L-Ambjent tar-Radjazzjoni
Faċilitajiet ta 'riproċessar ta' fjuwil nukleari, impjanti ta 'produzzjoni ta' radjuisotopi, u ċerti operazzjonijiet ta 'sterilizzazzjoni medika jesponu t-tagħmir tal-proċess għal radjazzjoni jonizzanti. L-iskambjaturi tas-sħana f'dawn l-ambjenti għandhom jifilħu mhux biss l-isfidi kimiċi tal-aċidu nitriku u fluwidi oħra tal-proċess iżda wkoll l-effetti kumulattivi tar-radjazzjoni gamma fuq snin ta 'servizz.
Id-doża totali assorbita għal skambjatur tas-sħana f'faċilità nukleari ta' attività-medja tista' tilħaq 10⁵ sa 10⁶ Griż (10-100 MRad) fuq ħajja ta' servizz ta' 10-snin. F'dawn il-livelli tad-doża, il-polimeri jgħaddu minn bidliet molekulari sinifikanti - scission jew crosslinking tal-katina - li jbiddlu l-proprjetajiet mekkaniċi tagħhom.
L-ETFE (ethylene-tetrafluoroethylene copolymer) kultant jitqies għal servizz ta' radjazzjoni minħabba li l-istruttura parzjalment fluworinata tiegħu hija maħsuba li toffri reżistenza aħjar għar-radjazzjoni minn PTFE kompletament fluworinat. Dan it-twemmin huwa korrett. Iżda l-kobor tad-differenza-u jekk hux importanti għas-servizz tal-iskambjatur tas-sħana-jeħtieġ eżami.
Id-Differenza fil-Kimika tar-Radjazzjoni
Ir-radjazzjoni jonizzanti jinteraġixxi mal-polimeri billi jiddepożita l-enerġija tul il-katina tal-polimeru. L-enerġija tkisser ir-rabtiet kimiċi, u toħloq radikali ħielsa. Id-destin ta 'dawn ir-radikali jiddetermina jekk il-polimer jiddegrada (qass tal-katina) jew isaħħaħx (crosslinking).
Fil-PTFE, ir-radikali-ikkaġunati mir-radjazzjoni fil-biċċa l-kbira jgħaddu minn qsim tal-katina. Is-sinsla tas-C-C tinqasam. Il-piż molekulari jonqos. Il-ktajjen imqassra għandhom saħħa mekkanika mnaqqsa. L-effett huwa kumulattiv u irriversibbli. F'doża ta' 10⁴ Gy (1 MRad), il-bidliet jistgħu jitkejlu iżda-qawwa tat-tensjoni żgħira tista' tinżel 5-10%. F'10⁵ Gy (10 MRad), it-telf tas-saħħa huwa sinifikanti-30-50%. F'10⁶ Gy (100 MRad), PTFE isir fraġli u mekkanikament inutli.
Fl-ETFE, l-unitajiet tal-konomer tal-etilene (-CH₂-CH₂{-) fis-sinsla tal-polimeru jibdlu r-rispons tar-radjazzjoni. Ir-rabtiet C-H fl-unitajiet tal-etilene huma aktar suxxettibbli għal formazzjoni radikali minn bonds C{-F, iżda r-radikali li jirriżultaw għandhom it-tendenza li jgħaqqdu aktar milli jgħaddu minn qass tal-katina. Crosslinking iżid il-piż molekulari u jista 'jtejjeb ċerti proprjetajiet mekkaniċi. ETFE iżomm proprjetajiet mekkaniċi utli għal dożi ta 'radjazzjoni ogħla minn PTFE.
| Parametru tar-Reżistenza għar-Radjazzjoni | PTFE | ETFE |
|---|---|---|
| Effett dominanti tar-radjazzjoni | Qiss tal-katina (degradazzjoni) | Crosslinking (stabbilizzazzjoni) |
| Doża li fiha tibda l-bidla fil-proprjetà li tista' titkejjel (Gy) | ~10³ (0.1 MRad) | ~10⁴ (1 MRad) |
| Doża għal 25% telf ta' saħħa tat-tensjoni (Gy) | ~5 × 10⁴ (5 MRad) | ~5 × 10⁵ (50 MRad) |
| Doża li fiha l-materjal isir fraġli (Gy) | ~10⁶ (100 MRad) | ~2 × 10⁶ (200 MRad) |
| Ħajja tas-servizz f'ambjent ta' 10⁴ Gy/sena (snin) | 2-5 | 10-20 |
| Riskju tal-immaniġġjar ta' wara-irradjazzjoni | Għoli (ksur fraġli) | Moderat (iżomm xi duttilità) |
Il-Kuntest Prattiku tar-Rata tad-Doża
Il-vantaġġ tar-reżistenza għar-radjazzjoni ta 'ETFE fuq PTFE huwa reali iżda għandu jitqiegħed fil-kuntest. Fil-maġġoranza tal-applikazzjonijiet tal-iskambjatur tas-sħana tal-faċilità nukleari, ir-rata tad-doża tar-radjazzjoni fil-post tal-iskambjatur tas-sħana hija relattivament baxxa-iż-żoni ta' radjazzjoni għolja-imkien ieħor fil-proċess.
Skambjatur tas-sħana pożizzjonat f'żona b'rata ta 'doża ta' 10²-10³ Gy/sena se jakkumula biss 10³-10⁴ Gy fuq ħajja ta 'servizz ta' 10 snin. F'dawn id-dożi, kemm PTFE kif ukoll ETFE iżommu l-proprjetajiet mekkaniċi tagħhom b'mod adegwat. Id-differenza tar-radjazzjoni bejn iż-żewġ materjali hija irrilevanti.
F'postijiet ta'-radjazzjoni għolja fejn id-doża akkumulata matul il-ħajja tat-tagħmir toqrob jew taqbeż l-10⁵ Gy, l-għażla bejn PTFE u ETFE issir sinifikanti. ETFE se jżomm l-integrità mekkanika għal aktar żmien. Madankollu, anke ETFE eventwalment se jiddegrada. Is-sostituzzjoni tat-tagħmir għandha tkun ippjanata abbażi tal-akkumulazzjoni tad-doża prevista, irrispettivament mill-għażla tal-materjal.
Is-Sovrapposizzjoni tar-Reżistenza Kimika
Ir-reżistenza għar-radjazzjoni ma teżistix f'iżolament. Il-materjal tal-iskambjatur tas-sħana għandu jirreżisti wkoll il-kimika tal-proċess. Fl-ipproċessar mill-ġdid tal-fjuwil nukleari, dik il-kimika hija tipikament jagħli l-aċidu nitriku. PTFE huwa reżistenti bla kundizzjoni għall-aċidu nitriku. L-ETFE għandu reżistenza tajba iżda mhux inkondizzjonata-jista' jiġi attakkat minn aċidi ossidanti qawwija f'temperaturi elevati.
Id-deċiżjoni tal-għażla tal-materjal għandha tiżen ir-reżistenza superjuri tar-radjazzjoni tal-ETFE kontra r-reżistenza kimika superjuri tal-PTFE. Fil-biċċa l-kbira tal-applikazzjonijiet nukleari, il-kimika tal-proċess (li tattakka kontinwament) toħloq riskju akbar mill-kamp tar-radjazzjoni (li tiddegrada b'mod kumulattiv). PTFE huwa l-aktar għażla komuni għal din ir-raġuni.
Sommarju
L-iskambjaturi tas-sħana ETFE joffru reżistenza aħjar għar-radjazzjoni gamma minn PTFE, u jżommu proprjetajiet mekkaniċi għal dożi bejn wieħed u ieħor 5-10 darbiet ogħla. Madankollu, fil-biċċa l-kbira tal-postijiet tal-iskambjatur tas-sħana tal-faċilità nukleari, ir-rata tad-doża tar-radjazzjoni hija baxxa biżżejjed li ż-żewġ materjali jgħix il-ħajja tas-servizz ippjanata tat-tagħmir. Ir-reżistenza kimika superjuri tal-PTFE għall-aċidu nitriku u kimiċi oħra tal-proċess nukleari ħafna drabi tagħmilha l-għażla preferuta minkejja l-vantaġġ tar-radjazzjoni tal-ETFE. L-għażla finali tiddependi fuq ir-rata tad-doża speċifika, il-kimika tal-proċess, u l-ippjanar ta 'sostituzzjoni tat-tagħmir.
L-appoġġ tal-inġinerija għall-għażla tal-materjal tal-ambjent tar-radjazzjoni huwa disponibbli fuq is-sottomissjoni tar-rata tad-doża mistennija, il-kompożizzjoni tal-fluwidu tal-proċess, it-temperatura operattiva u l-ħajja tas-servizz tat-tagħmir meħtieġ.
