V. KÍSÉRLETI EREDMÉNYEK
V.2. A kémiai dekontaminációs bázistechnológia továbbfejlesztett változatainak
V.2.2. A kiszerelhető berendezések dekontaminálásáre kifejlesztett technológia
Ebben a fejezetben a bázistechnológia továbbfejlesztésével a kiszerelhető berendezések – elsősorban a főkeringtető szivattyú – dekontaminálására alkalmas eljárás laboratóriumi hatásvizsgálatát mutatom be három különböző felület típuson. A vizsgálatokat egy erre a célra kifejlesztett – a paksi atomerőműben alkalmazott dekontamináló kád műszaki paramétereivel megegyező – kvázi-statikus modell rendszerben hajtottuk végre.
Az FKSZ forgórész dekontaminálására kifejlesztett technológa laboratóriumi hatásvizsgálata során meghatározott anyagtranszport és dekontaminációs jellemzőit az V.15. ábra szemlélteti. A bal oldali ábrán a becsült eltávolított felületi rétegvastagság, míg a jobb oldali ábrán a γ-spektrometriás eredményekből számolt kumulatív dekontaminációs faktor értékek láthatóak. A vizsgált felületeken mért s a dekontaminációs faktorok számításához felhasznált nuklidspecifikus intenzitás értékeket a 4. függelék F.4.1.1-3. táblázatai tartalmazzák.
A kémiai kezelést követően az erőművi dekontaminált minták esetén a becsült eltávolított rétegvastagságok közel azonos értékűek, a technológia hatékonyságára jellemző dekontaminációs faktorok is rendkívül kedvezőek. A 2/2(1) GF minta dekontaminációs faktora különösen nagy, ami a mintafelületen jelenlévő ~ 10 µm vastagságú hibrid szerkezetű speciális oxidréteggel magyarázható (lásd később).
V.15. ábra: A főkeringtető szivattyú forgórész dekontaminálására kifejlesztett technológia hatékonyságára jellemző becsült eltávolított felületi oxidréteg vastagság értékek és kumulatív
dekontaminációs faktorok Jelmagyarázat:
(■): dekontaminált csőminták esetén (■): nem dekontaminált csőminta esetén
0
-0,4 -0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 Potenciál / V
lgi / A cm-2
-6
-7 -5
-8
-9
A nem dekontaminált 4/5(2) GF mintán végzett hatékonyság vizsgálatok eredményeit tekinve látható, hogy a viszonylag nagy eltávolított rétegvastagság mellett rendkívül kedvezőtlen dekontaminációs faktort értünk el. Az ellentmondásnak tűnő vizsgálati eredményeket a technológia felületkémiai hatásának bemutatásakor részletesen fogom tárgyalni.
A FKSZ forgórész dekontaminálására kifejlesztett technológia hatásvizsgálatánál felhasznált erőművi dekontaminált és nem dekontaminált acélcső minták belső felületének 12 g·dm-3 H3BO3-oldatban mért potenciosztatikus polarizációs görbéit a teljes dekontaminációs ciklust megelőzően, majd azt követően az V.16. ábra szemlélteti.
A minták korróziós jellemzőit (Ek, ik, vk, ip) az V.4. táblázatban foglaltam össze. A táblázatban bemutatott voltammetriás vizsgálati eredmények alapján megállapítható, hogy a kémiai kezelést követően a felületek passzív állapota szignifikánsan nem változik az eredeti csőfelületekhez viszonyítva.
V.16. ábra: A kiszerelhető berendezések (FKSZ forgórész) dekontaminálására kifejlesztett technológia korróziós hatásainak szemléltetésére az acélcső minták eredeti
és kezelt belső felületének 12 g⋅dm-3 H3BO3 -oldatban mért voltammetriás görbéi A polarizáció sebessége: 10 mV⋅min-1
Jelmagyarázat:
(■): kémiai kezelés előtt az erőművi dekontaminált 1/2(3)GF csőminta esetén (■): kémiai kezelés után az erőművi dekontaminált 1/2(3)GF csőminta esetén (■): kémiai kezelés előtt az erőművi dekontaminált 2/2(1)GF csőminta esetén (■): kémiai kezelés után az erőművi dekontaminált 2/2(1)GF csőminta esetén (■): kémiai kezelés előtt az erőművi nem dekontaminált 4/5(2)GF csőminta esetén (■): kémiai kezelés után az erőművi nem dekontaminált 4/5(2)GF csőminta esetén
Felületek passzivitására jellemző adatok: Technológia
V.4. táblázat: A kiszerelhető berendezések kémiai dekontaminálására kifejlesztett technológia laboratóriumi hatásvizsgálata során, az eredeti és kezelt minta felületek
korróziós jellemzőinek és kémiai összetételének változása
A számolt átlagos korróziósebesség értékek az alkalmazott dekontaminációs technológiát követően minden esetben kedvezőbbek (vk ≤ 0,33 µm/év). A 2/2(1) GF minta esetén látható, hogy a kémiai eljárást megelőzően az átlagos korróziósebesség értéke 3,5 µm⋅⋅⋅⋅év-1, a kezelést követően mért érték rendkívül alacsony 0,12 µm⋅⋅⋅⋅év-1. Mindez igazolja, hogy a továbbfejlesztett kémiai eljárás esetében a felületek passziválása kielégítő, és kompakt védő-oxidréteg alakul ki a kezelt felületeken.
A dekontaminációs kezeléseket követően, illetve azt megelőzően a minta felületeken kialakult oxidréteg morfológiáját és kémiai összetételét SEM-EDX módszerrel tanulmányoztam. A 4. függelék F.4.1.1-3. ábrái szemléltetik FKSZ forgórész dekontaminálására kifejlesztett technológia felületkémiai hatásait. A három mintafelület esetén a 100X-os nagyítású SEM-felvételekről készített EDX területanalízis eredményeit az V.4. táblázatban foglaltam össze.
Az erőművi dekontaminált 1/2(3) GF minta eredeti felületén ~ 6 µm vastagságú krómban dús oxidréteg található (V.17. ábra), ami a kémiai kezelés során teljes mértékben eltávolításra került (F.4.1.1. ábra). Az eljárás hatékonyságára jellemző dekontaminációs faktor értéke is kedvező [113].
V.17. ábra: Az 1/2(3) GF minta eredeti felületének keresztmetszeti csiszolatáról készített SEM-felvétele, és a jelölt pontokban az EDX pontanalízis eredményei (N = 5000X)
A 2/2(1) GF minta eredeti felületéről készített SEM-felvételen (F.4.1.2. ábra) jól láthatóak, a felületen végighúzódó repedések és hibahelyek (kráterek). A keresztmetszeti csiszolat SEM-felvétele alapján megállapítható, hogy az oxidréteg töredezett belső szerkezettel rendelkezik, vastagsága meghaladja a 10 µm-t is (V.18.
ábra).
Az V.4. táblázatban feltüntetett EDX területanalízis eredményei igazolják, hogy az oxidréteg krómban és nikkelben dús, míg vasban elszegényedett. Mindez spinell-szerkezetű kevertoxidok (nikkel-ferritek, kromitok) dominanciájára enged következtetni. Az F.4.1.2. ábrán látható, hogy a kémiai kezelés során a teljes oxidréteg eltávolításra került, és az eljárás hatékonyságára jellemző DF értéke is kiemelkedően nagy.
Az irodalmi adatok szerint a normál üzemmenet során kialakuló duplex oxidréteg tömbfázishoz közeli része krómban dús spinell-szerkezetű vegyes oxid, amelyben a radionuklidok, elsősorban a 60Co izotóp nagyobb mértékben akkumulálódik, mint a külső elsősorban magnetit kristályokból álló oxidrétegben. Feltehetően a 10 µm-t meghaladó vastagságú krómban dús spinell rétegben több radionuklid akummulálódik, mint egy közepesen vastag oxidrétegben. A 2/2(1) GF minta kiemelkedően jó DF értéke azzal magyarázható, hogy a krómban dús 10 µm vastag oxidréteg tartalmazza potenciálisan radionuklidok teljes mennyiségét, és a kémiai dekontaminálás során a
X 1
1. pont
felületi rétegben akkumulálódott radionuklidok döntő része a teljes oxidréteggel együtt eltávolításra került.
V.18. ábra: A 2/2(1) GF minta eredeti felületének keresztmetszeti csiszolatáról készített SEM-felvétele, és a jelölt pontokban az EDX pontanalízis eredményei (N = 5000X)
A 4/5(2) GF minta eredeti felülete a dekontaminálást megelőzően nagyméretű, 5-20 µm átmérőjű kristályokkal borított (V.19. és F.4.1.3. ábrák). Ezen kristályok króm tartalma jelentős, a kémiai kezelést követően készült SEM-felvételeken jól látható, hogy a kristályos oxidlerakódások oldása részleges és inhomogén (F.4.1.3. ábra). Ezt a tényt az eljárás hatékonyságára kapott alacsony dekontaminációs faktor (DF = 2,5) is alátámasztja.
V.19. ábra: A 4/5(2) GF minta eredeti és kezelt felületeinek keresztmetszeti csiszolatáról készített SEM-felvételei, és a jelölt pontokban az EDX pontanalízis eredményei
(N = 5000X)
csak a kristályok krómban szegény vasban dús részét oldotta fel. Ugyanakkor a nagy krómtartalmú kristályok, valamint a felületen kialakult vékony, kompakt védő-oxidréteg – melyek az aktivitást meghatározó radionuklidok jelentős részét potenciálisan hordozzák – a felületen maradtak [113].