用于减少核反应堆所用的部件的表面的放射性污染的方法
【专利说明】用于减少核反应堆所用的部件的表面的放射性污染的方法
[0001] 本发明涉及一种用于减少核反应堆所用的部件（该部件与放射性污染水接触） 的表面的放射性污染的方法。所述部件在第一种方法变化形式中为核电站导水回路，即特 别是压水反应堆、沸水反应堆或重水反应堆主要回路，即通常为核反应堆冷却回路系统的 组成部分，并且在第二种方法变化形式中为维修反应堆或回路系统时与放射性水接触的部 件，即为工具或池壁。不管在哪种情况下，由于与放射性水直接接触，部件表面都会发生污 染。因此在实施维修工作之前有必要对回路系统内表面进行耗时且不经济的去污处理。这 也适用于维修过程中受到污染的表面。
[0002] 基于此，本发明的任务在于，提出一种方法，通过该方法减少部件表面的污染并从 而降低清洁或去污费用，所述费用也包括处置去污清洗液。
[0003] 该任务通过权利要求1所述方法得以实现。令人惊喜地发现，疏水性（hydrophob) 膜，特别是在核反应堆动力操作条件下，尤其对冷却剂中包含的离子具有过滤效果。因此会 防止或至少阻碍放射性核素沉积在部件表面，这种沉积可能会导致部件被放射性污染或提 高部件的剂量率。为此第二种方法变化形式具有的优点在于，在检修时与放射性污染水接 触的表面不会被工具或至少是较小程度地受到放射性污染，这可能与对实施检修工作的人 员产生相应的放射性污染相关。此外还降低了清洁工具的费用。
[0004] 第二种方法变化形式中还令人惊奇的是，在疏水性膜下面，即在薄膜与金属部件 表面之间还形成了构成防腐蚀的氧化层，其中由于没有置入或至少减少置入来源于放射性 水或冷却剂的放射性核素，因此放射性核素在其生长过程中无放射性或放射性至少比常规 方法低。此外还有利的是，在后续消除导水回路污染时，借助化学清洗液去除部件表面的氧 化层，这时待处置废物中放射性核素的量有所减少。
[0005] 现在将参考附图对本发明进行更加详细的说明。图中显示：
[0006] 图1以清晰的示意图示出了压水反应堆的主要回路，
[0007] 图2为示出了测试结果的示图，
[0008] 图3示出了溢流池，在其壁上设置有疏水性膜，
[0009] 图4示出了构造成潜水器的工具，其表面设置有疏水性膜。
[0010] 在核反应堆运行条件下，非合金钢和低合金钢，甚至不锈钢，例如构成冷却回路管 道系统的FeCrNi奥氏体不锈钢，例如构成蒸汽发生器交换管和其它用于冷却剂栗例如含 钴组件的镍合金，在水中有一定的溶解度。从所述合金中溶解出来的金属离子随冷却剂流 进入反应堆压力容器，其在这里通过此处存在的中子辐射部分转化为放射性核素。核素又 被冷却剂流分布在整个冷却系统并堆积在氧化层中，所述氧化层是在运行时形成于冷却系 统组件的表面上的。沉积的活化核素的量会随运行时间的增加而增加，从而使得在冷却系 统的组件上的放射性或剂量率增加。
[0011] 在对冷却系统进行控制、维护、检修和拆卸之前有必要减少各部件或整个回路系 统的放射性辐射，以便减少对人员的辐射负担。这是通过以下方式实现的，即借助去污方法 尽量完全地去除在部件表面上现有的氧化层。在此类去污过程中，将整个冷却系统或将大 致由阀与之隔开的部件填充含水的清洗液，或者将所述系统的各部件在单独的、含有清洗 液的容器中进行处理，在该容器中氧化层会溶解。随后可将从氧化层进入溶液中的金属离 子从溶液中去除，其方式是通过离子交换剂来引导金属离子。这里的问题特别是会产生大 量放射性废物，其处置需要花大力气且成本高。
[0012] 在第一种方法变化形式中，在回路组件的与放射性污染水或反应堆冷却剂接触的 表面会生成由两亲物质构成的疏水性膜。为此目的，将上述类型的成膜剂计量添加入位于 回路中的水或冷却剂中。在这种情况下没有设置永久性的计量装置，特别是在反应堆运行 时没有设置。实际上，当部件表面上形成封闭的疏水性膜时，成膜（Filmbildung)就完成 了。令人惊奇地发现，该疏水性膜具有一定的、可透过水分子的穿透性，但其不能让非极性 分子（如氧气）透过。因此水分子会进入部件表面，从而可在该处形成氧化层，其中由于不 存在氧，故氧化层基本由磁铁矿构成。这样实现的优点是，会形成保护性的氧化层，但在这 种情况下由于膜的过滤效果，氧化层具有的放射性比放射性核素和胶体低。
[0013] 其上应该会形成疏水性膜的相应表面，其可以是裸金属或具有已在反应堆运行时 产生的或也以其它方式产生的氧化层。在前述情况下，将膜施加到通过去污方法基本上去 除了氧化层的表面上或施加到将要置入回路或已置入回路的新的部件表面上。
[0014] 特别有利的是，将冷却回路进行部分循环或完整循环去污之后或在新部件上实施 第一种方法变化形式，其中所述新部件取代已置入的部件。然后相应的部件表面在生成疏 水性膜时不会被任何明显的氧化层覆盖并且只会受到很少的放射性污染或根本不会受到 放射性污染，从而使得上述有利的效果特别突出。在现有氧化层上生成膜有利的是，该氧化 层是根据本发明生成的，即涉及这样一种氧化层，其产生于施加在表面的疏水性膜之下，在 长时间运行后该疏水性膜会完全或部分脱落。
[0015] 将成膜的两亲物质计量添加到冷却剂中优选在反应堆运行以外的时刻进行，即在 反应堆的性能水平尚未被调节到临界状态时进行。由于反应堆压力容器中的辐射强度较之 运行时大大降低，因此两亲物质的辐解风险也有所降低。因此，疏水性膜例如在反应堆启动 阶段产生，其中存在这种可能，即在辐射水平上升到对两亲物质有害的水平之前完成成膜。 在采取检修措施的过程中也可成膜，在这一过程中将燃料元件从反应堆压力容器中移除。 为了确保不会形成多层的膜，可以计算出膜将覆盖的面积并计量添加适量的两亲物质到冷 却剂。封闭的单分子膜已形成的指标也可以如W0 2013/127844A1所述，根据两亲物质的 浓度分布并且例如终止所述物质的计量添加，前提是冷却剂中所述物质的浓度在至少一个 测量点达到lppm至2ppm。
[0016] 在第一种方法变化形式的另一优选实施形式中，在生成疏水性膜之前，在冷却回 路部件的表面上施加至少一种沉积物。沉积物在这里被理解成化合物或元素，例如贵金属 如钼，其会对在部件表面形成的氧化层产生影响。将沉积物或其前驱体（Piiikursor)计量 添加入冷却剂中，其中所述沉积物或其前驱体会通过流经冷却回路的冷却剂分布在整个回 路或与其分开的区域。例如当冷却剂中存在还原条件时，沉积物会沉积在部件表面。通过所 述方式通常会产生这种可能，即借助将沉积物或相应的沉积层覆盖的疏水性膜在冷却剂中 所含介质作用之前在反应堆启动阶段或在运行条件下保护部件表面现存的沉积物或相应 的沉积层，以阻止发生例如会引起沉积层产生化学转换或产生不期望的反应产物的反应。
[0017] 在这里所讨论的实施形式中特别有利的是，计量添加铬酸盐，例如铬酸铁或铬酸 锌到冷却剂用于生成沉积层。在部件表面将所述盐的六价铬与作为反应物部分的铁发生反 应并还原成三价铬，从而使亚铬酸盐沉积在部件表面。三价铬进入在表面逐渐形成的氧化 层，在这种情况下形成具有较高保护作用的富含铬的尖晶石氧化物。在核反应堆启动期间， 大概是由于冷却剂中溶解有氧或过氧化氢的缘故，在冷却剂中存在氧化条件，这会导致将 沉积的亚铬酸盐氧化成可溶性铬酸盐，也就是使得上述反应反过来，这是在反应堆启动阶 段时发生的。但根据本发明，通过疏水性膜将阻止这种情