[发明专利]一种对核能发电工厂中的金属表面进行去污的方法

说明书

本发明涉及对金属表面进行去污的方法，其中，所述金属表面位于核工厂内(特别是核能发电工厂的冷却系统内)的组件上，并且所述金属表面覆盖有包含放射性物质的金属氧化物层；并且其中，所述方法包括去污步骤，在所述去污步骤中，使在氧化步骤中预处理的金属氧化物层与有机酸的水溶液接触，以溶解所述金属氧化物层，形成包含所述有机酸以及金属离子和所述放射性物质的去污溶液；并且其中，使所述去污溶液通过离子交换器，以固定所述金属离子和所述放射性物质。将选自于由氧、空气、过氧化氢和臭氧组成的组中的氧化剂给料至所述去污溶液中，以控制所述金属氧化物层的溶解速率。该方法特别适于大规模系统去污，并确保了高工艺稳定性。

技术领域

本发明涉及对在核工厂(nuclear plant)运行期间暴露于放射性流体的金属表面进行去污(decontaminating)的方法。具体而言，本发明涉及对位于核工厂的组件内(特别是核反应堆(nuclear reactor)的冷却剂回路(coolant circuit)中)的金属表面进行去污的方法，其中，所述金属表面覆盖有包含放射性物质的金属氧化物层。

背景技术

核反应堆包含反应堆容器，包含核燃料的燃料元件位于该反应堆容器中。形成冷却剂回路的管道系统连接到反应堆容器，该冷却剂回路与至少一个冷却剂泵连接，并且在压水反应堆(PWR)或重水反应堆的情况下与蒸汽发生器连接。

通常，冷却剂回路的管道系统由奥氏体FeCrNi不锈钢组成。蒸汽发生器的热交换器表面可由Ni合金制成。此外，钴钢和/或铸造材料用于冷却剂泵和其它部件。在核反应堆功率运行(power operation)的条件下，所有这些材料在水中表现出一定溶解度。从合金中溶出的金属离子通过冷却剂流输送到反应堆容器中，并在反应堆容器中通过其中盛行的中子辐射部分转化为放射性核素。核素转而通过冷却剂流分布在整个冷却剂系统中，并在核反应堆运行期间沉积在形成于冷却剂系统的金属表面上的氧化物层中。

随着运行时间增加，沉积的活化核素量累积，增加了冷却剂系统的部件处的放射性和剂量率。根据用于部件的合金类型，氧化物层包含作为主要成分的具有二价和三价铁的铁氧化物以及可以作为合金成分存在的其它金属(例如铬和镍)的氧化物。

在能够在反应堆系统的部件处执行控制、维护、修理或拆卸措施之前，需要根据ALARA原则(“合理达到最低水平”)减少各个部件或组件的放射性辐射，以减少人员的辐射暴露。这通过借助于去污方法尽可能完全地除去存在于部件表面上的氧化物层来实现。去污可作为全系统去污(FSD)或作为包含子系统或组件去污的大规模系统去污来进行。为此，将整个冷却剂系统或由阀分隔的系统的一部分填充水性清洁液并去污。

从EP 1 220 233B1已知一种化学去污方法，其中，将附着于污染部件的氧化物层溶解。为了进行该去污方法，提供了含有有机酸(如草酸)的去污溶液。对去污溶液进行电解处理以将去污溶液中的Fe(III)离子阴极还原和/或将Fe(II)离子阳极氧化以形成Fe(III)离子。调节铁离子的化合价和浓度，使得不锈钢部件的腐蚀电位保持在钝态，以防止部件受到母材金属(base metal)侵蚀和腐蚀。

从US 6,613,153 B1已知一种去污方法，其中，首先通过去污溶液从金属部件上完全除去氧化物层。由于在该去污步骤中与饱和银/氯化银参比电极相比而言腐蚀电位为约200mV，不发生母材金属侵蚀。随后，通过UV处理将去污溶液中存在的Fe(III)络合物分解并从溶液中除去，将Fe(III)还原形成Fe(II)。通过从去污溶液中除去Fe(III)离子，溶液的腐蚀电位降低到约-300mV，允许发生母材金属侵蚀。作为母材金属侵蚀的结果，从金属部件除去含有放射性核素的金属层。通过添加氧化剂(如过氧化氢)，腐蚀电位可以再次增加到约200mV，并可以停止母材金属侵蚀。

US 6,169,221 B1描述了一种去污方法，其中，用含有有机酸和氧化剂的去污溶液处理放射性污染的金属层。该去污溶液与污染的金属层在至多4.5的pH下反应。随后，溶液中包含的金属离子和放射性物质沉淀并从溶液中分离。甲酸、乙酸、三氟乙酸、柠檬酸和草酸可以用作有机酸。氧化剂可以是过氧化氢。