[go: up one dir, main page]

RU2263161C1 - Method of obtaining samples of deposit products from surface of zirconium fuel element jackets for performing quantitative analysis - Google Patents

Method of obtaining samples of deposit products from surface of zirconium fuel element jackets for performing quantitative analysis Download PDF

Info

Publication number
RU2263161C1
RU2263161C1 RU2004107219/02A RU2004107219A RU2263161C1 RU 2263161 C1 RU2263161 C1 RU 2263161C1 RU 2004107219/02 A RU2004107219/02 A RU 2004107219/02A RU 2004107219 A RU2004107219 A RU 2004107219A RU 2263161 C1 RU2263161 C1 RU 2263161C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
solution
deposits
fuel element
quantitative analysis
fuel
Prior art date
Application number
RU2004107219/02A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2004107219A (en
Inventor
И.М. Смирнова (RU)
И.М. Смирнова
И.Н. Кучкина (RU)
И.Н. Кучкина
дов Г.Д. Л (RU)
Г.Д. Лядов
Д.В. Марков (RU)
Д.В. Марков
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научный центр Российской Федерации - Научно-исследовательский институт атомных реакторов"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научный центр Российской Федерации - Научно-исследовательский институт атомных реакторов" filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научный центр Российской Федерации - Научно-исследовательский институт атомных реакторов"
Priority to RU2004107219/02A priority Critical patent/RU2263161C1/en
Publication of RU2004107219A publication Critical patent/RU2004107219A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2263161C1 publication Critical patent/RU2263161C1/en

Links

Landscapes

  • Investigating Or Analyzing Non-Biological Materials By The Use Of Chemical Means (AREA)

Abstract

FIELD: nuclear engineering; performing quantitative chemical analysis of deposit products from fuel element jackets.
SUBSTANCE: proposed method consists in bringing the fuel element jacket in contact with aqueous solution of mineral acids containing 60% of hydrochloric acid (1:1) and 20% of concentrated nitric acid. Solution is poured into cylindrical case made from heat-resistant and chemically stable pure material and is heated to temperature of (50-90)°C; fuel element or its section is placed into heated solution and is kept there till complete dissolving of deposits, after which solution is subjected to quantitative analysis for determination of chemical composition of deposits.
EFFECT: complete dissolving of deposits during minimum time without transfer of fuel element materials into solution.
1 tbl

Description

Заявляемое изобретение относится к ядерной технике и предназначено для использования при количественном химическом анализе продуктов отложений с поверхности оболочек твэлов из циркониевых сплавов.The claimed invention relates to nuclear engineering and is intended for use in the quantitative chemical analysis of sediment products from the surface of the cladding of fuel elements made of zirconium alloys.

Безопасная эксплуатация АЭС во многом зависит от удержания радиоактивных продуктов деления первым защитным барьером - оболочками тепловыделяющих элементов. Существенное влияние на работоспособность твэлов оказывает толщина отложений на поверхности твэлов. В условиях эксплуатации активных зон накопление продуктов отложений на поверхности твэлов может вызвать их разгерметизацию вследствие локальной коррозии, вызванной перегревом оболочек и действием продуктов радиолиза воды. Поэтому при проведении материаловедческих исследований тепловыделяющих сборок легководных реакторов одной из актуальных задач является количественное определение химического состава отложений, образующихся на поверхности твэлов, а также оценка степени их коррозионного воздействия на оболочку твэла.Safe operation of nuclear power plants largely depends on the retention of radioactive fission products by the first protective barrier - the shells of fuel elements. The thickness of deposits on the surface of the fuel rods has a significant effect on the performance of fuel rods. Under operating conditions of active zones, the accumulation of sediment products on the surface of fuel rods can cause their depressurization due to local corrosion caused by overheating of the shells and the action of water radiolysis products. Therefore, when conducting material science studies of fuel assemblies of light-water reactors, one of the urgent tasks is the quantitative determination of the chemical composition of deposits formed on the surface of fuel rods, as well as an assessment of the degree of their corrosion effect on the fuel cladding.

Ранее для проведения работ по определению химического состава продуктов отложений анализируемую пробу в виде навески отбирали с поверхности оболочки исследуемого твэла механическим способом. В случае анализа отложений толщиной слоя менее 5 мкм подобная процедура с облученными образцами (работа в защитной камере с разряжением) становится трудновыполнимой. Поэтому применили способ снятия продуктов отложений с твэлов раствором кислот, эффективным не только в случае наличия на оболочках твэлов небольших отложений в виде налетов, но и в случае значительной их толщины. При этом все имеющиеся отложения полностью переходят в раствор, анализируемые элементы (железо, медь, цирконий, никель, натрий, хром, кальций, алюминий, калий, кремний, цинк, бор, магний, марганец, кобальт и др.) имеют высшую степень окисления, а дальнейший количественный многоэлементный анализ без дополнительной пробоподготовки возможно проводить из этого раствора методом атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно связанной плазмой (ИСП-АЭС), позволяющим снизить ошибку анализа до 10-15%. Таким образом, снятие и полное растворение всех продуктов отложений совмещены в одну процедуру, что упрощает процесс пробоподготовки и значительно сокращает время проведения анализа. Появилась возможность количественного определения химического состава отложений вне зависимости от их толщины.Previously, to carry out work to determine the chemical composition of sediment products, the analyzed sample in the form of a sample was taken from the surface of the cladding of the fuel rod under investigation by mechanical means. In the case of analysis of deposits with a layer thickness of less than 5 μm, a similar procedure with irradiated samples (work in a protective chamber with discharge) becomes difficult to perform. Therefore, a method was used to remove the products of deposits from fuel elements with an acid solution, effective not only in the case of the presence on the cladding of fuel elements of small deposits in the form of deposits, but also in the case of a significant thickness. In this case, all available deposits are completely transferred to the solution, the analyzed elements (iron, copper, zirconium, nickel, sodium, chromium, calcium, aluminum, potassium, silicon, zinc, boron, magnesium, manganese, cobalt, etc.) have a high oxidation state and further quantitative multielement analysis without additional sample preparation can be carried out from this solution by the method of atomic emission spectrometry with inductively coupled plasma (ICP-AES), which allows to reduce the analysis error to 10-15%. Thus, the removal and complete dissolution of all sediment products are combined in one procedure, which simplifies the sample preparation process and significantly reduces the analysis time. It became possible to quantify the chemical composition of deposits, regardless of their thickness.

В качестве растворов для отмывки твэлов от продуктов отложений рассматривали ранее используемые варианты с водными растворами для твэлов и парогенераторов реакторов: ацетата аммония (20 г/л) и нитрита натрия (10 г/л); гидразина (10 г/л) и аммонийной соли этилендиаминтетрауксусной кислоты (ЭДТК) (20 г/л) [Ермолаев Н.П., Смыков В.Б., Шевченко Н.Н. Опыт эксплуатационных промывок испарителей парогенераторов энергоблоков с реакторами на быстрых нейтронах БН-600 и БН-350 // Теплоэнергетика. 1997. №8. С.25-30; Ермолаев Н.П., Смыков В.Б., Иванов В.Н. Новая технология эксплуатационной химической промывки парогенераторов ВВЭР // Теплоэнергетика. 2002. №7. С.39-42].As solutions for washing fuel rods from sediment products, previously used options with aqueous solutions for fuel rods and reactor steam generators were considered: ammonium acetate (20 g / l) and sodium nitrite (10 g / l); hydrazine (10 g / l) and the ammonium salt of ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) (20 g / l) [Ermolaev NP, Smykov VB, Shevchenko NN Experience in operational flushing of evaporators of steam generators of power units with fast neutron reactors BN-600 and BN-350 // Thermal engineering. 1997. No. 8. S.25-30; Ermolaev N.P., Smykov V.B., Ivanov V.N. New technology for operational chemical washing of VVER steam generators // Thermal Engineering. 2002. No. 7. S.39-42].

Для решения поставленной задачи данные растворы не подходят, т.к. процесс снятия отложений занимает много времени (до 20 часов), протекает порой в несколько стадий, требующих смены растворов. Самое главное, что при этом не добивались полного растворения оксидов железа и хрома, а некоторые элементы, например медь, только частично переходили в раствор.To solve this problem, these solutions are not suitable, because the process of removing deposits takes a lot of time (up to 20 hours), sometimes occurs in several stages requiring a change of solutions. Most importantly, they did not achieve the complete dissolution of iron and chromium oxides, and some elements, such as copper, only partially passed into the solution.

Более полного и быстрого растворения продуктов отложений можно добиться, используя раствор минеральных кислот. В числе возможных рассматривали имеющиеся в литературе варианты с минеральными кислотами и их смесями с различным соотношением и концентрацией [Бок Р. Методы разложения в аналитической химии: Пер. с англ./ Под ред. А.И.Бусева, Н.Ф.Трофимова. М.: Химия, 1984. - 428 с; Лазарев А.И., Харламов И.П. Анализ металлов: Справочник. М.: Металлургия, 1987, 320 с.].A more complete and quick dissolution of sediment products can be achieved using a solution of mineral acids. Among the options considered were available in the literature options with mineral acids and their mixtures with different ratios and concentrations [R. Bock. Decomposition methods in analytical chemistry: Per. from English / Ed. A.I. Busev, N.F. Trofimova. M .: Chemistry, 1984. - 428 s; Lazarev A.I., Kharlamov I.P. Metal Analysis: A Handbook. M .: Metallurgy, 1987, 320 pp.].

Однако готового состава раствора, что и стало задачей изобретения, не нашлось. При его воздействии на оболочку твэла за минимальное время все продукты отложений должны перейти в раствор, а материал оболочки при этом с раствором не должен взаимодействовать. Для снижения возможности протекания коррозионных процессов внутрикамерного оборудования при воздействии агрессивной кислотной среды время процедуры снятия отложений должно быть минимальным.However, the finished solution, which was the object of the invention, was not found. When it acts on the cladding of a fuel rod in a minimum time, all products of deposits must go into solution, and the cladding material must not interact with the solution. To reduce the possibility of corrosion processes in the chamber equipment under the influence of an aggressive acidic environment, the time for removal of deposits should be minimal.

При разработке заявляемого технического решения стояла задача полного снятия продуктов отложений и их количественного химического анализа. Это достигалось тем, что в процессе исследований разработаны состав раствора и условия проведения анализа. Состав - водный раствор минеральных кислот, содержащий 60% разбавленной соляной кислоты (1:1) и 20% концентрированной азотной. Наиболее эффективно процесс протекает при температуре раствора кислот (50-90)°С и времени проведения процедуры -(10-30) мин.When developing the claimed technical solution, the task was to completely remove sediment products and their quantitative chemical analysis. This was achieved by the fact that in the research process the composition of the solution and the conditions for the analysis were developed. Composition - an aqueous solution of mineral acids containing 60% dilute hydrochloric acid (1: 1) and 20% concentrated nitric acid. The process proceeds most efficiently at an acid solution temperature of (50-90) ° С and a procedure time of (10-30) min.

Технический эффект от применения разработанного раствора заключается в полном растворении отложений за минимально приемлемое время. При этом перехода элементов материала твэла в раствор не наблюдается.The technical effect of the application of the developed solution consists in the complete dissolution of deposits in a minimum acceptable time. In this case, the transition of elements of the fuel element material into the solution is not observed.

В соответствии с техническим заданием на научно-исследовательскую работу "Послереакторные исследования рефабрикованных и полномасштабных твэлов ВВЭР-1000 после дооблучения в реакторе МИР до выгорания 80 МВт·сут/кг·U″ было проведено снятие отложений с поверхности оболочки инструментованного рефаб-рикованного твэла водным раствором минеральных кислот, содержащим 60% соляной кислоты (1:1) и 20% концентрированной азотной кислоты.In accordance with the terms of reference for the research work "Post-reactor studies of refinished and full-blown VVER-1000 fuel rods after additional irradiation in the MIR reactor prior to burnout of 80 MW · day / kg · U ″, deposits were removed from the cladding surface of the instrumented refined fuel rod with an aqueous solution mineral acids containing 60% hydrochloric acid (1: 1) and 20% concentrated nitric acid.

Снятие продуктов отложений с поверхностей оболочек твэлов проводили в цилиндрическом пенале, выполненном из кварцевого стекла, в который предварительно залили 400 мл раствора минеральных кислот и нагрели до температуры (70±2)°С. После этого твэл поместили в нагретый раствор на 30 мин. Затем твэл достали из пенала, а раствор кислот с растворенными в нем продуктами отложений подвергли количественному химическому анализу. Результаты анализа приведены в таблице.The removal of sediment products from the surfaces of the claddings of fuel rods was carried out in a cylindrical pencil case made of quartz glass, into which 400 ml of a solution of mineral acids were preliminarily filled and heated to a temperature of (70 ± 2) ° С. After that, the fuel rod was placed in a heated solution for 30 minutes. Then the fuel rod was removed from the canister, and a solution of acids with dissolved sediment products was subjected to quantitative chemical analysis. The results of the analysis are shown in the table.

ТаблицаTable Химический состав отложенийChemical composition of deposits ЭлементElement Концентрация, мкг/см3 Concentration, mcg / cm 3 11 22 ЖелезоIron 23,27±1,2923.27 ± 1.29 ЦирконийZirconium 20,56±0,2220.56 ± 0.22 НикельNickel 4,22±0,044.22 ± 0.04 НатрийSodium 2,08±0,022.08 ± 0.02 ХромChromium 1,23±0,041.23 ± 0.04 КальцийCalcium 1,89±0,071.89 ± 0.07 АлюминийAluminum 0,87±0,030.87 ± 0.03 КалийPotassium 0,76±0,020.76 ± 0.02 КремнийSilicon 0,56±0,0090.56 ± 0.009 ЦинкZinc 0,47±0,010.47 ± 0.01 БорBoron 0,40±0,010.40 ± 0.01

Продолжение таблицыTable continuation 11 22 МагнийMagnesium 0,37±0,040.37 ± 0.04 МедьCopper 0,31±0,020.31 ± 0.02 МарганецManganese 0,29±0,0070.29 ± 0.007 КобальтCobalt 0,03±0,0030,03 ± 0,003

Существенными отличительными признаками заявляемого решения являются: концентрация кислот, температура раствора, время выдержки твэла в нем и дальнейший количественный анализ раствора. Поскольку в целом заявляемая совокупность признаков в научно-технической и патентной литературе не обнаружена, можно сделать вывод о соответствии заявляемого решения критериям патентоспособности.Salient features of the proposed solution are: acid concentration, solution temperature, fuel rod holding time in it and further quantitative analysis of the solution. Since in general, the claimed combination of features in the scientific, technical and patent literature is not found, we can conclude that the proposed solution meets the criteria of patentability.

Растворение отложений проводят посредством приведения оболочки в контакт с раствором в цилиндрическом пенале, выполненном из кварцевого стекла или другого чистого по контролируемым элементам, термо- и химически стойкого материала, в который заливают необходимое количество раствора из расчета высоты обрабатываемого участка твэла. Раствор нагревают до заданной температуры. В нагретый раствор помещают твэл или его участок, выдерживая там до полного растворения отложений. По окончании процесса снятия отложений твэл достают из пенала, а раствор подвергают количественному анализу для определения химического состава отложений.The dissolution of deposits is carried out by bringing the shell into contact with the solution in a cylindrical pencil case made of quartz glass or other clean thermally and chemically resistant material in controlled elements, into which the required amount of solution is poured based on the height of the treated fuel element. The solution is heated to a predetermined temperature. A fuel rod or its portion is placed in the heated solution, keeping there until the deposits are completely dissolved. At the end of the process of removing deposits, the fuel elements are removed from the can, and the solution is subjected to quantitative analysis to determine the chemical composition of the deposits.

Claims (1)

Способ получения проб продуктов отложений с поверхности оболочек циркониевых твэлов для проведения количественного анализа посредством приведения оболочки в контакт с раствором, отличающийся тем, что используют водный раствор минеральных кислот, содержащий 60% соляной кислоты (1:1) и 20% концентрированной азотной кислоты, раствор заливают в цилиндрический пенал из термостойкого, химически стойкого и чистого по содержанию примесных элементов материала, нагревают до температуры (50-90)°С, в нагретый раствор помещают твэл или его участок, выдерживают в растворе (10-30) мин до полного растворения отложений, после чего раствор подвергают количественному анализу для определения химического состава отложений.A method of obtaining samples of sediment products from the surface of the shells of zirconium fuel elements for quantitative analysis by bringing the shell into contact with a solution, characterized in that an aqueous solution of mineral acids containing 60% hydrochloric acid (1: 1) and 20% concentrated nitric acid is used, solution pour into a cylindrical pencil case made of heat-resistant, chemically stable and pure in the content of impurity elements material, heat to a temperature of (50-90) ° С, place a fuel rod or its section in a heated solution, separate alive in solution (10-30) minutes to completely dissolve the deposits, whereupon the solution is subjected to quantitative analysis to determine the chemical composition of the deposits.
RU2004107219/02A 2004-03-10 2004-03-10 Method of obtaining samples of deposit products from surface of zirconium fuel element jackets for performing quantitative analysis RU2263161C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004107219/02A RU2263161C1 (en) 2004-03-10 2004-03-10 Method of obtaining samples of deposit products from surface of zirconium fuel element jackets for performing quantitative analysis

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004107219/02A RU2263161C1 (en) 2004-03-10 2004-03-10 Method of obtaining samples of deposit products from surface of zirconium fuel element jackets for performing quantitative analysis

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2004107219A RU2004107219A (en) 2005-09-20
RU2263161C1 true RU2263161C1 (en) 2005-10-27

Family

ID=35848683

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2004107219/02A RU2263161C1 (en) 2004-03-10 2004-03-10 Method of obtaining samples of deposit products from surface of zirconium fuel element jackets for performing quantitative analysis

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2263161C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2727781C1 (en) * 2019-11-29 2020-07-23 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИХ ДВО РАН) Method of studying composition of deposits formed in equipment of oil producing well

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ЕРМОЛАЕВ Н.П. и др. Новая технология эксплуатационной химической промывки парогенераторов ВВЭР. Теплоэнергетика, 2002, №7, с.39-42. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2727781C1 (en) * 2019-11-29 2020-07-23 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИХ ДВО РАН) Method of studying composition of deposits formed in equipment of oil producing well

Also Published As

Publication number Publication date
RU2004107219A (en) 2005-09-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA1223181A (en) Process for treatment of oxide films prior to chemical cleaning
KR20130094306A (en) Reactor decontamination process and reagent
JP4843106B2 (en) Uranium recovery method using ionic liquid
CN101252027A (en) Dissolution of UO in Ionic liquids2、PuO2Or spent fuel process
RU2263161C1 (en) Method of obtaining samples of deposit products from surface of zirconium fuel element jackets for performing quantitative analysis
EP0859671B1 (en) Method for decontamination of nuclear plant components
JP2009036617A (en) Method for dissolving and separating uranium using ionic liquid, and method for recovering uranium using the same
WO1989001224A1 (en) Nuclear fuel reprocessing plant
WO1997017146A9 (en) Method for decontamination of nuclear plant components
Ignat’ev et al. Investigation of the corrosion resistance of nickel-based alloys in fluoride melts
RU2460160C1 (en) Cleaning and deactivation method of reactor plant equipment with liquid-metal lead-bismuth heat carrier
RU2316387C2 (en) Method for dissolving fuel elements incorporating magnesium metal
RU2459297C1 (en) Method of cleaning and decontaminating reactor circuit equipment with liquid-metal lead-bismuth heat carrier
US3515655A (en) Electrolytic decontamination of radioactively contaminated equipment
US3022160A (en) Reconditioning fuel elements
RU2499306C1 (en) Method of cleaning irradiated nuclear fuel
US3165377A (en) Separation of stainless steel from a nuclear fuel
FR2739216A1 (en) METHOD OF TREATING METALLIC ALUMINUM-BASED FUELS AND / OR NUCLEAR TARGETS WITH TETRAMETHYLAMMONIUM HYDROXIDE SOLUTIONS
RU2357311C2 (en) Method of processing spent nuclear fuel
Zavarzin et al. Electrochemical properties and dissolution of UPd 3 in nitric acid solutions
RU2547822C2 (en) Method of removing nuclear fuel from research and power reactor loops
RU2249632C1 (en) Tc-ru alloy dissolution method
Shuler Corrosion by Fluoride Solutions
RU2285963C1 (en) Method for decontaminating nuclear reactor circuit
Hylton et al. Dissolution of Light Curium Oxide with a Catalyzed Electrolytic Process

Legal Events

Date Code Title Description
PD4A Correction of name of patent owner