含有在金屬氧化物中的放射性核素的核電廠部件表面的環(huán)境溫度的去污的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明整體上涉及在環(huán)境溫度下對在核電廠中的部件上的沉積物放射性去污的系統(tǒng)和方法，并且具體涉及在環(huán)境溫下瓦解、溶解、去除和減少形成于在壓水反應堆中的部件和沸水反應堆的內(nèi)部部件的一次側表面上的放射性核素。
【背景技術】
[0002]在核能水反應堆，例如壓水反應堆和沸水反應堆中，含氧化物垢的放射性核素通常附著于或產(chǎn)生于構件的表面上，所述構件例如在反應堆操作期間與流體例如冷卻劑接觸延長的時間段的部件和相關零件或管道。核水反應堆通常是熱反應堆，其中水被用作冷卻劑。水通過大量的金屬部件，如不銹鋼和合金600、合金690或800合金管子。即使這些建造材料高度耐腐蝕，隨著時間仍在反應堆的功率操作期間在冷卻劑潤濕的部件和相關零件或管道的表面區(qū)域上產(chǎn)生薄氧化物涂層(或膜)。已發(fā)現(xiàn)，氧化物涂層部分可以溶于冷卻劑，并且可以由冷卻劑輸送通過系統(tǒng)，例如反應堆冷卻劑系統(tǒng)。在構件的表面上的氧化物垢和沉積物的聚集可對構件的操作性能和完整性具有不利影響。
[0003]一次側面，例如反應堆冷卻劑系統(tǒng)，在壓水反應堆(PWR)中的部件和沸水反應堆(BWR)中的內(nèi)部部件的表面，含有在反應堆操作過程中形成的放射性核素。在鎳鐵體晶格中，放射性核素通常是放射性鈷。在現(xiàn)有技術中已開發(fā)各種系統(tǒng)和方法以去除或減少放射性核素在BWR的內(nèi)部部件和PWR部件的一次側表面上的存在?，F(xiàn)有技術中已知通過化學注入減少放射性核素。例如，可將鋅化合物注入核水反應堆的冷卻水(以全功率)以減少或去除放射性核素。此外，已知采用高溫工藝，在該工藝中制備清潔溶液，將其加熱并注入到整個系統(tǒng)或局部注入。許多這些已知的去污方法已被證明是麻煩的，并且需要處理高溫流體和多個化學步驟，例如氧化和還原。
[0004]因此，取決于待去污的目標部件，公知的放射性去污通常包括升高溫度的溶解或機械誘導湍流或它們的組合。此外，已知的技術需要高溫流體的流動，機械手清潔(在冷卻劑栗的情況下)和在機械攪拌下的一定時間長度。此外，這些技術需要化學條件為侵蝕性，例如從氧化到還原條件的轉化。一般地，公知的技術采用溫度，PH和氧化還原勢的變化用于放射性核素的去除或減少，且這些技術很少在核反應堆工廠中進行，這是由于所產(chǎn)生的放射性廢物的量。
[0005]在現(xiàn)有技術中期望開發(fā)用于局部去污和沉積物去除的方法，其不需要增加的熱量，例如可在室溫或液流下進行。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]在一個方面，本發(fā)明提供用于至少部分地瓦解或去除在核水反應堆中的構件的表面上形成的放射性沉積物的方法。該方法包括識別該構件，在非操作服役時取出該構件，使該構件的表面與水溶液接觸，和向水溶液添加有效量的固體形式的單質金屬。在環(huán)境溫度下實施所述方法。
[0007]放射性沉積物包括選自放射性核素、氧化物垢和腐蝕產(chǎn)物中的一種或多種材料。
[0008]單質金屬可選自對具有低合金鋼呈陽極的標準電化學勢的金屬。在金屬和合金的電位序中，單質金屬的電化學電勢可比低合金鋼更具有活性。單質金屬可選自鋅、鋁、鎂、鈹、鋰、鐵和它們的混合物。在特定實施方案中，單質金屬可以是鋅。
[0009]單質金屬可以為選自板坯、粒狀、粉末、膠體和它們的組合的形式。膠體形式可以含有選自微米尺寸的顆粒，納米尺寸的顆粒和它們的組合的顆粒。
[0010]所述方法可包括向水溶液添加選自隱蔽劑、螯合劑、分散劑、氧化劑、還原劑和它們的混合物的一種或多種材料。
[0011]該方法可以在選自關閉和保養(yǎng)的非操作服役的條件下實施。
[0012]該方法還可包括從放射性沉積物分離金屬離子，沉淀金屬離子和通過采用選自過濾、離子交換和反滲透的方法去除沉淀物。
[0013]該方法還可包括以下中的至少一種:純化所述瓦解的和放射性的沉積物，將所述沉積物轉移到容納儲槽，向放射性廢物的系統(tǒng)添加所述沉積物和將所述沉積物輸送到遠離核水反應堆的位置。
[0014]在另一方面，本發(fā)明提供一種組合物，在非操作條件下該組合物與在核水反應堆中的構件的表面接觸時，該組合物對于至少部分地瓦解和溶解形成于該構件的表面上的放射性沉積物是有效的。該組合物包含含水組分和固體形式的單質金屬組分。該組合物對于從放射性沉積物的氧化物晶格分離金屬離子是有效的。
【附圖說明】
[0015]在結合附圖閱讀時，可以從優(yōu)選實施方案的以下描述獲得本發(fā)明的進一步理解，其中:
[00?6]圖1是顯示單質鋅在硼酸的條件下對于鎳鐵體(ni cke I ferri te)沉積物的溶解的影響的曲線圖；及
[0017]圖2是顯示單質鋅在還原條件下對于鎳鐵體沉積物的溶解的影響的曲線圖。
【具體實施方式】
[0018]本發(fā)明涉及在環(huán)境溫度下至少部分瓦解、溶解、去除和減少在核水反應堆中的放射性沉積物的系統(tǒng)和方法。放射性沉積物包括放射性核素、氧化物垢和腐蝕產(chǎn)物，其沉積在一次側面，例如反應堆冷卻劑系統(tǒng)，在壓水反應堆中的部件表面和相關的管道以及在沸水反應堆中的內(nèi)部部件表面上。作為反應堆操作的結果，含有放射性核素的沉積物可以形成和積聚在這些表面上。另外，在反應堆操作過程中，其它的腐蝕產(chǎn)物也可以沉積在這些表面上。例如，該沉積物可以包括污染物，例如鋁、錳、鎂、鈣、鎳、和/或硅的形態(tài)。去除和減少這些產(chǎn)物可有效地減少部件周圍的系統(tǒng)中的局部劑量率，防止或阻止流動障礙物(其因腐蝕產(chǎn)物積聚而發(fā)生)，并抑制由放射性氧化物垢的存在引起的腐蝕。本發(fā)明的方法使用在環(huán)境溫度下的電化學技術從而至少部分地瓦解、溶解、去除和減少放射性氧化物垢。放射性氧化物垢的組成可以變化，并且通?？砂ㄨF、鎳、鈷、鉻和它們的放射性同位素中的至少一種。
[0019]本發(fā)明采用具有含水組分和固體金屬組分的水溶液。含水組分包括水，例如反應堆的冷卻劑水。金屬組分包括固體形式的單質金屬。該水溶液可有效地從放射性沉積物的氧化物晶格分離金屬離子。
[0020]該單質金屬是選自具有對低合金鋼呈陽極的標準電化學勢的公知金屬。在某些實施方案中，在金屬和合金的電位序中，單質金屬的電化學勢比低合金鋼更具有活性。用于本發(fā)明的單質金屬的合適的實例包括但不限于鋅、鋁、鎂、鈹、鋰、鐵或它們的混合物。在某些實施方案中，單質金屬是鋅。單質金屬可以是各種固體或粒料形式，例如但不限于板坯、粒狀、粉末、膠體、以及它們的組合。在其中該單質金屬是膠體形式的某些實施方案中，它可以包括微米尺寸的顆粒，納米尺寸的顆粒以及它們的組合。單質金屬可以以變化的量存在，和該量可以取決于該系統(tǒng)的體積，目標去污的部件和/或相關的設備。在某些實施方案中，單質金屬的濃度可以為約0.0OlM至約2M，基于所述水溶液的體積。
[0021 ]該水溶液的pH可以改變。在某些實施方案中，pH可以在約3.0至約13.0的范圍內(nèi)調整。此外，該水溶液可被硼酸化并含有至多6ppm的鋰。
[0022]本發(fā)明的方法整體上包括以有效量向循環(huán)的冷卻劑添加固體例如粒料形式的單質金屬，所述有效量即是足以至少部分地瓦解、溶解、去除或減少放射性沉積物的量或水平的量，所述放射性沉積物存在于位于壓水反應堆的一次側面中或在沸水反應堆中的構件的表面上?？梢栽诃h(huán)境溫度下，且因此在不存在施加于該構件或含有所述構件的系統(tǒng)的系統(tǒng)熱或外部熱源的情況下，實施本發(fā)明的方法。因此，當在非操作服役，例如在核水反應堆中保養(yǎng)或關閉條件期間取出所述部件和相關管道時，可以采用本發(fā)明的方法。
[0023]此外，本發(fā)明的方法整體上包括識別待電化學去污的部件和/或相關設備，例如管道，在非操作服役時取出部件和/或相關設備，從一次側面(例如反應堆冷卻劑系統(tǒng))其余部分隔離部件和/或相關設備，使用與所述部件和/或相關的設備接觸的水溶液的再循環(huán)流動或所述部件和/或相關的設備在水溶液中的靜態(tài)浸泡，以及向水溶液添加(例如注入)有效量的固體或粒料形式的單質金屬。
[0024]不希望受任何特定理論的束縛，認為該單質金屬釋放一個或多個其電子，所述電子受到存在于用于放射性去污的目標構件表面上的放射性沉積物例如氧化物垢膜的接受。從沉積物釋放金屬離子，結果，改變沉積物的表面電荷，例如出現(xiàn)電荷不平衡。放射性沉積物的晶格不穩(wěn)定并具有金屬離子的釋放的增加速率，例如分離的金屬離子。在某些實施方案中，單質鋅與氧化鐵沉積物反應，造成鐵離子從晶格釋放。
[0025]在某些實施方案中，單質金屬可以與隱蔽劑，螯合劑或它們的混合物或摻合物結合?？稍谔砑訂钨|金屬以前、一起、或以后向水溶液添加所述隱蔽劑和/或螯合劑。合適的隱蔽劑和螯合劑可選自現(xiàn)有技術中已知的那些。非限制性的隱蔽劑的實例包括如下的酸和鹽:正磷酸鹽、多磷酸鹽、1-羥基亞乙基-1，1-二膦酸、以及它們的混合物。非限制性的螯合劑的實例包括