A 4. blokki minták dekontaminálhatóságának összehasonlító

A négyes blokki gőzfejlesztők primerköri felületén lerakódott kristályok morfológiáját, az általuk hordozott radioaktivitás, valamint kémiai ellenálló képességük potenciális sorrendjét az V.27. ábra szemlélteti. A mintafelületeken jelenlévő kristályok kémiai összetételüket tekintve többnyire spinell-szerkezetű kevert oxidok, amelyek lehetnek kis, illetve nagy krómtartalmúak. A krómmal szubsztituált magnetit kristályok meghatározó szerepet játszanak a felületi oxidréteg védőképességében, mivel a kromitok oldhatósága reduktív vízüzem esetén még magas hőmérsékleten is rendkívül alacsony [22]. Ezzel magyarázható kiemelkedő kémiai ellenálló képességük is, a nagy krómtartalmú és méretű, azaz a kis fajlagos felületű kristályok oldása a legnehezebb dekontaminálás során.

Normál üzemmenet esetén a krómmal, nikkellel szubsztituált spinell-szerkezetű oxid szilárd fázisú diffúzió révén alakul ki, amely hosszabb idejű primerköri tartózkodást igényel. Belátható tehát, hogy a krómmal, nikkellel jelentős mértékben szubsztituált kristályszemcsék feltételezhetően több aktivitást hordoznak, mivel hosszabb időt tartózkodtak a primerkörben. A kristályok által hordozott radionuklidok mennyiségének becslésére a III.2.3. fejezetben vázolt „aktivációs” és „transzport”

mechanizmust használtam fel. Amennyiben a „transzport mechanizmus” a domináns, a nagy krómtartalmú kisméretű, nagy fajlagos felületű kristályok által hordozott aktivitás potenciálisan a legnagyobb. (Ez elsősorban ⁶⁰Co, ^110mAg nuklidok esetén jellemző.) Ha az „aktivációs mechanizmus” a releváns, a nagy krómtartalmú és nagyméretű kristályok hordozzák potenciálisan az aktivitás döntő hányadát. Erre az esetre jellemző nuklidok (⁵⁵Fe, ⁵⁹Fe, ⁵¹Cr, ⁶³Ni, ⁵⁸Co, ⁵⁴Mn) az ausztenites acél főbb ötvöző elemeinek felaktiválásából keletkeztek az aktív zónában [114].

Természetesen a primerköri kristály szemcsék által hordozott radionuklidok mennyiségét, azaz a részecskék aktivitását az „aktivációs” és „transzport” mechanizmus egyaránt és egyidejűleg befolyásolja. Hangsúlyoznom kell továbbá, hogy a kristályok kémiai ellenálló képessége határozza meg az eltávolítható oxidréteg vastagságát, s így a dekontaminációs technológia hatékonyágát.

Mindezek tükrében a négyes blokk gőzfejlesztőiből származó acélcsőminták felületi tulajdonságai alapján értékeltem a végrehajtott dekontaminálások hatékonyságát a fontosabb technológiai paraméterek figyelembevétele mellett. Ennek érdekében az V.28. ábrán csoportosítottam a technológia fejlesztéshez felhasznált négyes blokki GF

mintákat, a felületükön jelenlévő kristályos oxidlerakódások típusa szerint. Az V.28.

ábra SEM-EDX eredményei alapján megállapítható, hogy a kezelt mintafelületeket négy típusba sorolhatjuk, amelyeken a bázistechnológia továbbfejlesztésével hatféle kémiai kezelést hajtottunk végre. Az acélcső minták felületein végrehajtott dekontaminálások hatékonyságát a felülettípus és az alkalmazott technológiai paraméterek függvényében az V.6. táblázatban foglaltam össze. A vizsgálati eredmények alapján a következő megállapításokat tehetjük:

(1) A minták dekontaminálhatósága a felületet borító kristályok típusai alapján

A különböző típusú négyes blokki mintafelületek dekontaminálásából egyértelműen megállapítható, hogy a „D” típusú kis krómtartalmú kristályokkal borított felületek közül a kisméretű, nagy fajlagos felületű kristályos lerakódások távolíthatók el a legkönnyebben a dekontaminációs kezelés során. Az eljárás során a felületről a ⁶⁰Co eltávolíthatósága 99%-os hatékonysággal valósítható meg. A nagy krómtartalmú kristályos lerakódások közül az „E” típusú, azaz a nagyméretű, kis fajlagos felületű kristályokkal borított felületek dekontaminálhatók a legnehezebben. Itt a ⁶⁰Co eltávolíthatósága szempontjából csak 60%-os hatékonyságot értünk el. Az „F” típusú mintafelületen végrehajtott dekontaminálás hatékonysága a ⁶⁰Co eltávolíthatósága szempontjából 82%-os.

(2) A dekontaminálás hatékonyságának növelése a technológiai paraméterek optimalizálásával

Az „F” típusú mintafelületen végrehajtott kétféle eljárás műveleti paramétereit figyelembe véve egyértelmű bizonyítást nyert, hogy az alkalmazott nagyobb térfogat/felület aránynak milyen mértékű hatékonyságnövelő szerepe van.

Az ugyanazon a modellrendszeren végrehajtott „E” és „F” típusú minták kémiai kezelése során a műveleti paratméterek az oldat koncentrációban, hőmérsékletben és áramlási sebességben különböztek. Nem dönthető el egyértelműen, hogy az „F” típusú mintafelület dekontaminálására kapott kiemlekedően jó hatékonyság értékek az optimált műveleti paramétereknek köszönhető, avagy az „E”, illetve „F” típusú felületen jelenlévő nagy krómtartalmú, de eltérő méretű, és fajlagos felületű kristályokkal hozható összefüggésbe.

V.27. ábra: A négyes blokki gőzfejlesztők primerköri acélfelületein kialakuló kristályos lerakódások csoportosítása [114]

Kémiai összetétel: Magnetit kristályok Spinell-szerkezetű kevert oxidok

(Fe₃O₄) (Cr_xNi_yFe_3-x-yO₄, ahol 0≤x+y≤3)

Kis krómtartalmú kristályok Nagy krómtartalmú kristályok Szemcseméret, jellemző

morfológia, (fajlagos felület)

A B C D E F

Nagyméretű, Kisméretű, Nagyméretű, Kisméretű, Nagyméretű, Kisméretű

(kis fajlagos felületű (nagy fajlagos felületű (kis fajlagos (nagy fajlagos (kis fajlagos (nagy fajlagos kristályok) kristályok) felületű kristályok) felületű kristályok) felületű felületű

kristályok) kristályok) Oldhatóságuk sorrendje azonos kémiai dekontamináló oldatban

B > A >> D > C > F > E

Kristályok által potenciálisan hordozott radionuklidok mennyisége (aktivitása)

− ha a „transzport” mechanizmus domináns ( ⁶⁰Co, ^110mAg)

A < B << C < D < E < F

− ha az „aktivációs” mechanizmus domináns (⁵⁵Fe, ⁵⁹Fe, ⁵¹Cr, ⁶³Ni, ⁵⁸Co, ⁵⁴Mn)

V.28. ábra: A négyes blokki minták SEM-felvételei a felületeket borító kristályos lerakódás típusainak tükrében

C 4/3 GF C 4/3(2) GF D 4/1(2) GF E 4/5(2) GF F 4/4(2) GF F 4/4(2) GF

− Frontális SEM-felvételek a dekontaminálás előtt N= 1000X

− Frontális SEM-felvételek a dekontaminálás után N= 1000X

− A metallográfiai csiszolatok SEM-felvételei a dekontaminálás után N= 3000X

− A jelölt pontokban mért EDX pontanalízis eredményei

V.6. táblázat:A bázistechnológia különböző változatainak hatékonysága az erőműben eredetileg nem dekontaminált mintafelületeken modellrendszer típusa dinamikus dinamikus dinamikus kvázi-statikus dinamikus kvázi-statikus A minta származási helye

blokk/ GF (a minta sorszáma a GF adatbázisban)

A bázistechnológia kiszakaszolható és kiszerelhető berendezésekre kifejlesztett változatainak fontosabb technológia paraméterei

térfogat/felület arány 2,7 2,7 1,6 14,0 2,7 14,0

ciklusok száma 2 3 3 2 2 2

HMnO₄ oldat koncentráció 1 g dm^-3 1 g dm^-3 1 g dm^-3 1 g dm^-3 3 g dm^-3 3 g dm^-3

hőmérséklet 90°C 90°C 30°C 90°C 90°C 90°C*

áramlási sebesség 1,5 m⋅s^-1 1,5 m⋅s^-1 1,5 m⋅s^-1 10^-3 m³⋅óra⁻¹ 1,5 m⋅s^-1 36 m³⋅óra⁻¹ Megjegyzés: * A kémiai kezelés során belső fűtőspirál segítségével a hőmérséklet folyamatosan 85-90°C volt

(3) A dekontaminációs technológiák felületkémiai és korróziós hatása

A négyes blokki mintákon végrehajtott hat dekontaminációs eljárás alkalmazását követően négy esetben a felületeken jelenlévő kristályos oxidlerakódás teljes mennyisége eltávolításra került és a mintafelületek érdessége jelentősen csökkent.

Ekkor a kezelt felületek kémiai összetétele megfelelt az ausztenites tömbi acélfázis összetételének. Két esetben, az „E” és „F” típusú felületen jelenlévő nagy krómtartalmú kristályok kémiai oldása csak részlegesen valósult meg, ennek következtében ~ 3-8 µm vastagságú nagy króm és oxigén tartalmú kristályos oxidlerakódás maradt a felületeken.

A kémiai dekontaminációs kezelést követően felületen maradt oxidmaradványok – feltehetően kromitok – kiváló kémiai ellenállóképességgel rendelkeznek. A 6.

függelékben összefoglaltam a dekontaminációs kezelések hatására a technológiai lépésekben az oldatfázisba jutó fő ötvöző komponensek (Fe, Cr, Ni) koncentráció értékeit. A táblázatokból megállapítható, hogy a kiszakaszolható berendezések kémiai kezelése során az utolsó lépésekben meghatározott oldott komponens koncentrációk kissebbek, mint 6,01 mg⋅⋅⋅⋅dm^-3. Az utolsó technológiai lépésekben eltávolított fém mennyiségek minden esetben két nagyágrenddel kissebbek, mint az előoxidációs lépésben oldatfázisba jutó ötvöző komponensek koncentrációi, így reálisan feltételezhető, hogy a kezelt felületekeken maradt oxidmaradványok mobilitása csekély.

A dekontamináló oldatok ICP-OES vizsgálata alapján megállapítható továbbá, hogy a technológia oxidoldási lépéseiben számottevő mennyiségű mangán távolítható el az acélfelületekről. Az EDX területanalízis eredményei azonban egyértelműen igazolják, hogy vegyszer maradványok – mangán-dioxid (Mn < 1,5%) és szerves szén C < 2%) – nem mutathatók ki számottevő mennyiségben a kezelt felületeken. Valószínűsíthető, hogy az optimált vegyszer koncenrációk hatására csekély mennyiségű mangán-dioxid válik le a felületeken és az oxálsav feleslege a mangán-dioxid csapadékot hatékonyan oldja.

A dekontaminációs kezeléssel összefüggésben a kezelt felületek passzív állapota nem romlott az eredeti felületekhez viszonyítva. A négyes blokki felületeken a kezelést követően mért korróziósebességek minden esetben kedvezőbbek, azaz a kezelt felületek átlagos korróziósebessége nem haladja meg a 0,45 µm⋅év^-1 értéket (V.3-5. táblázatok).

V.2.4.2. Az 1-3 reaktorblokk gőzfejlesztőiből származó minták