专利名称:对放射性污染的表面去污的方法
对放射性污染的表面去污的方法
本发明涉及用于对放射性污染的核装置表面去污的方法。对于下面用于示范的核电站来说，在带电运行中，以最高约350°c的热水作为冷却剂供给到冷却剂系统的零件表面，使得自身属于防腐蚀的铬镍钢和镍合金在一定程度上被氧化。在所述零件表面形成包含氧离子和金属离子的氧化物层。
在反应堆运行期间，金属离子以溶解形式或作为氧化物颗粒的组成成分从氧化物层进入到冷却水中，并从这里被运输到燃烧元件所处的反应堆压力容器中。由于在燃烧元件中进行的核反应产生中子射线，它将所述金属离子的一部分转化成放射性元素。例如从前面所述的有效组分的镍产生放射性钴-58。在核燃料中进行的核反应产生的α辐射性的超铀元素例如镅-241，它经由容纳核燃料的燃料棒的泄漏而作为氧化物进入冷却剂中。放射性元素通过循环的冷却水在一次回路(Primarkreis )中分配并且沉积在零件表面的氧化物层上，例如再沉积于冷却剂系统的管道的表面上，或者嵌入所述氧化物层中。沉积和 /或混入的放射性核素的量与所述系统和一次回路的部件周围环境中相对应的放射性辐射的量，都随着运行时间的延长而增加。如果希望例如在改建核电站的情况下降低上述量，则必须利用去污措施基本上将全部受到污染的氧化物层除去。
除去部件表面的氧化物层例如这样实现，即使得零件表面与包含有机酸的处理溶液相接触，对于冷却剂系统的情况则利用所述溶液填充该体系来实现。所述有机酸是与所述氧化物层中存在的金属离子形成水溶性的络合化合物的有机酸。在有些情况下，构成所述零件的合金包含铬。在这种情况下，所述零件上存在的氧化物层包含难溶的氧化铬 (III)。为了将其转化成可溶形式，在对表面进行所述酸处理之前，用强氧化剂例如高锰酸钾或者高锰酸处理所述表面。氧化铬(III)在此过程中被转化成更易溶的氧化铬(VI)。不依赖于是否进行氧化预处理，包含溶解形式的氧化物层组成成分的所采用的净化溶液，被蒸浓至残余量或者被引导经过离子交换器。在后一种情况下，以离子形式存在的氧化物层组成成分被保留在离子交换器中并因此从净化溶液中除去。装载有部分放射性离子组成成分的离子交换器材料和蒸浓时留下的残余量净化溶液分别以适当的形式被输入中间存储器或最终存储器。
对于这种一般来说涉及冷却剂系统检修例行实施的去污处理，基本上只检测发出 Y射线的核素如铬-51和钴-60。所述核素大部分例如被混入到部件的氧化物层中以它们的氧化物形式存在，它们相对容易地被常用去污溶液的有效物质，例如络合性酸溶解。超铀元素，例如前面已经提到的镅-241的氧化物比由金属和它们的放射性核素形成的氧化物更难溶解。在去污处理结束时存在的或主要附着在已清除了氧化物层的零件表面上的氧化物颗粒，它们是肉眼不可见的，因此与零件原来的氧化物层相比积聚了 α射线。所述的颗粒只是松散地附着在部件表面上，从而可以在擦拭测试过程中用布部分擦除。
例如在拆除核工业设施时，冷却剂系统的部件应再次利用，或者无论如何都可以不用复杂的保护措施来操作。所述附着在零件表面的颗粒可以很容易地脱除并经由呼吸道进入人体，这只有通过非常复杂的呼吸保护措施才可以防止。由此在部件上测量到的Y射线和β射线以及α射线的放射性必须保持低于预先给定的极限值，以使零件不再受到射线防护的限制。
实践中的各种表面去污伴随的问题是对包含被脱除的氧化物层的放射性组成成分所用去污溶液的进一步处理或清理。如前面已提到的，可行的方式是引导所用的去污溶液经过离子交换器，从而除去其中包含的荷电组成成分。
由此出发，本发明的目的在于，借助于存在于水溶液中的有效组分使得所述表面清除放射性颗粒，具体而言，如此进行，使得所述颗粒是可以以简单的方式从所述溶液中除去的。
所述目的根据权利要求
1如下实现，即用一种水溶液处理表面，所述水溶液包含用于除去表面附着的颗粒的有效组分，其中所述有效组分由包含磺酸、膦酸、羧酸和它们的盐的组的至少一种阴离子型表面活性剂构成。
令人惊奇地发现，所述表面活性剂可以一方面特别是以高效将金属氧化物颗粒首先从金属表面脱除，并且所述颗粒与表面活性剂一起附着在阴离子交换器或混合床离子交换器、由阴离子交换器和阳离子交换器构成的组合上。如果使用除了至少一种表面活性剂之外不含其它化学物质的溶液(这也是我们要寻求的)，则在实施去污之后保证了特别简单的清理，因为既不需要借助于UV光分解其它物质，也不需要借助于产生额外量的需要清理的离子交换树脂的离子交换器去除其它物质。其他有利的实施方案在从属权利要求
中给出O
下面将详细说明本发明。
下面实施例或试验中所用的试样材料来源于德国压水式反应堆的初级冷却剂循环拆除的零件。涉及由铌稳定化不锈钢切割的样片(Coupon)，材料号1.4551，其表面上具有核电站的冷却剂系统零件中常见的包含放射性元素的氧化物层。用常规的去污方法对所述样片进行预处理。
对试样的处理在实验室规模内在容量为500毫升至2升的硼硅玻璃瓶中进行。将所述试样悬挂在悬挂装置中的处理溶液中，所述悬挂装置由硼硅玻璃、不锈钢 1.4551、不锈钢ANSI 316或PTFE制成。加热至试验温度借助于电加热板来进行。利用接触式温度计调节温度并保持恒定。通过加入磁力搅拌器或机械搅拌器实现溶液的彻底混合。在放射化学实验室中测量试样上存在的放射性，根据DIN EN IS0/IEC17025 2005 (Deutsches Akkreditierungssystem Pr ufwesen GmbH(德国认证检测体系有限公司)，DeutscherAkkreditierungrat (德国认证委员会)(DAR)，Akkreditierungsurkunde Nr (认证证书号)DAP-PL-3500.81)进行认证。为了使结果可读取性更好，限制小数点后面的位数，对于计算例如去污因数时使用未去尾数的完整的数值。
对于α辐射性锕系元素钚(Pu)、镅(Am)、锔(Cm)的性能(Verhalten)，以测量镅-241为代表
对α射线的测量要求相对高的费用。相比之下，简单并快速得多以及此外还准确的得多的是Y活性的测定。因此作为用于发出α射线的锕系元素和/或超铀元素性能的指示剂，测定基于Y射线的镅-同位素-241的活性。
表1示例性地比较了经由Y射线检测器测定的上述试样上镅-241的活性的变化，与利用α射线检测器得出的同位素钚-240、锔-242和镅-241的活性的变化，分别在未处理状态下(编号1)、利用常规去污方法去污之后(编号2)和其中利用根据本发明以不同浓度的本发明的有效组分(编号3、4、5)的去污方法去污之后。为了简化对活性去除的比较，除了以Bq/cm2给出所获得的测量值外，还给出了以初始量为基础的百分比值。分别使用具有一种或相同的有机残基(CH3-(CH2)15-)的表面活性剂，具体而言，对于编号3是磺酸、 对于编号4是羧酸和对于编号5是膦酸。所述测试在95°C的温度和lg/Ι的表面活性剂浓度下实施。处理持续时间分别为约15小时，在处理期间不引导所述溶液经过离子交换器。
表1 镅-241作为指示核素的Y射线测量
权利要求
1.用于对金属零件表面进行化学去污的方法，所述方法中，-在第一处理步骤中，用包含有机去污酸的第一水性处理溶液将在零件上通过零件材料的腐蚀产生的氧化物层从所述零件表面脱除，和-在随后的第二处理步骤中用一种水溶液处理至少一部分清除了氧化物层的表面，所述水溶液包含用于去除附着在表面的颗粒的有效组分，其中所述有效组分由至少一种选自磺酸、膦酸、羧酸和这些酸的盐的阴离子型表面活性剂组成。
2.根据权利要求
1的方法，其特征在于，最迟在所述第二处理步骤结束之后引导第二处理溶液经过离子交换器。
3.根据权利要求
1或2的方法，其特征在于，使用包含具有12至22个碳原子的有机残基的表面活性剂。
4.根据权利要求
3的方法，其特征在于，使用包含具有14至18个碳原子的有机残基的表面活性剂。
5.根据权利要求
1 4中任一项的方法，其特征在于，所述第二处理步骤在25°C至低于100°c的温度下实施。
6.根据权利要求
5的方法，其特征在于处理温度高于50°C。
7.根据权利要求
5的方法，其特征在于处理温度高于80°C。
8.根据权利要求
5 7中任一项的方法，其特征在于，处理温度最高95°C。
9.根据前述权利要求
中任一项的方法，其特征在于，在所述第二处理步骤期间保持由于至少一种表面活性剂的存在而得到的所述第二处理溶液的PH值。
10.根据权利要求
1 9中任一项的方法，其特征在于，改变由于所述第二处理溶液中至少一种表面活性剂的存在而得到的PH值。
11.根据权利要求
10的方法，其特征在于，提高所述PH值。
12.根据前述权利要求
中任一项的方法，其特征在于，在所述第二处理溶液中将PH值调节为3至9。
13.根据权利要求
12的方法，其特征在于，第二处理溶液的pH值为6至8。
14.根据前述权利要求
中任一项的方法，其特征在于，所述第二处理溶液中包含浓度为 0. lg/Ι至10g/l的有效组分。
15.根据权利要求
14的方法，其特征在于，浓度为0.lg/Ι至3g/l。
16.根据前述权利要求
中任一项的方法，其特征在于，所述第二处理溶液中除了添加至少一种表面活性剂和任选地碱化剂或酸化剂之外，不添加其它化学物质。
17.根据前述权利要求
中任一项的方法，其特征在于，通过将至少一种或更多种用于脱除零件表面存在的氧化物层目的的去污酸从所述第一处理溶液中除去，而由所述第一处理溶液获得所述第二处理溶液。
18.根据权利要求
17的方法，其特征在于，将所述第一处理溶液用UV光辐射，从而将去污酸分解成二氧化碳和水。
19.根据权利要求
17或18的方法，其特征在于，引导所述第一处理溶液经过至少一个离子交换器，以便除去其中包含的金属离子。
20.根据前述权利要求
中任一项的方法，其特征在于，所述第一或第二处理溶液存在于容器中，并将待处理的零件在各种溶液中浸渍。
21.根据权利要求
1 20中任一项的方法，其特征在于，待处理的零件表面是容器和/ 或管道系统的内表面，其中所述容器和/或管道系统用第一或第二处理溶液填充。
22.根据权利要求
21的方法，其特征在于，所述方法用于核电站的冷却剂系统中。
专利摘要
本发明涉及用于对金属零件表面进行化学去污的方法，在所述方法的第一处理步骤中，用包含有机去污酸的第一水性处理溶液将在零件上通过零件材料的腐蚀产生的氧化物层从所述零件表面脱除，并在随后的第二处理步骤中用一种水溶液处理至少部分清除了氧化物层的表面，所述水溶液包含用于去除附着在表面的颗粒的有效组分，其中所述有效组分由至少一种选自磺酸、膦酸、羧酸和这些酸的盐的阴离子型表面活性剂组成。
文档编号G21F9/30GKCN102209992SQ201080003157
公开日2011年10月5日 申请日期2010年2月17日
发明者B·蔡勒, L·塞姆派尔贝尔达, R·加森, W·施韦格霍弗 申请人:阿利发Np有限公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan