Co的来源及Zn对钴的影响

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资源描述

一回路的主要活化腐蚀产物是58Co、60Co。镍是反应堆冷却剂压力边界大部分材料中的主要合金成分,而钻是这些材料中的杂质,其含量可以达到千分之几,然而钴是用于阀座、泵轴颈和其他需要特别耐磨的部件表面硬化材料的主要成分,这是Co的主要来源。天然钴中的59C0吸收热中子,经(n,γ)反应生成60Co。58Ni被中子轰击,经(n,P)反应生成58Co,若58Co在堆心发生中子辐照反应吸收两个中子,将有可能生成60Co。除此之外,690合金的组成约为60%Ni一30%Cr一10%Fe,由于其含有10%的Fe元素,在经过活化腐蚀后,一回路系统冷却水中会含有58Fe。当58Fe在堆心接受中子辐照后,有可能转变为59Fe,59Fe经过β-衰变可以变为59Co,而59Co再接受中子辐照,最终将会生成60Co。(注:此图来自于)向一回路注锌之所以能够减少冷却剂中钴的含量,其原因在于锌能进入材料表面的氧化膜中,将氧化膜晶格位置上的镍和钴置换出来,同时改变氧化膜的形态和组成,改变氧化膜的腐蚀特性。而且,锌离子能够和60Co竞争腐蚀层中晶体的电子空穴,从而达到了降低剂量率的目的。Farley核电站2号机组在实施了5个换料周期的锌注入后,平均每个换料周期集体剂量减少了400人·mSv。锌注入的实施一直在持续地降低停堆时的剂量率水平,随着注入次数的增加,剂量的下降趋势也逐渐趋于平缓。这是由于腐蚀氧化层中的金属钴不断地被锌元素交换,从而使释放到水中的钴趋于稳定。部分核电站采用贫化锌代替天然锌,以避免锌元素被更多的活化成放射性的65zn,这种方法比注入天然锌能更有效地降低剂量率。综上,向一回路冷却剂中注锌,能阻止放射性钴滞留在金属表面氧化物层中,主要机理有3点:一是锌从氧化膜中置换钴;二是锌中断钴的扩散历程,阻止钻进入氧化膜;三是锌覆盖了氧化膜表面的活性点,阻止了对钴的吸附。镍基材料表面所形成的氧化膜一般为两层结构。内层为致密的保护性氧化膜,外层为保护性较差的疏松氧化膜。在此先简单介绍一下注锌对氧化膜的影响机理:内层保护性氧化膜AB2O4形式的尖晶石氧化物中,阳离子布置的优先能决定了晶体类型。锌原子倾向于占据AB2O4型的四面体位置,为正尖晶石结构的氧化物(与之相对的是反尖晶石结构),其点阵优先能比Fe、Ni、Co等原子占据该位置时都高,因而含Zn的AB2O4型正尖晶石氧化膜也就更稳定。当Zn被加入到系统中后,与一回路部件材料表面氧化膜中的Co2+交换,可形成更稳定的ZnCr2O4类型尖晶石。

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