减少反应堆内活化腐蚀产物进入保存水池的方案研究

林天龙，苏志勇，王用超，姜圣翰

（1. 海军某部，北京 100841；2. 中国核动力研究设计院，成都 610014）

活化腐蚀产物是反应堆一回路系统设备内壁金属腐蚀剥落物在反应堆活性段被中子活化后的产物[1-3]，大量的活化腐蚀产物易附着在乏燃料组件、吊篮、压紧结构、控制棒等堆内构件外表面。

随着反应堆堆内构件吊运至保存水池系统，大量的活化腐蚀产物跟随堆内构件进入保存水池系统。保存水池中的腐蚀产物少量呈悬浮状态，多数呈沉淀状态。悬浮的活化腐蚀产物会严重影响水体透明度，对水体的总固指标及水下安全操作带来严重影响。沉淀状态的活化腐蚀产物会对后期保存水池清洗维护及放射性废液处理产生较大的影响。高惠斌给出了大亚湾核电站主回路活化腐蚀产物的检测与控制方法，该方法主要基于数学模型及理论分析。许明霞对一回路冷却剂中主要活化腐蚀产物的产生及对系统剂量增加的影响进行了研究，提出了源头制止、规范程序、改进净化工艺等解决思路，但是未提出具体的净化设备及方案。目前，国内在主回路源项控制及保存水池水质净化方面的研究基本停留在国外的试验分析结论上，少有系统性的研究[1-3]。工程上采用水循环过滤或者保存水池换水的方式降低保存水池悬浮及沉淀活化产物对水质的影响。

如何依据源头治理原则从源头上减少活化腐蚀产物进入保存水池系统已成为反应堆退役及换料过程中保证核安全及二次废物最少化研究的重要内容。

1 总体方案简介

该方案主要包含活化产物移除和活化产物过滤两个过程。

前期预处理过程为：在堆内构件未从反应堆内拆除时，工作人员将固化及黏附在堆内构件的活化腐蚀产物进行松动处理，经冷却剂冲刷及流动，将脱离的活化腐蚀产物转移至其他部位，防止其再次回到反应堆压力容器内。

活化产物过滤过程为：在保存水池设置一套过渡池系统[4-6]，堆内构件先进入过渡池进行杂质清洗，清洗出的杂质经过过渡池与保存水池之间的过滤装置进行收集。这种过滤过程可以防止腐蚀产物进入保存水池。

2 可实施性分析

2.1 假设条件

目前，在反应堆正常运行或停堆过程中，活化腐蚀产物在反应堆内分布、黏结和沉淀的情况少有研究。本文根据反应堆及一回路系统结构性质做出的研究假设如下：（1）不同主泵转速对应的活化产物状态见表1；（2）活化腐蚀产物在反应堆内主要是以松散的沉淀物形式存在。主要活化产物大部分沉淀在吊篮上的法兰、吊篮下的栅板、乏燃料组件上的透水板、乏燃料组件下的透水板以及压紧结构上下表面等水平表面；次要活化产物主要黏附在吊篮筒体内外表面、乏燃料组件棒束外表面、控制棒棒束外表面和压紧结构内外表面等竖直方向上，少量悬浮于反应堆压力容器内水体中或存在于狭缝中。

表1 不同主泵转速对应活化产物状态Table 1 Activation product state corresponding to different main pump speed

2.2 事实条件

打开反应堆压力容器端盖后，因反应堆及一回路系统冷却剂内的含氧量增加，成膜活化腐蚀产物将产生一定程度的剥离，冷却剂内游离状态的活化腐蚀产物会相应增加。工程实践经验表明，在保存水池系统中,常规拆卸操作会产生较多腐蚀产物脱落。活化腐蚀产物（非成膜）黏结能力不强，具有松散性。

3 活化产物去除实施过程

基于上述假设条件，在反应堆压力容器未打开端盖且堆内构件未拆卸的情况下，基于反应堆压力容器端盖开盖后新剥落腐蚀产物的产生及未开盖前不能完全去除活化腐蚀产物的事实情况，本方案将堆内构件活化产物去除工作分3个阶段进行：

（1）在反应堆未开盖情况下，工作人员借助低、中、高速冷却剂进行初步活化腐蚀产物去除。该方案可较大程度地降低环境中的气溶胶浓度，采取该步骤前后气溶胶浓度对比见表2，单次工作人员平均受照剂量对比见表3。

（2）工作人员在预设的过渡池内对出堆的堆内构件再次进行活化产物去除工作；

（3）在过渡池与保存水池之间设置过滤装置，将活性产物过滤留存在过渡池内。

通过3个阶段的处理，堆内构件表面的活化腐蚀产物得到有效的去除，并被阻止进入保存水池。

表2 环境中气溶胶浓度对比Table 2 Comparison of aerosol concentration in the environment

表3 人员受照剂量对比Table 3 Comparison of radiation dose of personnel单位：mSv

3.1 堆内构件活化腐蚀产物去除

基于乏燃料组件是否发生破损及目前松动技术是否会对乏燃料组件产生不利影响的未知性，本方案在压力容器内部及过渡池内均采用模拟主泵低、中、高速运行状态，借助不同流速的水流松动活化腐蚀产物。该方案采用的松动方式较可靠且贴近反应堆内构件正常运行状态。该方案在过渡池与保存水池之间增设机械过滤装置，阻止了活化腐蚀产物大量进入保存水池。

3.2 系统连接

本方案在反应堆压力容器进出口主闸阀位置各引一路管道（不破坏反应堆及一回路系统压力边界），引出管道分别连接在管道过滤器的进口和出口，主泵采用不同速度运行，冷却剂在一回路及压力容器内流动。冷却剂将系统内的所有可搅动活化产物进行搅动，并携带活化腐蚀产物在回路内进行流动。主闸阀出口处的支路引出部分将反应堆内携带活化产物的冷却剂送至管道过滤器进行过滤，过滤后的冷却剂从反应堆进口主闸阀重新进入反应堆循环系统。未开盖前冲洗系统原理如图1所示。

图1 系统流程图Fig.1 System flow chart

3.3 堆内构件卸除后表面活化产物去除

该方案在保存水池系统内设置过渡水池，并在过渡水池内设置堆内构件活化产物去除装置。堆内构件经去污预处理后被卸出，然后被吊运至过渡水池活化产物去除装置中进行冲洗去污，主要活化产物被截留在过渡池中，待出水悬浮物指标达到表预设数值后，堆内构件被转移至堆内构件保存水池中进行其他操作或暂存，工作流程如图2所示。

增设过渡水池减少了放射性废水产生量，数据见表4。大量杂质被截留在过渡水池后，非过渡水池内水表面计量明显降低，见表5。

表4 放射性废水产生量对比Table 4 Comparison of production of radioactive waste water

表5 非过渡水池表面计量对比Table 5 Surface measurement comparison of non transition pool

图2 增设过渡水池后的工作流程图Fig.2 Work flow chart after adding transition pool

4 结论

本文提出了一种减少堆内构件活化腐蚀产物进入保存水池的技术方案。该研究方案为腐蚀活化产物的处理提供了技术思路，为后续的核设施退役及检修工作提供了一定的参考。