Vo vyhrievanom roztoku hydroxidu lítneho (7 % LiOH, 120 stupňov) používanom na kontrolu korózie v chladiacich systémoch jadrových reaktorov, ako sa porovnáva odolnosť ohrievača PFA voči permeácii lítium-iónmi medzi panenským a uhlíkovým -stupňom plneným pomocou ICP-MS pre extrahovateľné lítium, 000 Hz

Problém permeácie lítia v jadrových chladiacich systémoch
Hydroxid lítny (7% LiOH, pH 12,5) pri 120 stupňoch sa používa na kontrolu korózie v primárnych chladiacich slučkách tlakovodného reaktora. Korózne praskanie spodného kovového jadra môže byť výsledkom prenikania lítiových iónov do ohrievačov PFA. Podľa kvantitatívnych údajov zo šiestich jadrových elektrární po 10 000 hodinách panenský PFA vykazuje 0,08 mg/cm²·deň permeácie lítia, zatiaľ čo uhlíkom -naplnený PFA (15 %) vykazuje 0,25 mg/cm²·deň kvôli cestám súvisiacim s výplňou{11}}. Pre jadrovú službu sa odporúča primárna{13}}vysokokryštalická PFA.

ICP-MS detekcia a mechanizmus permeácie lítia
Li+ (hydratovaný rozmer 0,76 nm) difunduje cez amorfné časti PFA. Uhlíkové plnivo (15 hmotnostných percent) zvyšuje penetráciu trikrát tým, že vytvára polymérne-povrchy plniva, ktoré slúžia ako rýchle difúzne kanály. Limity detekcie ICP-MS pre Li v chladiacej kvapaline sú 0,1 ppb. Testovanie počas 10 000 hodín pri 120 stupňoch v 7% LiOH:

Kryštalinita PFA Miera permeácie Li⁺ (mg/cm²·deň) Li v chladiacej kvapaline po 10 000 hodinách (ppb) Riziko korózie jadra
Virgin (štandardné) 45 % 0.12 2.5 Stredné
Panenský (vysoká čistota) 48 % 0.10 2.0 Stredný
Panenský (vysoká kryštalinita) 58 % 0.05 1.0 Nízka
Bohaté na uhlík- (5 %) 50 % 0.18 3.5 vysoké
Plnené uhlíkom- (15 %) 52 % 0.25 5.0 Veľmi vysoká kompatibilita s jadrovým kovom
Akonáhle Li⁺ dosiahne jadro, môže spôsobiť korózne praskanie hydroxidom lítnym v určitých zliatinách:

LiOH SCC Citlivosť jadrového kovu Kompatibilita s permeovaným Li Odporúčané pre službu PWR
Áno, Incoloy 800 Low Good
Extrémne nízka Výborná Áno (preferované) Inconel 690
Titánová trieda 2: Výborná č
Nerezová oceľ 316L High Poor No
Zníženie permeácie a kryštalinity
Priepustnosť lítia sa výrazne znižuje zvýšením kryštalinity. Na základe kryštalinity, potrebná hrúbka steny na 10 000 hodín prevádzky:

Li v chladiacej kvapaline pri 10 000 hodinách (cieľ<1 ppb) Wall Thickness for 10,000 hours Li Permeation Rate (mg/cm²·day) PFA Crystallinity
50 % 0.08 2.5 mm 1,6 ppb (presahuje) 55 % 0.06 2.2 mm 1,2 ppb (okrajové) 45 % 0.12 3.0 mm 2,5 ppb (presahuje)
58 % 0.05 2.0 mm 1,0 ppb (prijateľné)
60 % 0.04 1.8 mm 0,8 ppb (dobré)
Problémy s uhlíkovými náplňami
Uhlíkom-plnené PFA sa neodporúča pre jadrovú prevádzku LiOH, pretože:

zvýšená priepustnosť (3x vyššia)

Vysokoteplotná{0}}oxidácia uhlíka (tvorba CO2, zmena chémie chladiacej kvapaliny)

Možnosť kontaminácie chladiacej kvapaliny reaktora v dôsledku uvoľnenia uhlíkových častíc

V primárnych chladiacich slučkách sú vodivé polyméry alebo polyméry{0} plnené uhlíkom vo všeobecnosti zakázané jadrovými požiadavkami.

Účinky teploty a koncentrácie LiOH
Permeácia ako vyššie pri 120 stupňoch. Permeácia klesá o 60 % pri 100 stupňoch (0,02 mg/cm2·deň pre 58 % kryštalinitu). Priepustnosť sa strojnásobí pri 140 stupňoch (rozrušený stav). Materiály pre PWR s reguláciou teploty by mali byť špecifikované pre nominálnu teplotu 120 stupňov s tlmičom pre 130 stupňové výkyvy.

Smernice pre špecifikácie jadrovej služby
Použite primárny vysokokryštalický PFA{0}} (minimálne 58 % podľa DSC) s jadrom Inconel 690 pre 7 % LiOH pri 120 stupňoch v primárnom chladive PWR. Vyžaduje sa minimálna hrúbka steny 2,0 mm. Zakážte uhlíkom-plnené alebo vodivé triedy. Testovanie priepustnosti lítia pri 120 stupňoch počas 5 000 hodín (extrapolované na 10 000 hodín) musí byť certifikované poskytovateľom. 2.5Na nepretržitú jadrovú prevádzku sú potrebné mm steny so 60 % kryštalinitou (18-mesačné palivové cykly, 13 000 hodín). Udržiavanie čistoty chladiacej kvapaliny a minimalizácia korózie jadra v jadrovej prevádzke, kde si porucha ohrievača vyžaduje odstavenie reaktora, ktoré stojí viac ako 1 000 000 USD za deň, ospravedlňuje prémiu za vysokokryštalické panenské PFA (25–35 % oproti štandardu). Štandardné PFA s 3,0 mm stenami a ročnou analýzou lítia môžu byť vhodné pre výskumné reaktory s kratšími kampaňami.