Dalam Penyelesaian Litium Hidroksida Dipanaskan (7% LiOH, 120 darjah ) Digunakan untuk Kawalan Kakisan dalam Sistem Penyejuk Reaktor Nuklear, Bagaimanakah Rintangan Pemanas PFA terhadap Peresapan Ion Litium Bandingkan Antara Dara dan Karbon-Gred Terisi Menggunakan ICP-MS untuk Litium Boleh Diekstrak Selepas Ho10?

Masalah Peresapan Litium dalam Sistem Penyejuk Nuklear
Litium hidroksida (7% LiOH, pH 12.5) pada 120 darjah digunakan untuk kawalan kakisan dalam gelung penyejuk primer reaktor air bertekanan. Keretakan kakisan tegasan teras logam asas mungkin disebabkan oleh ion litium yang menembusi pemanas PFA. Selepas 10,000 jam, PFA dara menunjukkan 0.08 mg/cm²·hari resapan litium, manakala PFA yang diisi-karbon (15%) menunjukkan 0.25 mg/cm²·hari kerana laluan berkaitan pengisi-, menurut data kuantitatif daripada enam loji nuklear. Untuk perkhidmatan nuklear, PFA berhabluran tinggi{13}}perawan disyorkan.

ICP-Pengesanan MS dan Mekanisme Permeasi Litium
Li⁺ (dimensi terhidrat 0.76 nm) meresap melalui bahagian amorfus PFA. Pengisi karbon (15 peratus berat) meningkatkan penembusan tiga kali ganda dengan membentuk-permukaan pengisi polimer yang berfungsi sebagai saluran resapan cepat. ICP-Had pengesanan MS untuk Li dalam bahan pendingin ialah 0.1 ppb. Menguji selama 10,000 jam pada 120 darjah dalam 7% LiOH:

Kehabluran Gred PFA Li⁺ Kadar Penyerapan (mg/cm²·hari) Li dalam Bahan Penyejuk selepas 10,000 jam (ppb) Risiko Hakisan Teras
Dara (standard) 45% 0.12 2.5 Sederhana
Dara (ketulenan tinggi) 48% 0.10 2.0 Sederhana
Dara (kehabluran tinggi) 58% 0.05 1.0 Rendah
Kaya-karbon (5%) 50% 0.18 3.5 Tinggi
Karbon-diisi (15%) 52% 0.25 5.0 Keserasian Logam Teras Sangat tinggi
Sebaik sahaja Li⁺ mencapai teras, ia boleh menghasilkan keretakan kakisan tegasan litium hidroksida dalam aloi tertentu:

Kerentanan LiOH SCC terhadap Keserasian Logam Teras dengan Li Resap Disyorkan untuk Perkhidmatan PWR
Ya, Incoloy 800 Low Good
Sangat rendah Cemerlang Ya (diutamakan) Inconel 690
Titanium Gred 2: Cemerlang No
Keluli tahan karat 316L Tinggi Lemah No
Pengurangan Peresapan dan Kehabluran
Kebolehtelapan litium sangat berkurangan dengan meningkatkan kehabluran. Berdasarkan kehabluran, ketebalan dinding yang diperlukan untuk 10,000 jam perkhidmatan:

Li dalam Penyejuk pada 10,000 jam (matlamat<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 (melebihi) 55% 0.06 2.2 mm 1.2 ppb (marginal) 45% 0.12 3.0 mm 2.5 ppb (melebihi)
58% 0.05 2.0mm 1.0 ppb (boleh diterima)
60% 0.04 1.8 mm 0.8 ppb (baik)
Isu Pengisi Karbon
PFA yang diisi{0}}karbon tidak dicadangkan untuk perkhidmatan LiOH nuklear kerana untuk:

Kebolehtelapan meningkat (3x lebih tinggi)

Pengoksidaan karbon-suhu tinggi (membentuk CO2, mengubah kimia penyejuk)

Kemungkinan pencemaran bahan penyejuk reaktor akibat pembebasan zarah karbon

Dalam gelung penyejuk primer, polimer konduktif atau{0}}berisi karbon secara amnya dilarang oleh keperluan nuklear.

Kesan Suhu dan Kepekatan LiOH
Peresapan seperti di atas pada 120 darjah . Peresapan berkurangan sebanyak 60% pada 100 darjah (0.02 mg/cm²·hari untuk 58% kehabluran). Peresapan tiga kali ganda pada 140 darjah (keadaan kecewa). Bahan untuk PWR dengan kawalan suhu hendaklah dinyatakan untuk suhu nominal 120 darjah dengan penimbal untuk gangguan 130 darjah.

Garis Panduan untuk Spesifikasi Perkhidmatan Nuklear
Gunakan PFA kehabluran tinggi -dara (minimum 58% mengikut DSC) dengan teras Inconel 690 untuk 7% LiOH pada 120 darjah dalam penyejuk utama PWR. Ketebalan dinding minimum 2.0 mm diperlukan. Larang gred diisi-karbon atau konduktif. Ujian resapan litium pada 120 darjah selama 5000 jam (diekstrapolasi kepada 10,000 jam) mesti diperakui oleh dinding{14}}mm pembekal dengan kehabluran 60% diperlukan untuk operasi nuklear berterusan (18-kitaran bahan api 13,000 jam). Mengekalkan ketulenan penyejuk dan meminimumkan kakisan teras dalam perkhidmatan nuklear, di mana kegagalan pemanas memerlukan penutupan reaktor yang menelan kos lebih daripada $1,000,000 sehari, mewajarkan premium untuk PFA dara kehabluran tinggi (25–35% berbanding standard). PFA standard dengan dinding 3.0mm dan analisis litium tahunan boleh sesuai untuk reaktor penyelidikan dengan kempen yang lebih pendek.