压水堆一回路水化学对燃料包壳完整性的影响

一回路中碘及其同位素活度变化趋势及燃料性能分析的应用【摘要】碘及其同位素作为燃料包壳运行性能的特征核素，对分析燃料包壳完整性具有重要意义。

本文主要介绍碘-131及碘-134的产生消失机理及变化趋势；介绍碘及其同位素在燃料性能分析中的应用。

【关键词】碘及其同位素；变化趋势；燃料包壳运行性能；分析1 引言燃料元件是压水堆核电厂的核心部件，燃料元件包壳是核电厂防止放射性物质向环境释放纵深防御系统的第一道屏障，燃料元件性能的好坏对压水堆核电厂运行的安全可靠性和经济性至关重要。

目前国内外核电厂一般通过一回路核素的放射性水平来评价燃料元件在堆内的运行状态。

用于燃料包壳运行性能判断的方法及核素很多，本文重点介绍一回路特征核素碘及其同位素的变化趋势及与燃料包壳运行性能之间的关系，以及时、准确的分析判断燃料组件运行性能。

2 碘及其同位素的选择对于燃料包壳完整性定性、定量的分析，大都基于三族核素，这些核素为：惰性气体：Xe-133、Xe-133m、Xe-135、Xe-138、Kr-85m、Kr-87、Kr-88碘类：I-131、I-132、I-133、I-134、I-135铯类：Cs-134、Cs-137由于惰性气体在化学上的不活泼性，它们的逃逸释放主要是受物理因素的控制，如扩散和破损尺寸等。

Cs-134与Cs-137的比值可以用来表征破损燃料的燃耗水平，但即使在有燃料缺陷的堆芯中，其活度水平也常常是在监测线以下无法测到。

碘-131及其同位素放射性比活度已被国内外作为表征燃料包壳运行性能的特征核素，选择碘作为分析燃料包壳性能分析的特征核素，主要由于碘及其同位素具有如下特性：（1）碘及其同位素在堆内设备及一回路管壁上没有显著沉积。

（2）放射性释放与冷却剂中的比活度关系比较容易建立。

（3）通过γ谱仪能比较容易测量出来。

（4）碘同位素半衰期范围较广。

3 碘及其同位素的产生消失机理碘及其同位素的衰变常数如下表：指标碘-131 碘-132 碘-133 碘-134 碘-135衰变常数λ，S-1 1.0E-06 8.4E-05 9.25E-06 2.2E-04 2.95E-05上表可见，碘-131半衰期最长，碘-134半衰期最短。

分析压水堆一回路水化学对燃料包壳完整性的影响摘要：反应堆的运行与燃料包壳的完整性之间存在密切联系，也就是说一旦包壳质量受损，并出现腐蚀等问题，机组运行的安全性及稳定性就会受到不良影响，更为严重的还会导致泄露事故的发生。

为了进一步提升燃料包壳的完整性，就需要重点强化一回路水化学控制的能效作用，因此，对针对水化学对燃料包壳完整性的影响进行研究也就显得至关重要，以此为基准，应用与之协调的化学控制措施，就能有效缩减燃料包壳的腐蚀性，从而为其保持完整性夯实理论基础。

关键词：水化学；燃料包壳；完整性在当今社会，电能逐渐成为人们生活中不可或缺的一部分，而核电站的价值就在于将核裂变阶段产生的能量通过设备转化为电能，但是在核反应阶段辐射问题也会伴随发生，因此，现阶段推动核电工业高效发展的关键点就是提升核裂变的安全性及稳定性，而包壳作为核材料中重要的包覆材料，在规避核材料泄露风险中发挥着至关重要的作用，这就需要以提升材料的完整性为基准，提升其抗腐蚀性。

本文就围绕压水堆一回路水化学对燃料包壳的影响进行了细化阐述及分析。

一、压水堆一回路水化学的管理方向在核电厂实际运行阶段，压水堆所发挥的作用不容忽视，而以回路水化学控制的侧重点就在于提升一回路系统的运行效率，在推动体系完善化建设的基础上，降低危害指标，从而进一步实现对腐蚀及磨损问题的合理规避，延长电厂系统设备的使用寿命，促使其安全性及稳定性指标进一步提升。

从本质上来看，压水堆一回路水化学的管控要点就是降低反应堆辐射，将不良影响降到最低，因此，在水化学控制中首先应当保护材料包壳的完整性，这是因为燃料包壳具有阻隔性作用，即使是在裂变作用下，释放的产物也不会直接接触环境，因此，提升包壳完整性对于核电厂可持续发展来说具有重要意义。

其次，包壳是否完整会受到较多因素的直接影响及作用，因此，提升其完整性的关键点就在于水化学，同时还应当提升一回路压力边界的完整性，这是因为一回路系统是仅次于包壳的保护屏障，当腐蚀及放射性产物呈现释放特点时，一回路就能充分发挥其阻隔作用，避免不良产物渗透到环境中。

核电厂一回路水化学辐射优化控制研究作者：安洋吴玉彬来源：《科技创新导报》2019年第14期摘; ;要：压水堆一回路的水，即反应堆冷却剂的水质问题非常重要。

水质的好与坏，直接影响到材料的使用寿命与性能，一回路的水具有极强的腐蚀性质。

如果水质的腐蚀性太过于强烈，水质不好会引起或加剧反应堆结构材料和燃料包壳材料的腐蚀，导致设备损坏以及在反应堆主、辅系统的放射性活度的增高，构成放射性危害。

因此，控制水质指标，成了核电厂水化学研究的重要问题。

关键词：一回路; 水化学; 控制中图分类号：TL341; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ;文献标识码：A; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ;文章编号：1674-098X（2019）05（b）-0093-021; 核电厂水化学控制的特点在反应堆的运行期间，一回路水化学的控制对燃料包壳的完整性有着很直接的影响。

如果水化学的控制不当。

容易出现很多问题。

（1）燃料元件包壳发生腐蚀，影响燃料元件使用寿命。

（2）燃料棒表面结垢，影响传热效率。

（3）严重时候会引起燃料元件包壳破损。

有可能导致裂变产物泄露事故的发生。

由于水化学的控制好坏的程度，会直接影响到反应堆核反应的进行。

因此在核电厂中，一般使用高纯的补给水，尽可能的降低Cl-，F-，O-等离子的浓度。

同时，核电厂一般通过加氢的方式，来抑制由于水的辐射分解所导致反应堆中含氧量的增加问题。

通过加入弱碱性的氢氧化物，来调控其pH值。

2; 核电厂水化学存在的一系列反应介绍核电厂水化学的反应，是极其复杂的。

目前国际上，尚未能完全弄清楚其各方面的过程。

完全了解清楚其所有反应。

2.1 反应堆中的放射现象在反应堆中，有着各种放射性物质的存在，如中子，氦核质子，氚核质子以及一些裂变碎片的存在。

由于存在这些粒子，因此反应堆中存在各种射线。

这些射线穿透能力大小不同，但是却与反应堆中的物质存在各种相互作用。

主要有（1）电离作用，射线打出物质的核外电子，使得物质产生电离。

联氨除氧技术在压水堆核电站一回路的应用分析发布时间：2021-04-25T07:59:49.770Z 来源：《建筑学研究前沿》2020年27期作者：谢文震孔文辉姚胜[导读] 本文就此讨论了联氨的脱氧机理以及影响因素，并总结出三个经验公式并对其计算结果进行了分析。

海南核电有限公司 572700摘要：在核电站全面维修重新启动对一回路进行加热的过程中，需要严格控制一回路中的氧含量，因为过高的氧含量会加剧燃料安全壳中各种合金的锈蚀程度，直接影响到压水堆核电厂的顺利与安全运行。

而联氨就是这一过程中最常被使用的除氧剂，其添加量与一回路中氧的含量密切相关，过多过少都会对一回路的正常运作造成极大的影响，因此正确控制联氨的添加量具有极其重要的含义。

本文就此讨论了联氨的脱氧机理以及影响因素，并总结出三个经验公式并对其计算结果进行了分析。

关键词：压水堆核电站；一回路；联氨除氧引言在压水堆核电站机组全面维修之后进行重新启动，在这期间会对一回路的循环水进行加热，在水温超过120°C之前必须监测和控制一回路的水质情况，这样做的目的是为了符合稳压器建立气腔的需求，控制的主要是水中的化学物质的含量，例如水中溶解的氧的含量，F-、Cl-、SO42-、Na+等离子的含量，还有放射性元素58Co。

而这些化学物质中，一回路溶解氧的浓度是一回路水质监测中的一个关键参考因素，也是其重点控制的一个因素。

因为在高温下，氧会加快燃料安全壳中的锆合金、一回路镍基合金和不锈钢的均匀腐蚀。

基于核电厂有关的化学技术标准要求，当一回路循环水的温度超过120℃时，其中溶解氧的浓度必须不能超过100微克/千克。

在压水堆核电站中一回路和二回路最常用的除氧剂是联氨，其是一种弱碱，具有一定的挥发性[1]。

联氨与一回路循环水中氧发生化学反应一般有三种途径：1.联氨直接与氧发生化学反应，这一种是均相反应；2.联氨与氧气吸附在金属表面发生化学反应，这一种是非均相反应；3.联氨先与水中的铁离子发生化学反应，生成亚铁离子，然后亚铁离子与氧再发生反应生成铁离子，这一种也是非均相反应。

压水反应堆水化学压水反应堆水化学是指压水反应堆中与水相互作用的化学过程。

压水反应堆是一种核反应堆设计，它使用水作为冷却剂和减速剂，以控制和稳定核裂变反应过程。

在这种反应堆中，水化学是非常重要的，因为它涉及到核反应堆的燃料元素、冷却剂、结构材料和放射性废物的相互作用。

压水反应堆中的水化学主要包括废水处理、燃料元素的溶解、燃料包壳的腐蚀以及水母质的行为等方面。

首先，压水反应堆中产生的废水需要进行处理，以去除放射性核素和其他污染物。

废水处理过程中通常包括沉淀、滤过、吸附等步骤，以确保废水在放出环境之前达到安全标准。

其次，压水反应堆的燃料元素需要在水中溶解，以促进核反应的进行。

在核反应堆中，燃料棒是由铀或钚等放射性元素制成的。

当燃料棒置于水中时，水化学过程会导致铀或钚等元素从燃料棒中溶解出来。

这些溶解的放射性核素需要通过适当的措施进行处理和隔离，以防止对环境和人类健康造成危害。

此外，压水反应堆中的燃料包壳也需要注意腐蚀问题。

由于水中存在氧气和其他溶解的气体和离子，燃料包壳可能会受到腐蚀。

腐蚀会导致燃料包壳的退化和开裂，进而影响核反应堆的安全和性能。

因此，需要进行适当的防腐蚀处理，以延长燃料包壳的寿命并确保堆的运行稳定。

另外，由于压水反应堆使用的是轻水，水中的氢原子和氧原子之间的化学相互作用也需要考虑。

例如，氧原子可以与金属材料反应形成氧化物，从而引起材料的腐蚀。

此外，水中的氢原子还可以与放射性核素发生还原反应，导致核素的转化和迁移。

这些水中的行为和反应需要加以研究和管理，以确保核反应堆的安全运行和废物的处理。

总之，压水反应堆水化学是一个复杂而关键的领域，涉及到核反应堆的运行安全、废物处理和环境保护等方面。

从废水处理到燃料元素的溶解、燃料包壳的腐蚀以及水质的行为，都需要进行综合研究和管理，以确保核反应堆的安全性和可持续性发展。

压水堆核电站一回路主要活化腐蚀产物及水化学控制措施压水堆核电站一回路主要活化腐蚀产物包括铁、镍、铬等金属离子和铁锈颗粒，同时还有氢气和各种氧化物。

这些活化腐蚀产物会对核电站设备和管道造成损坏，同时对工作人员和环境也有潜在的危害。

为了控制活化腐蚀产物的形成和减少其对设备和环境的影响，压水堆核电站采取了一系列水化学控制措施。

其中包括：
1. 水质控制：核电站通过严格的水质控制，尽可能减少水中金
属离子和其他活化腐蚀产物的浓度。

2. 化学清洗：核电站定期对设备和管道进行化学清洗，清除附
着在表面的铁锈颗粒和其他污染物。

3. 电化学处理：核电站采用电化学处理技术，通过施加电流来
减少金属离子的生成，防止活化腐蚀的发生。

4. 加药控制：核电站在水中加入一定量的缓蚀剂和其他化学试剂，以控制水中活化腐蚀产物的生成和减少其对设备的损害。

通过这些水化学控制措施，压水堆核电站能够有效地控制活化腐蚀产物的形成和减少其对设备和环境的影响，保证核电站的安全运行。

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核电机组启动阶段的一回路水化学控制摘要：压水堆核电站具有功率密度高、结构紧凑、安全控制容易、技术成熟、成本和发电成本相对较低的特点。

它是世界上使用最广泛的商用核电站，占轻水堆核动力机组总数的3/4。

高温高压轻水作为一回路冷却剂、慢化剂和二回路工作介质。

主系统冷却剂在强辐射条件下工作。

因此，核电站的水化学问题，如放射性污染、设备和材料的腐蚀、水质的保证和控制等变得非常复杂和严重。

多年来，国内外许多研究机构或专家对核电站水化学进行了大量的研究工作。

通过对水化学的控制，减少了腐蚀和放射性污染，从而维护了反应堆的运行安全，提高了核电站的可用性，效果显著。

关键词：核电机组；启动阶段；一回路；水化学控制1、前言作为包含核心的系统回路，系统设备长期处于高温、高压、高辐射环境中。

为了保证系统设备在使用寿命期内安全可靠地运行，水化学控制是必不可少的。

一次水化学主要从两个方面影响机组的运行安全：一是影响一次回路边界的完整性；二是影响堆芯外的辐射剂量水平。

实践表明，为了提高一回路水化学控制水平，减少腐蚀，减少放射性污染，除加强正常运行期间水质的监督控制外，机组启动阶段的水质控制也显得尤为直接和必要，对后续机组正常运行时的水化学有着直接而深远的影响。

2、启动期间的水化学指标机组启动时，通常只进行热态试验或大修，所有重要设备和管道容器长期处于停（备）开状态，不可避免地会产生大量杂质和腐蚀。

应严格控制含氧量及其它各项指标，尤其是含氧量高的水质指标。

2.1溶解氧氧本身是一种活性腐蚀元素，也是其他元素腐蚀不锈钢的催化剂。

当温度超过120℃时，会引起不锈钢和燃料包壳的应力腐蚀。

因此，在反应堆冷却剂温度升至120℃之前，溶解氧含量必须控制在100μg/kg以内，因此在化学平台期间加联氨进行除氧，确保主系统和稳压器溶氧小于100μg/kg，否则应停止升温和机组上升，直到溶解氧合格为止。

2.2氢水在高辐射环境中的分解反应是可逆的。

加氢可以有效地抑制水的辐射分解，从而减少氧化产物的生成，使一回路系统处于还原环境中。

2020年第19卷第11期Industrial &Science Tribune 2020（19）11压水堆核电厂一回路化学除氧分析□陆伟【内容摘要】福清核电厂1 4号机组采用M310堆型压水反应堆，机组启动阶段一回路系统必须经过化学平台除氧。

业届成熟的除氧做法是在NS /ＲＲA 模式，通过添加一定量的联氨溶液来实现。

国内各核电厂一回路除氧效果不尽相同，没有可遵循的确定方式。

本文分析了影响除氧效果的因素，如：一回路温度、冷却剂pH 、一回路静/动排气效果、系统运行方式（主泵运转时间、系统扫气）、化学加药量及化学加药方式等。

比较了其它电厂的除氧情况，提出福清核电启动除氧的一些可行建议。

【关键词】一回路冷却剂；联氨；化学除氧【作者简介】陆伟（1987．10 ），男，湖北仙桃人；福建福清核电有限公司工程师；研究方向：电厂化学分析及监督压水堆核电机组从换料停堆至启动过程中，一回路系统须经过除氧，否则一回路冷却剂温度不能超过120ħ［1］。

当温度大于120ħ时，一回路冷却剂中存在溶氧会加速不锈钢和燃料包壳应力腐蚀。

在一回路冷却剂系统温度处于80 120ħ，压力≤3MPa．g 时，一回路冷却剂水化学集中进行调整，我们称之为化学平台。

一回路除氧的影响因素较多，各核电厂一般会建立本厂化学平台除氧的经验公式，指导除氧工作的开展。

化学平台除氧主要依靠经验和实际情况来判断，因此一回路除氧常常会占据较长的主线计划时间，部分国内同行电厂初次化学除氧时间甚至超过12小时。

优化除氧过程，减少占用主线时间是本文探讨的目的。

一、化学除氧过程压水堆核电厂普遍采用的除氧剂为联氨，联氨的水溶液是一种极为有效的除氧剂。

冷却剂中联氨与氧的反应变化：N 2H 4+O 2=N 2+2H 2O从上式可以看出，联氨与溶氧理论上按照物质的量1ʒ1的方式反应生成氮气和水。

用联氨除氧，联氨的消耗量较少，且不会对一回路冷却剂引入任何腐蚀物质而影响机组安全运行。