[發明專利]用于核反應堆的冷卻劑回路的組件的表面去污的方法

在審

• 申請號: 201380069696.7
• 申請日: 2013-12-11
• 公開（公告）號: CN104903969A
• 公開（公告）日: 2015-09-09
• 發明（設計）人: 路易斯·森佩雷貝爾達;約瑟·佩德羅·莫雷拉多阿馬拉爾;克里斯蒂安·托夫
• 申請（專利權）人: 阿海琺有限公司
• 主分類號: G21F9/00
• 分類號: G21F9/00;G21F9/30;G21F9/28
• 代理公司: 北京安信方達知識產權代理有限公司 11262
• 代理人: 高瑜;程爽

本發明涉及一種用于核反應堆(即壓水反應堆或沸水反應堆)的冷卻劑回路的組件的表面去污的方法。冷卻劑回路的核心元件為反應堆壓力容器，其中布置了含有核燃料的燃料組件。通常在反應堆壓力容器上，多個冷卻回路分別與相應的冷卻劑泵連接。

在溫度為300℃范圍中的(例如壓水反應堆的)動力操作的條件下，本身不銹的FeCrNi奧氏體鋼(其例如構成了冷卻回路的管系統)，鎳合金(其例如構成了蒸汽發生器的交換器管)以及其它比如用于冷卻劑泵的、例如含鈷的組件表現出在水中有一定的溶解度。從上述合金中溶出的金屬離子隨冷卻劑流到達反應堆壓力容器，這些金屬離子在該反應堆壓力容器中通過在此處的中子輻射被部分地轉化成放射性核素(Nuklide)。核素又通過冷卻劑流分布在整個冷卻劑系統中并沉積在氧化層中，該氧化層是在運行時在冷卻劑系統的組件的表面上形成的。隨著運行時間延長，經過活化的核素積聚在氧化層中和/或氧化層上，從而使得冷卻劑系統組件的放射性或放射性劑量率提高。氧化層根據組件所用合金的類型含有作為主要成分的氧化鐵(其具有二價和三價的鐵)以及其它特別是鉻和鎳的金屬氧化物，其作為合金的組成部分存在于上述鋼中。其中，鎳總是以二價形式(Ni²⁺)存在，鉻以三價形式(Cr³⁺)存在。

在對冷卻劑系統采取控制、維護、修理和拆卸措施之前，有必要減少各個組件或元件的放射性輻射，以便減少對人員的輻射負荷。其實現方式是，通過去污方法盡量完全去除組件表面現有的氧化層。在這種去污過程中，要么將整個冷卻劑系統或例如通過閥門與之分離的部件填充水性的清洗液，要么將系統的各個組件在單獨的、含有清洗液的容器中進行處理。

對于含鉻組件而言要首先對氧化層進行氧化處理(氧化步驟)，并隨后在酸性條件下在所謂的去污步驟中用酸(在下面稱之為去污酸或清洗酸)將氧化層溶解。在處理過程中隨著去污酸進入溶液的金屬離子從溶液中被去除，方式是將這些金屬離子引導通過離子交換器。

在氧化步驟之后可能存在的過量氧化劑在還原步驟中通過加入還原劑將其中和或還原。因此在沒有氧化劑時，在去污步驟中溶解氧化層或溶出金屬離子。過量氧化劑的還原可以是獨立的處理步驟，其中清洗液中添加了只用于還原目的的還原劑，例如抗壞血酸、檸檬酸或草酸來還原高錳酸鹽離子和二氧化錳。但是也可在去污步驟中實現過量的氧化劑的還原，其中添加了大量的有機去污酸，該去污酸一方面足夠將過量的氧化劑中和或還原，并且另一方面會致使氧化物溶解。通常，多次進行包含處理步驟“氧化步驟-還原步驟-去污步驟”或“同時伴有還原的氧化步驟-去污步驟”的處理或去污循環，以便充分去污或減少組件表面的放射性。上述類型的去污方法通稱為例如CORD(化學氧化、還原和去污)。

有必要對氧化層進行氧化處理，因為三價鉻氧化物和特別是尖晶石類型的含三價鉻的混合氧化物在要用于去污的去污酸中微溶。因此，為了提高溶解度，要首先用氧化劑如Ce⁴⁺、HMnO₄、H₂S₂O₈、KMnO₄、含酸的KMnO₄的水性溶液或堿液或臭氧來處理氧化層。這種處理的結果是三價鉻被氧化成六價鉻，其作為CrO₄^2-進入溶液。

由于去污步驟中存在還原劑，在使用有機去污酸的情況下總是如此，因此在氧化步驟中產生的、在水性溶液中以鉻酸鹽存在的六價鉻又被還原成三價鉻。在去污步驟結束時，清洗液中主要有三價鉻、二價鐵、三價鐵、二價鎳并且此外還有放射性同位素例如鈷60。這些金屬離子可通過離子交換器從清洗液中去除。在去污步驟中經常使用的去污酸為草酸，因為用草酸可以有效地將待從組件表面去除的氧化層溶解。

但是缺點在于，有些去污酸(特別是草酸)會與二價的金屬離子如Ni²⁺、Fe²⁺和Co²⁺形成微溶的沉淀物，若為草酸，下面示例性地涉及到此酸，會形成草酸鹽沉淀物。所述沉淀物可分布在整個冷卻劑系統中，其中沉淀物沉積在管道和元件(例如蒸汽發生器)的內表面上。再則沉淀物會加重整個方法實施的難度。

此外缺點還在于，特別是在草酸鹽沉淀物形成過程中會使水性溶液中含有的放射性核素產生共沉淀()并從而造成組件表面再次污染。如果組件的表面積與體積比大時，再次污染的風險特別大。特別地，對于蒸汽發生器而言就是這種情況，其具有大量直徑很小的交換器管。此外，優選是在低流量區域發生再次污染。