核电厂一回路水化学辐射优化控制研究

李建兴 孔祥贡

中图分类号：TM623 文献标识：A 文章编号：1674- 1145（2020）01- 160- 01

摘 要 在核电厂中，当一回路水质控制较差时会增强一回路的腐蚀性，加剧相关设备及材料的腐蚀，造成设备损坏，同时增强一回路的放射性活度，增加设备检修人员的集体剂量，最终形成辐射危害。所以，在核电厂中，一回路水化学优化控制具有重要意义。本文首先分析核电厂一回路水化学的特点，然后主要从溶解氧及溶解氢含量的降低两个方面，探讨水化学辐射的优化控制对策。

关键词 核电厂 一回路水化学 辐射 优化控制

核电厂一回路水质的化学辐射受到多种因素的影响，首先是系统中相关设备的材料，其次是一回路水化学控制参数。随着一回路腐蚀产物的积累，会增强一回路辐射场的强度。腐蚀产物在系统表面产生，溶解到一回路冷却剂中流入冷却剂，最后通过主回路冷却剂传输到堆芯燃料包壳表面，被中子活化。被活化之后的腐蚀产物会大大增加一回路辐射场的剂量，在管道拐角处沉积，形成局部热点，增加检修人员剂量。

一、核电厂水化学控制的特点

在反应堆的运行过程中，一回路水化学控制的优劣会直接影响着燃料包壳的完整性，一旦控制不当，就会引起很多问题。比如：第一，燃料元件包壳出现腐蚀现象，缩短燃料元件的正常使用寿命；第二，燃料棒表面结垢，降低传热效率；第三，腐蚀严重的情况下会造成燃料元件包壳破损，导致裂变产物的泄露，增强一回路的放射性活度。

水化学控制的优劣对反应堆核反应的正常运行有很大的影响。所以，在核电厂中要求补给水的纯度较高，在最大程度上降低相关离子的浓度。另一方面，在核电厂的运行中，为了抑制水的辐射分解而造成的含氧量的增加，会通过加氢的方式来解决，同时为了控制其pH值，也可以加入适量碱性较弱的氢氧化物。

二、核电厂回路水化学辐射优化控制

一回路冷却剂水质的好坏，直接影响着相关设备的使用寿命。当反应堆冷却剂的腐蚀性过强的时候，其性质无法正常发挥，设备不能正常使用，对反应造成不良影响，甚至有可能造成设备的直接报废。另外，在冷却剂中含有大量的氢氧元素，但是如果含量过高，也会造成包壳的严重腐蚀。

（一）降低溶解氧的含量

氧本身就是一种活泼型较高的元素，能够直接与金属发生氧化反应，造成金属的腐蚀。特别是在反应堆中，氧元素的存在会加快其他元素对钢材的侵蚀，氧含量与中子通量之间发生促进作用，对锆合金造成强烈的腐蚀，通过中子的辐照射，冷却剂中的氧能够起到催化剂的作用，加快腐蚀效率。根据相关规范，在对反应的运行中，要求溶解氧的的含量不大于100ug/kg（T>120℃）。就现在来看，核电厂控制一回路溶解氧的方法主要有以下两种：

第一，通过化学平台除氧。在反应堆中，如果冷却剂的温度达到80℃，向其中加入一定剂量的联氨，并与冷却剂中的氧发生以下反应：N2H4˙H2O+O2→N2+3H2O。另外，在高温环境中，联氨发生分解，产生NH3和N2。以上反应的发生以及产生的产物，不会对系统造成不良影响，然而，如果氨浓度过高，则会影响净化床的正常运行，置换出其中的锂。除此之外，由于氨属于弱碱性，会置换出一定量的阴离子，所以，为了降低氧含量，要控制联氨的程度，保证溶解氧的含量不大于100ug/kg。

第二，主系统加氢抑制氧的辐射分解。在反应堆功率运行过程中，一回路冷却剂受到以γ射线为主的混合射线的辐照，造成水的辐射分解，反应如下：H2O+γ→H2+1/2O2，该反应属于可逆反应，如果水中有一定量的溶解氧，则发生逆向反应。所以，为了抑制水的辐射分解，可以向其中加入适量的氢，减少游离氧的含量，降低辐射产物的浓度，避免结构材料发生腐蚀现象。

（二）降低溶解氢含量

在反应堆中，锆合金具有一定的吸氢能力，当其吸收了一定量的氢元素之后，包壳的力学性能发生恶化，出现“氢脆”现象。因此，为了减轻腐蚀现象，必须限制溶解氢的含量。根据相关实验及经验可知，为了保证反应堆，将氢浓度控制在14～15cc/kg范围内，便可以基本将环境中的氧清除干净。

然而，氧元素的来源比较广泛，比如可以从反應堆补水剂中获取，因而，反应堆运行的过程中，一定要有过量的氢浓度。相关技术规范中，要求反应堆中溶解氢的含量为25～50cc/kg。

在反应堆功率运行过程中，为了减轻氢对包壳的腐蚀，要控制反应堆冷却剂的溶解氢的含量，一般要求其含量在期望值（25～35cc/kg）的范围之内，通过这种方式，可以有效减轻锆合金被腐蚀的风险，减少腐蚀物的产生。

三、结语

综上所述，反应堆冷却系统是否合理，在核电厂的运行中具有重要的影响。在确保相关设备稳定、安全运行的基础上，应当合理设置反应堆冷却系统，在合理的基础上适当降低冷却剂溶液中的氧含量，同时控制氢含量使其满足系统正常运转的需求。

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