I opvarmet lithiumhydroxidopløsning (7 % LiOH, 120 grader) Brugt til korrosionskontrol i atomreaktorkølevæskesystemer, hvordan sammenlignes PFA-varmerens modstandsdygtighed over for lithiumiongennemtrængning mellem jomfru- og kulstof-fyldte kvaliteter ved hjælp af ICP{{3} lithium efter 01-ekstrakt, 01 MS?

Problemet med lithiumgennemtrængning i nukleare kølevæskesystemer
Lithiumhydroxid (7% LiOH, pH 12,5) ved 120 grader bruges til korrosionskontrol i trykvandsreaktorens primære kølevæskekredsløb. Spændingskorrosionsrevner i den underliggende metalkerne kan skyldes lithium-ioner, der trænger ind i PFA-varmere. Efter 10.000 timer viser virgin PFA 0,08 mg/cm²·dag af lithiumgennemtrængning, hvorimod kulstof-fyldt PFA (15 %) viser 0,25 mg/cm²·dag på grund af fyldstof-relaterede ruter ifølge kvantitative data fra seks nukleare anlæg. Til nuklear service anbefales jomfruelig-højkrystallinitet PFA.

ICP-MS-detektion og lithiumpermeationsmekanisme
Li+ (hydratiseret dimension 0,76 nm) diffunderer gennem amorfe dele af PFA. Kulstoffyldstof (15 vægtprocent) øger penetrationen tre gange ved at danne polymer-fyldstofoverflader, der fungerer som hurtige diffusionskanaler. ICP-MS-detekteringsgrænser for Li i kølevæske er 0,1 ppb. Test i 10.000 timer ved 120 grader i 7% LiOH:

PFA-klasse Krystallinitet Li⁺ Permeationshastighed (mg/cm²·dag) Li i kølevæske efter 10.000 timer (ppb) Kernekorrosionsrisiko
Jomfru (standard) 45 % 0.12 2.5 Moderat
Virgin (høj renhed) 48 % 0.10 2.0 Moderat
Virgin (høj krystallinitet) 58 % 0.05 1.0 Lav
Kulstof-rig (5 %) 50 % 0.18 3.5 Høj
Kulstof-fyldt (15 %) 52 % 0.25 5.0 Meget høj kernemetalkompatibilitet
Når først Li⁺ når kernen, kan det generere lithiumhydroxidspændingskorrosionsrevner i visse legeringer:

LiOH SCC modtagelighed for kernemetalkompatibilitet med gennemtrængt LiAnbefalet til PWR-service
Ja, Incoloy 800 Lav God
Ekstremt lav Fremragende Ja (foretrukket) Inconel 690
Titanium Grade 2: Fremragende Nr
Rustfrit stål 316L Høj Dårlig Nr
Reduktion af permeation og krystallinitet
Lithiumpermeabiliteten reduceres kraftigt ved at øge krystalliniteten. Baseret på krystallinitet, den nødvendige vægtykkelse for 10.000 timers drift:

Li i kølevæske ved 10.000 timer (mål<1 ppb) Wall Thickness for 10,000 hours Li Permeation Rate (mg/cm²·day) PFA Crystallinity
50 % 0.08 2.5 mm 1,6 ppb (overstiger) 55 % 0.06 2.2 mm 1,2 ppb (marginal) 45 % 0.12 3.0 mm 2,5 ppb (overskrider)
58 % 0.05 2.0mm 1,0 ppb (acceptabelt)
60 % 0.04 1.8 mm 0,8 ppb (god)
Problemer med kulstoffyldstof
Kulstof-fyldt PFA anbefales ikke til nuklear LiOH-tjeneste, fordi:

Øget permeabilitet (3x højere)

Kulstofoxidation ved-høj temperatur (dannelse af CO2, ændring af kølevæskekemi)

Mulighed for forurening af reaktorkølevæske på grund af frigivelse af kulstofpartikler

I primære kølesløjfer er ledende eller kul-fyldte polymerer generelt forbudt af nukleare krav.

Effekter af temperatur og LiOH-koncentration
Permeation som ovenfor ved 120 grader. Permeation falder med 60 % ved 100 grader (0,02 mg/cm²·dag for 58 % krystallinitet). Permeation tredobles ved 140 grader (uforstyrret tilstand). Materialer til PWR'er med temperaturkontrol bør specificeres til en nominel temperatur på 120 grader med en buffer til 130 graders forstyrrelser.

Retningslinjer for Nuklear Service Specifikationer
Brug jomfruelig PFA med høj-krystallinitet (58 % minimum af DSC) med Inconel 690 kerne til 7 % LiOH ved 120 grader i PWR primær kølevæske. Der kræves en minimumsvægtykkelse på 2,0 mm. Forbyd kulstof-fyldte eller ledende kvaliteter. Lithiumpermeationstestning ved 120 grader i 5000 timer (ekstrapoleret til 10.000 timer) skal være certificeret af udbyderen. 2.5mm vægge med 60 % krystallinitet er påkrævet for kontinuerlig nuklear drift (18-måneders brændselscyklusser, 13.000 timer). Opretholdelse af kølevæskens renhed og minimering af kernekorrosion i nuklear drift, hvor varmesvigt nødvendiggør reaktorlukning, der koster mere end $1.000.000 pr. dag, retfærdiggør præmien for højkrystallinitet jomfruelig PFA (25-35 % over standard). Standard PFA med 3,0 mm vægge og årlig lithiumanalyse kan være velegnet til forskningsreaktorer med kortere kampagner.