ОРГАНИЗАЦИЯ ВОДНОГО РЕЖИМА АЭС
§5.1. РАДИОЛИТИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ, ПРОТЕКАЮЩИЕ В ТЕПЛОНОСИТЕЛЕ АЭС
Активные частицы и γ-кванты, образующиеся при работе ядерного реактора, легко возбуждают, ионизируют и разрушают молекулы воды и растворенных в ней примесей, например аммиака и гидразина. Независимо от энергии и вида излучения при радиолизе воды первоначально образуются ионы, вторичные электроны и возбужденные молекулы воды
Таким образом, в результате радиолиза в воде образуются молекулярные продукты Н2, О2, Н2О2 и активные частицы ОН, Н, НО2. Радикал ОН обладает окислительными свойствами, ион водорода, радикал НО2 и перекись водорода могут быть окислителями или восстановителями в зависимости от pH среды. В кислой и нейтральной среде они проявляют окислительные свойства [2]. Из сказанного следует, что циркуляционная вода кипящего реактора при нейтральном водном режиме обладает окислительными свойствами.
В кипящих реакторах радиолиз воды протекает в условиях, благоприятствующих разложению воды, так как радиолитические газы, водород и кислород удаляются вместе с паром. Концентрация перекиси водорода в циркуляционной воде незначительна, содержание водорода и кислорода составляет в воде 0,1—0,3 мг/л, в паре 20—30 мг/кг. Скорость радиолиза воды возрастает с ростом мощности реактора и падает с ростом давления пара [2]. Скорость образования радиолитического водорода при номинальной нагрузке реактора РБМК-1000 составляет 10—20 нл/с.
В реакторах, охлаждаемых водой под давлением, ввиду специфических условий (значительная концентрация водорода, повышенное значение pH из-за дозирования щелочи и аммиака, использование борной кислоты для регулирования реактивности) радиолиз воды протекает иначе.
Разложение воды, протекающее по реакции
(5.6) сильно тормозится при содержании водорода в воде около 0,005 нл/кг 12]. Для прекращения разложения воды (подавления радиолиза) необходимо увеличить содержание водорода в воде до 0,01—0,03 нл/кг [6]. Можно вводить водород или получать его за счет радиолиза химических добавок — гидразина и аммиака:
(5.7)
(5.8)
При добавлении борной кислоты в воду первого контура необходимо поддерживать большую концентрацию водорода для подавления радиолиза. В результате разложения гидразина и аммиака кроме водорода образуется и азот. Помимо этого азот попадает в циркуляционную воду вследствие недостаточной деаэрации питательной и подпиточной воды пли наличия остаточного воздуха при заполнении контура. Независимо от источника азота присутствие его в циркуляционной воде при отсутствии кислорода (радиолиз воды подавлен) приводит к образованию аммиака [реакция (5.8) обратима], поскольку водород всегда присутствует вследствие радиолиза воды и химических добавок. При наличии же в воде кислорода процесс взаимодействия азота с радиолитическими газами под действием ионизирующего излучения можно представить в виде следующей цепочки:
(5.9)
При больших поглощенных дозах излучения процесс идет до образования конечного продукта, поэтому он обычно записывается в виде одной реакции
(5.10)
Радиолиз воды усиливает коррозию аустенитной нержавеющей стали вследствие присутствия большого количества кислорода; коррозия усугубляется воздействием хлор- иона. Азотная кислота также увеличивает скорость коррозии и ускоряет образование отложений на поверхности твэлов (см. § 3.3).
