用于減少核反應(yīng)堆所用的部件的表面的放射性污染的方法
【專利說明】用于減少核反應(yīng)堆所用的部件的表面的放射性污染的方法
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于減少核反應(yīng)堆所用的部件（該部件與放射性污染水接觸） 的表面的放射性污染的方法。所述部件在第一種方法變化形式中為核電站導(dǎo)水回路，即特 別是壓水反應(yīng)堆、沸水反應(yīng)堆或重水反應(yīng)堆主要回路，即通常為核反應(yīng)堆冷卻回路系統(tǒng)的 組成部分，并且在第二種方法變化形式中為維修反應(yīng)堆或回路系統(tǒng)時(shí)與放射性水接觸的部 件，即為工具或池壁。不管在哪種情況下，由于與放射性水直接接觸，部件表面都會(huì)發(fā)生污 染。因此在實(shí)施維修工作之前有必要對(duì)回路系統(tǒng)內(nèi)表面進(jìn)行耗時(shí)且不經(jīng)濟(jì)的去污處理。這 也適用于維修過程中受到污染的表面。
[0002] 基于此，本發(fā)明的任務(wù)在于，提出一種方法，通過該方法減少部件表面的污染并從 而降低清潔或去污費(fèi)用，所述費(fèi)用也包括處置去污清洗液。
[0003] 該任務(wù)通過權(quán)利要求1所述方法得以實(shí)現(xiàn)。令人驚喜地發(fā)現(xiàn)，疏水性（hydrophob) 膜，特別是在核反應(yīng)堆動(dòng)力操作條件下，尤其對(duì)冷卻劑中包含的離子具有過濾效果。因此會(huì) 防止或至少阻礙放射性核素沉積在部件表面，這種沉積可能會(huì)導(dǎo)致部件被放射性污染或提 高部件的劑量率。為此第二種方法變化形式具有的優(yōu)點(diǎn)在于，在檢修時(shí)與放射性污染水接 觸的表面不會(huì)被工具或至少是較小程度地受到放射性污染，這可能與對(duì)實(shí)施檢修工作的人 員產(chǎn)生相應(yīng)的放射性污染相關(guān)。此外還降低了清潔工具的費(fèi)用。
[0004] 第二種方法變化形式中還令人驚奇的是，在疏水性膜下面，即在薄膜與金屬部件 表面之間還形成了構(gòu)成防腐蝕的氧化層，其中由于沒有置入或至少減少置入來源于放射性 水或冷卻劑的放射性核素，因此放射性核素在其生長(zhǎng)過程中無放射性或放射性至少比常規(guī) 方法低。此外還有利的是，在后續(xù)消除導(dǎo)水回路污染時(shí)，借助化學(xué)清洗液去除部件表面的氧 化層，這時(shí)待處置廢物中放射性核素的量有所減少。
[0005] 現(xiàn)在將參考附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更加詳細(xì)的說明。圖中顯示：
[0006] 圖1以清晰的示意圖示出了壓水反應(yīng)堆的主要回路，
[0007] 圖2為示出了測(cè)試結(jié)果的示圖，
[0008] 圖3示出了溢流池，在其壁上設(shè)置有疏水性膜，
[0009] 圖4示出了構(gòu)造成潛水器的工具，其表面設(shè)置有疏水性膜。
[0010] 在核反應(yīng)堆運(yùn)行條件下，非合金鋼和低合金鋼，甚至不銹鋼，例如構(gòu)成冷卻回路管 道系統(tǒng)的FeCrNi奧氏體不銹鋼，例如構(gòu)成蒸汽發(fā)生器交換管和其它用于冷卻劑栗例如含 鈷組件的鎳合金，在水中有一定的溶解度。從所述合金中溶解出來的金屬離子隨冷卻劑流 進(jìn)入反應(yīng)堆壓力容器，其在這里通過此處存在的中子輻射部分轉(zhuǎn)化為放射性核素。核素又 被冷卻劑流分布在整個(gè)冷卻系統(tǒng)并堆積在氧化層中，所述氧化層是在運(yùn)行時(shí)形成于冷卻系 統(tǒng)組件的表面上的。沉積的活化核素的量會(huì)隨運(yùn)行時(shí)間的增加而增加，從而使得在冷卻系 統(tǒng)的組件上的放射性或劑量率增加。
[0011] 在對(duì)冷卻系統(tǒng)進(jìn)行控制、維護(hù)、檢修和拆卸之前有必要減少各部件或整個(gè)回路系 統(tǒng)的放射性輻射，以便減少對(duì)人員的輻射負(fù)擔(dān)。這是通過以下方式實(shí)現(xiàn)的，即借助去污方法 盡量完全地去除在部件表面上現(xiàn)有的氧化層。在此類去污過程中，將整個(gè)冷卻系統(tǒng)或?qū)⒋?致由閥與之隔開的部件填充含水的清洗液，或者將所述系統(tǒng)的各部件在單獨(dú)的、含有清洗 液的容器中進(jìn)行處理，在該容器中氧化層會(huì)溶解。隨后可將從氧化層進(jìn)入溶液中的金屬離 子從溶液中去除，其方式是通過離子交換劑來引導(dǎo)金屬離子。這里的問題特別是會(huì)產(chǎn)生大 量放射性廢物，其處置需要花大力氣且成本高。
[0012] 在第一種方法變化形式中，在回路組件的與放射性污染水或反應(yīng)堆冷卻劑接觸的 表面會(huì)生成由兩親物質(zhì)構(gòu)成的疏水性膜。為此目的，將上述類型的成膜劑計(jì)量添加入位于 回路中的水或冷卻劑中。在這種情況下沒有設(shè)置永久性的計(jì)量裝置，特別是在反應(yīng)堆運(yùn)行 時(shí)沒有設(shè)置。實(shí)際上，當(dāng)部件表面上形成封閉的疏水性膜時(shí)，成膜（Filmbildung)就完成 了。令人驚奇地發(fā)現(xiàn)，該疏水性膜具有一定的、可透過水分子的穿透性，但其不能讓非極性 分子（如氧氣）透過。因此水分子會(huì)進(jìn)入部件表面，從而可在該處形成氧化層，其中由于不 存在氧，故氧化層基本由磁鐵礦構(gòu)成。這樣實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)是，會(huì)形成保護(hù)性的氧化層，但在這 種情況下由于膜的過濾效果，氧化層具有的放射性比放射性核素和膠體低。
[0013] 其上應(yīng)該會(huì)形成疏水性膜的相應(yīng)表面，其可以是裸金屬或具有已在反應(yīng)堆運(yùn)行時(shí) 產(chǎn)生的或也以其它方式產(chǎn)生的氧化層。在前述情況下，將膜施加到通過去污方法基本上去 除了氧化層的表面上或施加到將要置入回路或已置入回路的新的部件表面上。
[0014] 特別有利的是，將冷卻回路進(jìn)行部分循環(huán)或完整循環(huán)去污之后或在新部件上實(shí)施 第一種方法變化形式，其中所述新部件取代已置入的部件。然后相應(yīng)的部件表面在生成疏 水性膜時(shí)不會(huì)被任何明顯的氧化層覆蓋并且只會(huì)受到很少的放射性污染或根本不會(huì)受到 放射性污染，從而使得上述有利的效果特別突出。在現(xiàn)有氧化層上生成膜有利的是，該氧化 層是根據(jù)本發(fā)明生成的，即涉及這樣一種氧化層，其產(chǎn)生于施加在表面的疏水性膜之下，在 長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后該疏水性膜會(huì)完全或部分脫落。
[0015] 將成膜的兩親物質(zhì)計(jì)量添加到冷卻劑中優(yōu)選在反應(yīng)堆運(yùn)行以外的時(shí)刻進(jìn)行，即在 反應(yīng)堆的性能水平尚未被調(diào)節(jié)到臨界狀態(tài)時(shí)進(jìn)行。由于反應(yīng)堆壓力容器中的輻射強(qiáng)度較之 運(yùn)行時(shí)大大降低，因此兩親物質(zhì)的輻解風(fēng)險(xiǎn)也有所降低。因此，疏水性膜例如在反應(yīng)堆啟動(dòng) 階段產(chǎn)生，其中存在這種可能，即在輻射水平上升到對(duì)兩親物質(zhì)有害的水平之前完成成膜。 在采取檢修措施的過程中也可成膜，在這一過程中將燃料元件從反應(yīng)堆壓力容器中移除。 為了確保不會(huì)形成多層的膜，可以計(jì)算出膜將覆蓋的面積并計(jì)量添加適量的兩親物質(zhì)到冷 卻劑。封閉的單分子膜已形成的指標(biāo)也可以如W0 2013/127844A1所述，根據(jù)兩親物質(zhì)的 濃度分布并且例如終止所述物質(zhì)的計(jì)量添加，前提是冷卻劑中所述物質(zhì)的濃度在至少一個(gè) 測(cè)量點(diǎn)達(dá)到lppm至2ppm。
[0016] 在第一種方法變化形式的另一優(yōu)選實(shí)施形式中，在生成疏水性膜之前，在冷卻回 路部件的表面上施加至少一種沉積物。沉積物在這里被理解成化合物或元素，例如貴金屬 如鉬，其會(huì)對(duì)在部件表面形成的氧化層產(chǎn)生影響。將沉積物或其前驅(qū)體（Piiikursor)計(jì)量 添加入冷卻劑中，其中所述沉積物或其前驅(qū)體會(huì)通過流經(jīng)冷卻回路的冷卻劑分布在整個(gè)回 路或與其分開的區(qū)域。例如當(dāng)冷卻劑中存在還原條件時(shí)，沉積物會(huì)沉積在部件表面。通過所 述方式通常會(huì)產(chǎn)生這種可能，即借助將沉積物或相應(yīng)的沉積層覆蓋的疏水性膜在冷卻劑中 所含介質(zhì)作用之前在反應(yīng)堆啟動(dòng)階段或在運(yùn)行條件下保護(hù)部件表面現(xiàn)存的沉積物或相應(yīng) 的沉積層，以阻止發(fā)生例如會(huì)引起沉積層產(chǎn)生化學(xué)轉(zhuǎn)換或產(chǎn)生不期望的反應(yīng)產(chǎn)物的反應(yīng)。
[0017] 在這里所討論的實(shí)施形式中特別有利的是，計(jì)量添加鉻酸鹽，例如鉻酸鐵或鉻酸 鋅到冷卻劑用于生成沉積層。在部件表面將所述鹽的六價(jià)鉻與作為反應(yīng)物部分的鐵發(fā)生反 應(yīng)并還原成三價(jià)鉻，從而使亞鉻酸鹽沉積在部件表面。三價(jià)鉻進(jìn)入在表面逐漸形成的氧化 層，在這種情況下形成具有較高保護(hù)作用的富含鉻的尖晶石氧化物。在核反應(yīng)堆啟動(dòng)期間， 大概是由于冷卻劑中溶解有氧或過氧化氫的緣故，在冷卻劑中存在氧化條件，這會(huì)導(dǎo)致將 沉積的亞鉻酸鹽氧化成可溶性鉻酸鹽，也就是使得上述反應(yīng)反過來，這是在反應(yīng)堆啟動(dòng)階 段時(shí)發(fā)生的。但根據(jù)本發(fā)明，通過疏水性膜將阻止這種情