile de coroziune. Suprafața metalică absoarbe izotopii radioactivi, făcând schimbătorul în sine deșeuri radioactive atunci când este în cele din urmă îndepărtat. Decontaminarea este dificilă, iar schimbătorul devine o obligație de eliminare.
PTFE se comportă diferit. Toleranța sa la radiații este mai mică decât degradarea mecanică semnificativă a metalelor-la doze cumulate de peste 10⁴-10⁵ Gri (1-10 MRad). Dar pentru dozele tipice pentru interiorul rezervoarelor de deșeuri (10²-10⁴ Gri/an), PTFE oferă o durată de viață adecvată. Mai important, PTFE nu absoarbe contaminarea radioactivă în structura sa. Suprafața poate fi decontaminată prin spălare chimică, iar schimbătorul uzat nu reprezintă o povară semnificativă de deșeuri radioactive.
Toleranța la radiații a PTFE
PTFE suferă o scisare a lanțului sub radiații ionizante. Coloana vertebrală a polimerului se rupe, reducând greutatea moleculară. La doze cumulate peste 10⁴ Gray (1 MRad), are loc o pierdere măsurabilă a rezistenței la tracțiune și a alungirii. La 10⁵ Gray (10 MRad), materialul își pierde 50-70% din proprietățile sale mecanice. La 10⁶ Gri (100 MRad), PTFE devine fragil și inutilizabil.
Rata dozei de radiație în interiorul unui rezervor de deșeuri nucleare variază în funcție de compoziția și vârsta deșeurilor. Pentru deșeurile tipice cu nivel mediu-, rata dozei la suprafața interioară a rezervorului este de 10²-10⁴ Gri/an. Un schimbător de căldură PTFE în acest mediu acumulează 10³-10⁵ Gri pe o durată de viață de 10 ani. La capătul inferior al acestui interval, degradarea mecanică este neglijabilă. La capătul superior, schimbătorul poate necesita înlocuire la 5-8 ani.
| Parametru de radiație | PTFE | Oţel inoxidabil | Titan |
|---|---|---|---|
| Mecanismul de degradare a radiațiilor | Scisarea lanțului (slăbire mecanică) | Îmbunătățirea coroziunii | Îmbunătățirea coroziunii |
| Doza pentru pierderea proprietății mecanice de 25%. | ~5 × 10⁴ gri (5 MRad) | >10⁷ Gri (fără efect mecanic) | >10⁷ Gri |
| Mecanismul de contaminare a suprafeței | Absorbție minimă (numai la suprafață) | Filmul de oxid absoarbe izotopii | Filmul de oxid absoarbe izotopii |
| Eficacitatea decontaminarii | Excelent (spălarea chimică restabilește suprafața curată) | Slab (izotopii pătrund în stratul de oxid) | Slab spre moderat |
| Clasificarea echipamentelor uzate | Deșeuri de-nivel scăzut (doar contaminarea suprafeței) | Activitate mai mare (contaminare de volum) | Activitate mai mare |
Avantajul decontaminarii
Decontaminarea este cel mai important avantaj PTFE pentru serviciul nuclear. Suprafețele metalice absorb izotopii radioactivi în straturile lor de oxid. Cesiu, stronțiu și actinide pătrund în stratul de oxid și sunt integrate în suprafața metalică. Îndepărtarea acestei poluări necesită un tratament chimic intensiv-acizi puternici, agenți de complexare-care pot dăuna metalului. Activitatea reziduală rămâne după decontaminare, iar componenta metalică trebuie tratată și eliminată ca deșeu radioactiv.
PTFE nu are peliculă de oxid. Izotopii radioactivi nu ajung la suprafață. Contaminarea se extinde doar la suprafața moleculară exterioară, la câțiva nm adâncime. Toată poluarea suprafeței este îndepărtată printr-o spălare chimică cu acid slab sau o soluție de decontaminare. PTFE decontaminat poate fi re-reutilizat sau aruncat ca gunoi cu nivel foarte scăzut.
Pentru instalațiile care își controlează propriul inventar de deșeuri radioactive, sarcina redusă de deșeuri asociată componentelor PTFE oferă un beneficiu operațional și economic considerabil.
Suprapunerea pentru compatibilitate chimică
Radioactivitatea nu este singura problemă a deșeurilor nucleare: este, de asemenea, ostilă din punct de vedere chimic. Schimbătorul de căldură este expus la reprocesare acid azotic, caustic utilizat în neutralizarea deșeurilor și agenți de complexare utilizați în operațiunile de decontaminare. PTFE nu reacționează cu niciuna dintre aceste substanțe la nici un pH. Schimbătoarele de căldură metalice trebuie alese astfel încât să fie compatibile cu chimia specifică a deșeurilor, iar o modificare a chimiei prezintă un risc de coroziune.
PTFE este un material viabil pentru aplicațiile de încălzire a rezervoarelor de deșeuri datorită rezistenței la radiații, simplității curățării și universalității chimice, dacă rata dozei este în limita de toleranță.
Rezumat
Schimbătoarele de căldură din PTFE sunt o alternativă potrivită pentru încălzirea containerelor de deșeuri nucleare atunci când rata dozei de radiație va permite o durată de viață suficientă. Toleranța materialului la o doză cumulativă de 10⁴-10⁵ Gri acoperă o mulțime de aplicații în rezervoare. Principalul avantaj este decontaminarea – PTFE nu absoarbe izotopii radioactivi într-un strat de oxid de suprafață. Spălarea chimică oferă o suprafață curată, care poate fi eliberată. Sarcina de deșeuri radioactive a schimbătorului de deșeuri este scăzută. PTFE are rezistență chimică universală, ceea ce reprezintă un argument puternic pentru utilizarea sa în aplicațiile de încălzire a rezervoarelor de deșeuri nucleare.
Specificațiile schimbătorului de căldură PTFE de suport pentru mediul de radiații vor fi furnizate la primirea datelor privind rata dozei, chimia deșeurilor, durata de viață necesară și cerințele de decontaminare.
