材料与水化学第讲核电厂一回路水化学

g射线是波长极短的电磁波， 又称为光子，其波长范围在 2埃以下。电磁波的波长l、 频率f (l=c/f)和能量E有如 下关系: El=12400；

反应堆中还有其它的粒子

E = hf 。
1 0 3 4 n 6 Li H+ 3 1 2 He

1 0
n
Leabharlann Baidu
113 48
Cd
114 48
Cd+γ
各种粒子的核特性
The nuclear properties of particles
射线种类 a射线 b射线 g射线 质子(P) 中子(n) 氘(d) 氚(T) 裂变碎片(轻) 裂变碎片(重) 电荷数 +2 -1 0 +1 0 +1 +1 ~+20 ~+22 静止质量，原子单位 4.002675 0.000549 -1.007271 1.008665 2.014102 3.016050 ~95 ~139

一回路水pH值控制


在冷却剂系统中使用的化学纯度的质量保证 在控制区使用化学物的核安全条例
反应堆中的辐射 Radiation in reactor

一般物质所放出的射线

Alpha – a 射线 – 氦核，带+2e Beta – b 射线 – 电子，带-1e Gamma – g 射线 – 高能电磁波 Neutron – 中子 Proton – 质子(氢核) Tritium nucleus – 氚核 Fission fragment – 裂变碎片
中子反应
2
反 应 堆 中 主 要 的 中 子 核 反 应
反应物在冷却剂 中的存在
热中子 截面 Barn 0.0005 940 3838 1.81 0.01910-3 0.53 6 0890.65 1.48 16 0.38 13.3 2.5 1.14 19.9 37.5 4.4 15 1.5 0.08 0.05
射线的穿透能力
Penetration of radiation
射线与物质的相互作用
Radiation interactions with matter

电离作用

打出电子，使物质电离 a, b, g射线电离能力约为： 104 : 102 :1 中子俘获 质子俘获 激发衰变

核转变


激发
入射g光子与原子中的束缚电子发生作用后，电子吸收了g射线的能量而电离。 入射g光子的能量hf0。一部分用来克服束缚电子对原子核的库伦引力0，一部 分变成了电子的动能E，E=hf0-0。光电效应主要造成内层电子(主要是K电子) 的电离，而对外层轨道上的自由电子极少发生作用。 当K电子被击出轨道后，外层电子将跃迁到K电子层。同时放出X射线。所 以g射线的光电效应总有射线发生。
天然 2H pH 控制剂 可溶性中子吸收剂 溶解空气， 联氨分解物 溶解空气或腐蚀产物 溶解空气或腐蚀产物 23 Na(n, g)24Na 杂质 36 Ar(n, g)37Ar 溶解空气 40 Ar(n, g)41Ar 溶解空气 41 pH 控制剂 K(n, g)42K 50 Cr(n, g)51Cr 腐蚀产物 54 Cr(n, g)55Cr 腐蚀产物 55 Mn(n, g)56Mn 腐蚀产物 54 Fe(n, g)55Fe 腐蚀产物 58 Fe(n, g)59Fe 腐蚀产物 59 Co(n, g)60mCo 腐蚀产物 59 Co(n, g)60Co 腐蚀产物 58 Ni(n, g)59Ni 腐蚀产物 62 Ni(n, g)63Ni 腐蚀产物 64 Ni(n, g)65Ni 腐蚀产物 94 腐蚀产物 Zr(n, g)95Zr 96 腐蚀产物 Zr(n, g)97Zr H(n, g)3H 6 Li(n, a)3H 10 B(n, a)7Li 14 N(n, p)14C 18 O(n, p)18F 16 O(n, p)16N
水化学控制的目的和意义
反应堆运行期间的一回路水化学控制对燃料包壳的完整性有很直接 的影响。如果水化学控制不当，会产生以下危害： 燃料元件包壳发生腐蚀，影响燃料元件使用寿命。 燃料棒表面结垢，影响传热效率。 严重时会引起燃料元件包壳破损，有可能导致裂变产物泄漏事故。 二回路水化学控制的目的是： 保护蒸汽发生器传热管不受二次侧水的腐蚀(应力腐蚀开裂)，防止 积垢(添加分散剂)。
0.551 7011 1.369 1.293 1.524 0.320 1.528 0.846 0.23 61.292 0.0585 1.332 无g 无g 1.481 0.756 0.743
g射线与物质的相互作用
Gamma ray interaction with matter

g射线射入物体后其强度的变化为：
防止给水管道腐蚀速率过快(流动加速腐蚀，FAC)。
水化学控制 Controlling of water chemistry

使用高纯补给水

降低水中Cl－、F－、O等的浓度

一回路和二回路水有效的净化


防止杂质的进入 加氢以抑止水的辐射分解生成含氧浓度
通过添加弱碱性氢氧化物：氢氧化锂、氢氧化铵等
dI I dx
I I 0 exp x
为吸收系数
物体对g射线的吸收作用由光电效应、康普顿散射和产生 电偶三种组成：
总 光电 散射 电子偶
g射线衰减量与吸收体单位体积原子数N成正比，
N
总 光电 散射 电子偶
1.2.2 光电效应

在压水堆中各种射线或粒子，程度不同地同冷却剂发生作用，重要的是g和 b、a射线与冷却剂的作用。当冷却剂中引入硼作为中子吸收剂时，10B与中 子反应所放出的b、a射线和7Li反冲核的影响也不可忽视。而中子将引起冷 却剂及其它物质的嬗变和活化，间接地对冷却剂辐射化学作用发生影响。
The major neutron reactions in a nuclear reactor
反应生成物 放射性 类型 b b 稳定 b b+，电子伏获 b、g b、g b、g b、g 电子俘获 b、g b、g 电子俘获 b、g b、g b、g 电子俘获 b b、g b、g b、g 半衰期 12.26 年 12.26 年 5730 年 1.87 小时 7.14 秒 14.96 小时 35 天 1.83 小时 12.36 小时 27.8 天 3.52 分 2.57 小时 2.6 年 45.6 天 10.5 分 5.26 年 8104 年 100 年 2.564 小时 63.9 天 17 小时 主要g能 量 MeV 无g 无g