1. Tendenciák a paksi atomerőmű gőzfejlesztőinek korróziós állapotában
A 2000-2008 időszakban elektrokémiai (voltammetria) módszerrel végzett tematikus vizsgálatok eredményeit áttekintve megállapítottam, hogy az üzemidő előrehaladtával a gőzfejlesztő hőátadó csövek korróziós jellemzőiben (Ek, ik, ip és vk) kedvezőtlen tendencia nem fedezhető fel. Rámutattam, hogy a dekontaminált hőátadó acélcsövek felületén kialakult oxidstruktúra stabilitása az üzemidő előrehaladtával jelentősen javult, s ma már az 1-4 reaktorblokk valamennyi gőzfejlesztője hasonlóan kedvező eróziós-korróziós sajátságokat mutat (az eltávolítható felületi réteg vastagsága (d): ~ 0,1 µm). Hangsúlyoznom kell ugyanakkor azt a tényt, hogy a hőátadó csőfelületekről eltávolított korróziótermék jelentős részét továbbra is a diszperz fázis (szilárd maradék) adja. Felületvizsgálati módszerek (CEMS, SEM-EDX) eredményeit elemezve igazoltam, hogy a több éve dekontaminált csőminták felületközeli tartományában Cr-ban, Ni-ben dús, inverz spinell-szerkezetű („magnetit”) található, amely megnöveli a korrózióálló acélfelületeket borító oxidréteg védőképességet. Az egyre javuló mobilitási adatok, valamint az AP-CITROX technológia 2001. évi tömeges alkalmazását követően az üzemidő múlásával összefüggésben tapasztalt kedvező morfológiai és felületszerkezeti változások alapján reálisan feltételezhető, hogy a dekontaminált gőzfejlesztő hőátadó csőfelületek védőképessége (oldhatósága, vegyszerállósága), valamint mechanikai stabilitása az üzemidő előrehaladtával kedvezően változik.
2. Kémiai dekontaminációs technológiák hatékonysága, valamint felületkémiai és korróziós hatásai
2.1. Dekontaminációs technológiák hatékonysága a kezelt acélcsövek felületi tulajdonságainak tükrében
A PE RRI-ben kidolgozott kémiai dekontaminációs bázistechnológia továbbfejlesztésével nyert – a különböző primerköri berendezések dekontaminálására alkalmazható – eljárásokat vizsgálva megállapítottam, hogy hatékonyságuk nagymértékben függ a felületi oxidréteg vastagságától, kémiai és fázis-összetételétől,
morfológiájától (szemcseméret, fajlagos felület), valamint a kezelt acélcsövek dekontaminációs előéletétől. Igazoltam, hogy
- a négyes blokki GF-ből, illetve az 1-3 reaktorblokki GF-ből származó ausztenites acél minták dekontaminálhatósága között alapvető különbség van.
- a kémiai kezelések hatékonyságát mindkét felülettípusnál a 60Co radionuklid eltávolíthatósága szabja meg.
Következésképpen, a dekontaminációs eljárások ipari megvalósításánál a megfelelő hatékonyság elérése szempontjából elengedhetetlen a dekontaminálandó berendezések felületi tulajdonságainak komplex ismerete.
2.1.1. Az ausztenites korrózióálló acélfelületek dekontaminálhatóságának értelmezése
A kísérleti eredmények, valamint a szakirodalmi adatok összehasonlító elemzésével megállapítottam, hogy a négyes blokki (08X18H10T (GOST 5632-61) vagy azzal megegyező összetételű) ausztenites korrózióálló acélfelületek dekontaminálhatósága nagymértékben függ a felületeket borító kristályos lerakódások kémiai összetételétől és morfológiájától. Igazoltam, hogy a felületek dekontaminálhatósága szempontjából a kristályok króm tartalma, szemcsemérete és fajlagos felülete meghatározó. Ezen paraméterek ismerete lehetőséget ad az acélfelületek által hordozott radioaktivitás, valamint kémiai ellenálló képességük potenciális sorrendjének becslésére. A kristályok által hordozott korróziótermék radionuklidok mennyiségének becslésére az ún. „aktivációs” és „transzport”
mechanizmust használtam fel. Ugyanakkor, a felületek kontaminációjának domináns mechanizmusától függetlenül kijelenthető, hogy nagyobb krómtartalmú kristály általában több aktivitást hordoz, azonban kémiailag jóval ellenállóbb, így nehezebb eltávolítani a dekontaminációs kezelések során. Ezt az alábbi vizsgálati eredmények támasztják alá:
a) A kis krómtartalmú kristályokkal borított felületek kémiai dekontaminációja során – a kristályok szemcseméretétől függően – a 60Co eltávolíthatósága a felületről 98-99%-os hatékonysággal valósítható meg.
b) A nagy krómtartalmú kristályos oxidlerakódásokkal borított felületek dekontaminálása során 60-82%-os hatékonyság érhető el a 60Co
eltávolíthatósága szempontjából. Azonban a hatékonyság a dekontamináló oldat fajlagos hatóanyagtartalmának növelésével javítható.
2.1.2. A paksi atomerőműben a korábbi években dekontaminált ausztenites korrózióálló acélfelületek dekontaminálhatóságának értelmezése
Igazoltam, hogy az 1-3 blokki GF-ekből származó (08X18H10T (GOST 5632-61) vagy azzal megegyező összetételű) acélcsövek könnyebben és nagyobb hatékonysággal dekontaminálhatók (a 60Co radionuklid eltávolíthatósága 99%-nál nagyobb). Ennek oka az, hogy a felületükön jelenlévő kristályos oxidlerakódás a korábbi években alkalmazott ipari dekontamináció során már részleges oldásra került, s helyette vastag (5-11 µm), ún. „hibrid” szerkezetű oxid-struktúra keletkezett. A „hibrid” szerkezetű oxidrétegben inhomogén a radionuklidok eloszlása, s az elért hatékonyság adatok arra utalnak, hogy ez az oxidréteg kémiai dekontamináció során kisebb ellenálló képességgel rendelkezik, mint a beavatkozástól mentes, eredeti felület.
2.2. A dekontaminációs eljárások korróziós és felületkémiai hatáselemzése
a) Az elektrokémiai (voltammetria) és felületvizsgálati (SEM-EDX) eredmények alapján megállapítottam, hogy a dekontaminációs bázistechnológia továbbfejlesztett változatainak alkalmazását követően a felületeken szelektív (lyuk-, rés-, illetve kristályközi korrózió) korróziós elváltozások nem tapasztalhatók. A kezelt felületek passzív állapota nem romlott az eredeti felületekhez viszonyítva. A mintafelületek korróziós jellemzőiben kedvezőtlen tendencia – a kémiai eljárással összefüggésben – nem mutatható ki. A dekontaminációs kezelést követően felületek átlagos korróziósebessége kisebb, mint 0,45 µm⋅év-1.
b) A dekontaminációs kezelés hatására a mintafelületek morfológiája kedvező irányban változott. Azokon a mintákon, ahol a teljes oxidréteg eltávolításra került a felületek érdessége csökkent és kezelt felületek kémiai összetétele megfelel a tömbi acélfázis összetételének. A dekontaminációs eljárást követően a mintafelületeken maradt oxidmaradványok króm tartalma
jelentős, így kiváló kémiai ellenálló képességgel rendelkeznek. Az ICP-OES eredmények igazolják, hogy az utolsó technológiai lépésekben eltávolított fém mennyiségek minden esetben legalább két nagyágrenddel kissebbek, mint az előoxidációs lépésben oldatfázisba jutó ötvöző komponensek koncentrációi. Mindezek alapján reálisan feltételezhető, hogy a kezelt felületekeken maradt oxidmaradványok mobilitása csekély. A kémiai kezeléssel összefüggésben a dekontamináló oldatokból visszamaradó vegyszer maradványok (mangán-dioxid és szerves szén) nem mutatható ki számottevő mennyiségben a kezelt felületeken.