壓水堆核電廠一回路冷卻劑條件110mAg 膠體形成機(jī)理與制備研究

摘 要：在模擬壓水堆一回路冷卻劑條件下，以硼鋰溶液為介質(zhì)、聯(lián)氨還原硝酸銀來(lái)制備膠體納米銀，并探究了還原劑、硼酸、Ag+ 濃度、溫度與輻照條件對(duì)膠體銀性能的影響。結(jié)果表明，加入硼酸與還原劑聯(lián)氨可有效穩(wěn)定膠體顆粒，聯(lián)氨與銀的摩爾比為1. 0～2. 0 時(shí)Ag+ 的還原率最高，膠體最穩(wěn)定。隨著銀離子濃度升高，膠體顆粒表面負(fù)電荷增多，顆粒不易團(tuán)聚，膠體穩(wěn)定性增強(qiáng)。高溫高壓的水環(huán)境下，更易形成更大粒徑的膠粒。輻照劑量在0. 9kGy～7. 2 kGy 范圍內(nèi)，在有無(wú)聯(lián)氨的條件下均可形成膠體銀。

關(guān)鍵詞：110mAg 膠體;聯(lián)氨;輻照

中圖分類號(hào)：TL75 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

壓水堆（PWR）核電機(jī)組運(yùn)行期間，一回路冷卻劑中腐蝕產(chǎn)物沉積在堆芯表面，被中子活化并形成活化腐蝕產(chǎn)物，在大修時(shí)對(duì)集體劑量產(chǎn)生貢獻(xiàn)。對(duì)多數(shù)PWR 而言，58 Co 與60 Co 是最主要的活化腐蝕產(chǎn)物[1] 。然而，對(duì)于部分使用含銀材料的PWR 機(jī)組，110mAg 會(huì)污染一回路和輔助系統(tǒng)，成為大修劑量的主要貢獻(xiàn)核素之一。國(guó)內(nèi)核電機(jī)組出現(xiàn)過(guò)一回路凈化系統(tǒng)下游、化容再生熱交換器下游等低溫部件內(nèi)表面的110mAg 沉積問(wèn)題[2] ，國(guó)外壓水堆核電站輻射場(chǎng)特征分析結(jié)果也表明，在停堆期間系統(tǒng)表面110mAg 污染可占局部輻射場(chǎng)的80% ～95%[2] 。

一回路中亞穩(wěn)態(tài)的110mAg 主要是堆芯控制棒Ag-In-Cd 合金或含Ag 密封墊片中的109Ag 吸收熱中子活化而來(lái)，其主要沉積形態(tài)為110mAg 膠體[3-4] 。根據(jù)Moret-sur-Loing 的研究[5] ，銀在一回路的形態(tài)轉(zhuǎn)變存在以下過(guò)程：109Ag 在運(yùn)行或其它條件下被氧化成Ag+ ，Ag+ 化學(xué)性質(zhì)活潑，極易被還原為銀原子， 銀原子自催化Ag+ 還原生成110mAg 膠體。110mAg 膠體生長(zhǎng)到一定程度時(shí)就會(huì)沉積在管道或設(shè)備表面，對(duì)放射性產(chǎn)生貢獻(xiàn)。

110mAg 中子俘獲截面積大[6-7] 、半衰期為249. 85 d，能發(fā)射4 種β 粒子、8 種電子束和31 種γ 射線，可快速達(dá)到高放射性活度[8] 。110mAg 的活度-劑量轉(zhuǎn)換系數(shù)比高，在相同的放射性活度條件下是60 Co 的1. 2 倍，58 Co 的2. 7 倍[9] 。核電站一回路系統(tǒng)中，110mAg 膠體粒徑多為0. 02 ～ 0. 06μm，主要通過(guò)過(guò)濾器機(jī)械截留去除，然而目前壓水堆核電站過(guò)濾器孔徑為0. 4 μm 或0. 1 μm，凝膠型離子交換樹脂床對(duì)110mAg 膠體的去除效率很低， 致使110mAg 膠體在回路溫度較低的部位沉積[2] 。

現(xiàn)有對(duì)110mAg 的處理技術(shù)包括蒸發(fā)法、化學(xué)沉淀法、離子交換法[10] 、膜分離法、選擇性吸附法[11-12] 等，這些方法的首要任務(wù)是制備與一回路沉積特性相同的110mAg 膠體，而一回路冷卻劑同時(shí)處于氧化還原、高溫高壓、強(qiáng)輻照?qǐng)龅壤砘匦钥刂葡隆１疚耐ㄟ^(guò)模擬壓水堆核電廠一回路冷卻劑條件，以硼鋰溶液為介質(zhì)、聯(lián)氨還原硝酸銀來(lái)制備膠體納米銀，并分別探究室溫下聯(lián)氨還原、中等溫度壓力條件下的水熱反應(yīng)、常溫常壓下的鈷源輻照反應(yīng)等條件對(duì)銀的形態(tài)影響，探究110mAg 膠體形成機(jī)理， 為110mAg 膠體的去除工藝研究奠定基礎(chǔ)。