4 Контроль за ведением вхр 1-го контура

Как известно, при прохождении излучения через вещество образуются ионы и возбужденные молекулы. В случае теплоносителя 1-го контура:

Н₂O*→H₂O⁺ + е^-.

Появляющийся ион Н₂O⁺ и свободный электрон очень быстро, — за время, измеряемое ничтожными долями секунды, - реагируют с молекулами воды:

Н₂O⁺ + H₂O→H₃O⁺ + OH

e^­- + H₂O→H₂O^-→H + OH^-.

Таким образом, в результате превращения первоначально неустойчивых ионов образуются радикалы Н и ОН и новые, устойчивые в воде ионы — ионы гидроксония Н₃О⁺ и гидроксила ОН^-. Атомарный водород и радикал гидроксил неустойчивы, время их жизни не превышает миллионных долей секунды. За это время движущиеся в воде радикалы Н и ОН успевают вступить во взаимодействие:

Н + Н→ Н₂, ОН + Н → Н₂О,

НО + ОН → Н₂О₂.

В результате этих реакций вновь образуется вода и появляются новые, уже устойчивые соединения — молекулярный водород и перекись водорода. Их принято называть молекулярными продуктами радиолиза воды в отличие от неустойчивых радикальных продуктов Н и ОН.

Происходящие при радиолизе воды процессы можно представит в виде цепочки последовательных превращений:

вода → ионы (Н₂О⁺, е^-) → радикалы (Н и ОН) → молекулярные продукты (Н₂, Н₂О₂).

Молекулярные продукты при облучении очень чистой воды накапливаются в очень малой концентрации - не более десятитысячных долей процента от количества исходного вещества. Причина этого - в разрушении образующихся соединений радикалами Н и ОН:

Н₂О₂ + Н → Н₂О + ОН

Н₂ + ОН → Н₂О + Н,

Так что радикалы, порождая молекулярные продукты, их же и разрушают. Происходит круговорот:

вода → продукты радиолиза → вода.

Однако этот круговорот можно нарушить. Один способ - уводить из системы продукты радиолиза, откачивая водород или превращая перекись водорода в перекись бария, выпадающую в осадок. Другой возможный вариант - вводить какие-либо вещества, которые, не реагируя с молекулярными продуктами радиолиза воды, будут реагировать с радикалами Н и ОН, тем самым защищая молекулярные продукты радиолиза воды от разрушения.

Нужно отметить, что молекулярные продукты превращаются не только в воду. Кроме приведенных выше реакций протекают еще две

Н₂О₂ + ОН → Н₂О + НО₂,

НО₂ + НО₂→ Н₂О₂ + О₂.

В результате всех этих превращений в воде остается только малое количество молекулярного кислорода и молекулярного водорода. Но смесь этих газов крайне взрывоопасна - это гремучий газ. Поэтому следует избегать выделения продуктов радиолиза даже в низких концентрациях.

Таким образом, действие ионизирующих излучений может заметно изменить состав воды и растворов, используемых как теплоносители, образуя главным образом Н₂или D₂, O₂ или H₂O₂. Относительно небольшие количества кислорода или перекиси, образующихся при радиолизе, могут оказывать неблагоприятное воздействие на коррозию конструкционных материалов.

Процесс коррозии циркония и его сплавов чрезвычайно сложен из-за зависимости кинетики и характера окисления от многих параметров и факторов, таких, как химический состав сплава по примесям, химия теплоносителя и др.

Чистый цирконий — весьма коррозионностойкий мате­риал. Присутствие примесей, а также необходимость легирования для повышения прочности приводят к сни­жению его коррозионной стойкости.

Изучение коррозионной стойкости, разработка коррозионностойких сплавов занимают доминирующее положение в исследовательских работах.

Практическое использование циркония и его сплавов показало, что, обладая большой активностью по отно­шению к различным газам, при использовании в воде и паре цирконий поглощает освобождающийся при кор­розии и находящийся в свободном виде водород. Вопрос о влиянии водорода на коррозию Zr в воде при высоких температурах является особенно интересным, поскольку известно, что в процессе коррозии в подповерхностном слое Zr под пленкой окиси возможно образование некоторого количества гидридов циркония ZrH-ZrH₂-ZrH₄, снижающих пластичность металла. В то же время в литературе имеются сведения, утверждающие, что весьма большие количества молекулярного водорода, растворенного в воде, на коррозию Zr не влияют. Считается, что образование гидридов является следствием взаимодействия Zr с активным атомарным водородом (образующимся при коррозии), образующимся в процессе водородной деполяризации, а молекулярный водород в реакцию с Zr не вступает.

Поглощение водорода и образование гидридов приводят зачастую к охрупчиванию металла и к изменению его коррозионной стойкости и механических свойств при работе конструкций в реакторе.

Как было сказано выше, в процессе радиолиза воды и водных растворов теплоносителя образуется множество реакционноспособных продуктов радиолиза. Некоторые из них существуют в растворе доли секунд, а некоторые являются более устойчивыми (молекулярные продукты). Эти устойчивые продукты взаимодействуют с материалами контура, вызывая их коррозию. Продукты коррозии, откладывающиеся на стенках контура, могут изменять выходы продуктов радиолиза. Но, другой стороны, такие радиолитически образованные вещества, как молекулярный водород и пероксид водорода, способствуют образованию коррозионных отложений на стенках контура.

Рассмотрим теперь особенности водно-химического режима 1-го контура реакторов ВВЭР. Он характеризуется поддержанием избыточной концентрации водорода, необходимого для подавления радиолиза воды и образования кислорода. Водород образуется за счет радиолиза раствора аммиака и/или гидразина. Стандарты для первого контуров реакторов ВВЭР предусматривают водно-химический режим, регулируемый добавками Н₃ВО₃, КOH, Н₂ и, по мере необходимости, N₂H₄ (гидразин) и Н₂О₂. Стандарты постоянно совершенствуются, исходя из мощности установок, применяемых материалов и накопления знаний о механизмах протекающих процессов.

До настоящего времени нет единого мнения по поводу процессов и механизмов массопереноса продуктов коррозии (ПК) в тракте первого контура. Отсутствует универсальный метод, способный объяснить экспериментально установленные зависимости поведения ПК.

При проведении дезактивации участков контура, замене оборудования на них возникает локальное изменение скорости коррозии, что приводит к росту концентрации ПК в контуре и росту отложений ПК на поверхностях. Если при неправильном ведении ВХР создаются условия для осаждения ПК в активной зоне, то происходит не только увеличение активности в теплоносителе, но и рост гидравлического сопротивления реактора, что приводит к увеличению перепада давления на реакторе, а это нежелательно.