[发明专利]用于核反应堆的冷却剂回路的组件的表面去污的方法

说明书

本发明涉及一种用于核反应堆(即压水反应堆或沸水反应堆)的冷却剂回路的组件的表面去污的方法。冷却剂回路的核心元件为反应堆压力容器，其中布置了含有核燃料的燃料组件。通常在反应堆压力容器上，多个冷却回路分别与相应的冷却剂泵连接。

在温度为300℃范围中的(例如压水反应堆的)动力操作的条件下，本身不锈的FeCrNi奥氏体钢(其例如构成了冷却回路的管系统)，镍合金(其例如构成了蒸汽发生器的交换器管)以及其它比如用于冷却剂泵的、例如含钴的组件表现出在水中有一定的溶解度。从上述合金中溶出的金属离子随冷却剂流到达反应堆压力容器，这些金属离子在该反应堆压力容器中通过在此处的中子辐射被部分地转化成放射性核素(Nuklide)。核素又通过冷却剂流分布在整个冷却剂系统中并沉积在氧化层中，该氧化层是在运行时在冷却剂系统的组件的表面上形成的。随着运行时间延长，经过活化的核素积聚在氧化层中和/或氧化层上，从而使得冷却剂系统组件的放射性或放射性剂量率提高。氧化层根据组件所用合金的类型含有作为主要成分的氧化铁(其具有二价和三价的铁)以及其它特别是铬和镍的金属氧化物，其作为合金的组成部分存在于上述钢中。其中，镍总是以二价形式(Ni²⁺)存在，铬以三价形式(Cr³⁺)存在。

在对冷却剂系统采取控制、维护、修理和拆卸措施之前，有必要减少各个组件或元件的放射性辐射，以便减少对人员的辐射负荷。其实现方式是，通过去污方法尽量完全去除组件表面现有的氧化层。在这种去污过程中，要么将整个冷却剂系统或例如通过阀门与之分离的部件填充水性的清洗液，要么将系统的各个组件在单独的、含有清洗液的容器中进行处理。

对于含铬组件而言要首先对氧化层进行氧化处理(氧化步骤)，并随后在酸性条件下在所谓的去污步骤中用酸(在下面称之为去污酸或清洗酸)将氧化层溶解。在处理过程中随着去污酸进入溶液的金属离子从溶液中被去除，方式是将这些金属离子引导通过离子交换器。

在氧化步骤之后可能存在的过量氧化剂在还原步骤中通过加入还原剂将其中和或还原。因此在没有氧化剂时，在去污步骤中溶解氧化层或溶出金属离子。过量氧化剂的还原可以是独立的处理步骤，其中清洗液中添加了只用于还原目的的还原剂，例如抗坏血酸、柠檬酸或草酸来还原高锰酸盐离子和二氧化锰。但是也可在去污步骤中实现过量的氧化剂的还原，其中添加了大量的有机去污酸，该去污酸一方面足够将过量的氧化剂中和或还原，并且另一方面会致使氧化物溶解。通常，多次进行包含处理步骤“氧化步骤-还原步骤-去污步骤”或“同时伴有还原的氧化步骤-去污步骤”的处理或去污循环，以便充分去污或减少组件表面的放射性。上述类型的去污方法通称为例如CORD(化学氧化、还原和去污)。

有必要对氧化层进行氧化处理，因为三价铬氧化物和特别是尖晶石类型的含三价铬的混合氧化物在要用于去污的去污酸中微溶。因此，为了提高溶解度，要首先用氧化剂如Ce⁴⁺、HMnO₄、H₂S₂O₈、KMnO₄、含酸的KMnO₄的水性溶液或碱液或臭氧来处理氧化层。这种处理的结果是三价铬被氧化成六价铬，其作为CrO₄^2-进入溶液。

由于去污步骤中存在还原剂，在使用有机去污酸的情况下总是如此，因此在氧化步骤中产生的、在水性溶液中以铬酸盐存在的六价铬又被还原成三价铬。在去污步骤结束时，清洗液中主要有三价铬、二价铁、三价铁、二价镍并且此外还有放射性同位素例如钴60。这些金属离子可通过离子交换器从清洗液中去除。在去污步骤中经常使用的去污酸为草酸，因为用草酸可以有效地将待从组件表面去除的氧化层溶解。

但是缺点在于，有些去污酸(特别是草酸)会与二价的金属离子如Ni²⁺、Fe²⁺和Co²⁺形成微溶的沉淀物，若为草酸，下面示例性地涉及到此酸，会形成草酸盐沉淀物。所述沉淀物可分布在整个冷却剂系统中，其中沉淀物沉积在管道和元件(例如蒸汽发生器)的内表面上。再则沉淀物会加重整个方法实施的难度。

此外缺点还在于，特别是在草酸盐沉淀物形成过程中会使水性溶液中含有的放射性核素产生共沉淀()并从而造成组件表面再次污染。如果组件的表面积与体积比大时，再次污染的风险特别大。特别地，对于蒸汽发生器而言就是这种情况，其具有大量直径很小的交换器管。此外，优选是在低流量区域发生再次污染。