A totál dekontaminálásra kifejlesztett technológiák hatásvizsgálata

A totál dekontaminációs eljárások alkalmazástát megelőzően, illetve azt követően az acélfelületek lineáris voltammetriás eredményeit összehasonlíva megállapítható, hogy a hőátadó acélcső próbatestek korróziós állapota (passzivitása) szignifikáns változásokat szenved-e a kémiai felületkezeléssel összefüggésben. Az eredeti csőfelületek, illetve a kémiailag kezelt acélcsőminták korróziós viselkedését 12 g⋅dm^-3 koncentrációjú H3BO3-oldatban potenciosztatikus polarizációs módszerrel tanulmányoztam. A kezeletlen felületek és a kétféle modellrendszerben végrehajtott felületkezelését követően nyert minták potenciosztatikus polarizációs görbéit az V.2.2.

ábra szemlélteti. Az ábrán bemutatott voltammetriás görbéket a IV.1.3.1. fejezetben leírtak szerint kiértékeltem és meghatároztam valamennyi minta korróziós jellemzőit (az Ek, ik, ip és vk értékeket). A korróziós jellemzőket az V.5. táblázatban foglaltam össze.

Az V.5. táblázatban található korróziós jellemzők, az V.22. ábrán bemutatott potenciosztatikus polarizációs görbékkel összhangban egyértelműen igazolják, hogy valamennyi kezelt hőátadó acélcső minta belső felülete a vizsgált potenciál intervallumban passzív sajátságokat mutat. A dekontaminációs kezelést követően a mintafelületek átlagos korróziósebessége csekély (v_k= 0,24-0,45 µm⋅év^-1). Az V.5.

táblázat adatait összehasonlítva megállapítható, hogy a kémiai kezeléssel összefüggésben kedvezőtlen tendenciák nem fedezhetők fel a korróziós jellemzőkben.

-0,4 -0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8

V.22. ábra: A totál dekontaminálására kifejlesztett technológák korróziós hatásainak szemléltetésére az acélcső minták eredeti és kezelt belső felületének 12 g⋅^{dm-3 H}3BO₃

-oldatban mért voltammetriás görbéi A polarizáció sebessége: 10 mV⋅^min-1

Jelmagyarázat:

Felületek passzivitására jellemző adatok: Technológia felületkémiai hatásai

Felületek passzivitására jellemző adatok: Technológia

V.5. táblázat: A totál dekontaminálásra kifejlesztett technológiák laboratóriumi hatásvizsgálata során, az eredeti és kezelt minta felületek korróziós jellemzőinek és

kémiai összetételének változása

A dekontaminációs kezeléssekkel összegüggésben az acélcsőminták felületén kialakult oxidréteg morfológiáját és kémiai összetételét SEM-EDX módszerrel tanulmányoztam. Az 5. függelék F.5.1.1-3. ábrái szemléltetik a kiszakaszolható berendezések totál dekontaminálására kifejlesztett technológia felületkémiai hatásait.

Az F.5.2.1-2. ábráin a kiszerelhető berendezések totál dekontaminálására kifejlesztett kvázi-statikus rendszerben végrehajtott kémiai kezelések a felületek morfológiájára és kémiai összetételére gyakorolt hatásai láthatóak. A mintafelületekről a 100X-os nagyítású SEM-felvételekről készített EDX területanalízis eredményeit az V.5.

táblázatban foglaltam össze.

Az erőműben eredetileg dekontaminált 1/2(3) GF mintáról a kémiai kezelést meglőzően készített SEM-felvételen látható, hogy a felületi védőréteg amorf jellegű. A védő-oxidréteg krómban jelentősen dúsult, míg vasban kissé elszegényedett (V.5.

táblázat). Mindez spinell-szerkezetű kevertoxidok (kromitok) jelenlétére utal. A minta keresztmetszeti optikai csiszolatáról készített SEM-felvétel elemzése alapján megállapítható, hogy az acélcsőminta felületén közepesen vastag, ~ 5-6 µm vastagságú oxidréteg azonosítható (V.17. és F.5.1.1. ábrák).

X 2

X 1

X 3

A dinamikus modellrendszerben végrehajtott kémiai kezelést követően 1/2(3) GF minta keresztmetszeti optikai csiszolatáról készített SEM-felvételt és az EDX pontanalízis eredményeit az V.23. ábra mutatja. Megállapítható, hogy a kémiai kezelést követően 1-2 µm vastagságú oxidréteg maradt a felületen. Feltehetően a dinamikus modellrendszerben alkalmazott kisebb térfogat/felület arány nem volt elegendő a teljes oxidréteg eltávolításához.

V.23. ábra: Az 1/2(3) GF minta kémiai kezelés utáni felületének keresztmetszeti csiszolatáról készített SEM-felvétele, és a jelölt pontokban az EDX pontanalízis

eredményei (N = 5000X)

Ugyanezen a mintafelület típuson a kvázi-statikus modelrendszerben is végrehajtottunk egy totál dekontaminációs kezelést, amelynek felületkémiai eredményei az 5. függelék F.5.2.1. ábrán látható. A kémiai kezelést követően készített SEM-felvételek egyértelműen igazolják, hogy a kvázi-statikus rendszerben végrehajtott totál dekontaminációs eljárás során a teljes oxidréteg eltávolításra került. A technológia redkívül hatékony, amit az eljárást követően meghatározott kiemelkedően magas dekontaminációs faktor is alátámaszt (DF = 1197).

Az erőművi nem dekontaminált 4/4(2) GF minta eredeti felületéről készített SEM-felvételei az F.5.1.2. ábráin láthatóak. A mintafelületen jelenlévő kristályok változatos méretűek és króm tartalmukat tekintve is eltérőek. A felületet többnyire apró szemcsékből álló kristályos lerakódás borítja. Az oxidrétegben lévő kristályok kémiai összetételének változását az V.24. ábra szemlélteti. Az ábrán jól látható, hogy a kristályos oxidlerakódás több mint 10 µm vastagságú, külső részén a krómtartalom csekély, míg a belső – a tömbfázishoz közeli – részén jelentős krómdúsulás figyelhető meg.

1. pont

A dinamikus rendszerben végrehajtott totál dekontaminációs technológia alkalmazása során az alacsony dekontaminációs faktor mellett az eltávolított felületi rétegvastagság értéke meglepően magas.

V.24. ábra: A 4/4(2) GF minta eredeti felületének keresztmetszeti csiszolatáról készített SEM-felvétele, és a jelölt pontokban az EDX pontanalízis eredményei (N = 5000X)

Az V.25. ábra SEM-EDX eredményekből jól látható, hogy a kezelést követően

~3-5 µm vastagságú krómban dús oxidréteg maradt a felületen. Ezt a tényt az V.5.

táblázatban összefoglalt EDX területanalízis eredmények is alátámasztják. Míg az eredeti felület krómtartalma az eddig bemutatott nem dekontaminált mintákhoz hasonló értéket képvisel, a dinamikus rendszerben végrehajtott kémiai kezelés után a mintafelület 1 mm² –ének gerjesztésével kapott területanalízis eredménye alapján az oxidmaradvány krómtartalma jelentős. Feltehetően a kis térfogat/felület arány mellett, még a megnövelt koncentrációjú dekontamináló oldat sem tudta a krómban dús – jelentős mennyiségű radionuklidot tartalmazó – kristályos oxidlerakódást eltávolítani, amit a kezelés hatékonyságára kapott alacsony dekontaminációs faktor is alátámaszt (DF= 5,5).

V.25. ábra: A 4/4(2) GF minta dinamikus rendszerben végrehajtott totál

dekontaminációs eljárás követően elkészített keresztmetszeti csiszolat SEM-felvétele, és a jelölt pontokban az EDX pontanalízis eredményei (N = 5000X)

Az ugyanazon típusú erőművi nem dekontaminált 4/4(2) GF mintán kvázi-statikus modellrendszerben végrehajtott kémiai kezelés felületkémiai hatását az F.5.2.2. ábra

Eredeti felület 1. pont

szemlélteti. Az ábra alapján megállapítható, hogy a totál dekontaminációs technológia alkalmazását követően a felületen jelenlévő krómban dús kristályos oxidlerakódás teljes mértékben eltávolításra került. A technológia hatékonyságát tekintve kiváló dekontaminációs faktort (DF= 1334) értünk el.

Az erőműben eredetileg nem dekontaminált 4/4(2) GF mintán dinamikus rendszerben végrehajtott totál dekontaminálás során az eljárás hatékonyságára jellemző dekontaminációs faktor rendkívül alacsony értéknek adódott (DF= 5,5). Ezért ugyanebben a rendszerben egy három ciklusból álló kémiai kezelést is megvalósítottunk egy erőművi nem dekontaminált 4/3(2) GF mintafelületen. Az eljárásnál alkalmazott műveleti paraméterek – a belső ciklus szám, és a kezelési idő kivételével – lényegében megegyeznek az 1.VT technológiánál optimált paraméterekkel. Ráadásul az 1.VT technológia fejlesztéshez is az erőművi nem dekontaminált minták közül szintén 4/3 GF mintát használtunk fel, így akár az 1.VT technológia három ciklusos változatának is tekinthető ez az eljárás.

A 4/3(2) GF minta felületéről kémiai kezelést megelőzően, illetve azt követően készített SEM-felvételeket az 5. függelék F.5.1.3. ábra mutatja. Az eredeti felület frontális SEM-felvételén jól látszik, hogy az alapfém 5-7 µm nagyságú kristályokkal borított. Az V.26. ábra keresztmetszeti csiszolatának SEM-felvétele és a lerakódott kristályok EDX pontanalízise alapján megállapítható, hogy a felületen elszórtan jelenlévő kristályos oxidszemcsék (feltehetően csekély mértékben szubsztituált magnetit-kristályok) oxigénben és vasban jelentősen, krómban és nikkelben enyhén dúsak. A felületen szignifikáns mennyiségű cirkónium szennyezés is kimutatható, amit az 1. VT technológiánál bemutatott 4/3 GF minta eredeti felületén is sikerült azonosítani. Az alapfémen kialakult passzív réteg alapvetően vékony, mélységében erősen tagolt, vastagsága nem haladja meg a 0,5 µm-t.

V.26 ábra: A 4/3(2) GF minta eredeti felületének keresztmetszeti csiszolatáról készített SEM-felvétele, és a jelölt pontokban az EDX pontanalízis eredményei (N = 5000X)

X 2 X 3

Az F.5.1.3. ábra alapján megállapítható, hogy a kémiai kezelés hatására a mintafelületen elszórtan jelenlévő krómban enyhén dús kristályokat sikerült eltávolítani.

Az eljárás hatékonyságára jellemző eltávolított felületi rétegvastagság és DF értékek is kedvezőek. Összehasonlítva az ugyanazon a mintafelületen kettő, illetve három belső ciklusban végrehajtott dekontaminációs kezelések hatékonyságát megállapítható, hogy mind az eltávolított felületi rétegvastagság és az elért DF értékek jók, egymással összemérhető értékeket képviselnek (DF2ciklus= 90, DF3ciklus= 40). Megállapítható, hogy 4/3 típusú mintán a belső ciklusok számának növelése nem okozott hatékonyság növekedést a dekontaminációs kezelést követően.

A totál dekontaminációs technológiák laboratóriumi vizsgálati eredményei alapján elmondható, hogy a mentesítendő felületek morfológiája és kémiai összetétele mellett az adott technológia hatékonysága nagymértékben függ az eljárás során alkalmazott műveleti paraméterektől. Elsősorban a nagyobb térfogat/felület arány és vegyszer koncentráció alkalmazása (azaz a nagyobb fajlagos hatóanyagtartalom), valamint a hőmérséklet állandó (85-90 °C) értéken tartása meghatározó az adott technológia hatékonyságának növelése szempontjából.

A SEM-EDX módszerrel igazoltam, hogy a kémiai kezeléssel összefüggésben a csőminta felületeken számottevő vegyszermaradvány nem mutatható ki. Így az elektrokémiai eredményekkel összhangban reálisan feltételezhető, hogy a kezelt felületek passziválódása –a hidrogén-peroxid psszíválószer nélkül is – spontán módon végbemegy.