원자로 냉각제 시스템의 부식 제어에 사용되는 가열된 수산화리튬 용액(7% LiOH, 120도)에서 PFA 히터의 리튬 이온 투과 저항성은 10,000시간 후 추출 가능한 리튬을 위해 ICP{3}}MS를 사용하는 순수 등급과 탄소{2}}충진 등급 사이에서 어떻게 비교됩니까?

원자력 냉각재 시스템의 리튬 침투 문제
120도에서 수산화리튬(7% LiOH, pH 12.5)은 가압수형 원자로 1차 냉각재 루프의 부식 제어에 사용됩니다. 기본 금속 코어의 응력 부식 균열은 PFA 히터를 관통하는 리튬 이온으로 인해 발생할 수 있습니다. 6개 원자력 발전소의 정량적 데이터에 따르면 10,000시간 후 순수 PFA는 0.08mg/cm²·일의 리튬 투과를 보이는 반면, 탄소-충전 PFA(15%)는 필러 관련 경로로 인해 0.25mg/cm²·일을 나타냅니다. 원자력 서비스의 경우 순수 고-결정화도 PFA가 권장됩니다.

ICP-MS 검출 및 리튬 투과 메커니즘
Li⁺(수화 치수 0.76nm)는 PFA의 비정질 부분을 통해 확산됩니다. 탄소 필러(15중량%)는 빠른 확산 채널 역할을 하는 폴리머{3}}필러 표면을 형성하여 침투를 3배 증가시킵니다. 냉각수 내 Li의 ICP{5}}MS 검출 한계는 0.1ppb입니다. 7% LiOH, 120도에서 10,000시간 동안 테스트:

PFA 등급 결정화도 Li⁺ 투과율(mg/cm²·day) 10,000시간 후 냉각수 내 Li(ppb) 코어 부식 위험
버진(표준) 45% 0.12 2.5 보통
버진(고순도) 48% 0.10 2.0 보통
Virgin(높은 결정화도) 58% 0.05 1.0 낮음
탄소-풍부(5%) 50% 0.18 3.5 높음
탄소-충전(15%) 52% 0.25 5.0 매우 높은 핵심 금속 호환성
Li⁺가 코어에 도달하면 특정 합금에서 수산화리튬 응력 부식 균열이 발생할 수 있습니다.

PWR 서비스에 권장되는 침투된 Li과의 코어 금속 호환성에 대한 LiOH SCC 민감성
예, Incoloy 800 낮음 좋음
매우 낮음 우수 있음(선호) 인코넬 690
티타늄 등급 2: 우수 아니요
스테인레스 스틸 316L 높음 나쁨 아니오
투과성 및 결정성 감소
결정성을 높이면 리튬 투과도가 크게 감소합니다. 결정화도에 따라 10,000시간 사용에 필요한 벽 두께는 다음과 같습니다.

냉각수 내 Li 10,000시간(목표)<1 ppb) Wall Thickness for 10,000 hours Li Permeation Rate (mg/cm²·day) PFA Crystallinity
50% 0.08 2.5mm 1.6ppb(초과) 55% 0.06 2.2mm 1.2ppb(한계) 45% 0.12 3.0mm 2.5ppb(초과)
58% 0.05 2.0mm 1.0ppb(허용)
60% 0.04 1.8mm 0.8ppb(양호)
탄소 필러 문제
탄소- 충전 PFA는 다음과 같은 이유로 핵 LiOH 서비스에 권장되지 않습니다.

투과성 증가(3배 더 높음)

고온-탄소 산화(CO2 형성, 냉각수 화학적 성질 변경)

탄소입자 방출로 인한 원자로 냉각재 오염 가능성

1차 냉각수 루프에서 전도성 또는 탄소{0}} 충전 폴리머는 일반적으로 원자력 요구 사항에 따라 금지됩니다.

온도와 LiOH 농도의 영향
120도에서 위와 같은 침투. 투과도는 100도에서 60% 감소합니다(결정화도 58%의 경우 0.02 mg/cm²·day). 140도에서 투과율이 3배로 증가합니다(화가 진행된 상태). 온도 제어 기능이 있는 PWR의 재료는 130도 업셋에 대한 완충 장치와 함께 공칭 온도 120도에 대해 지정되어야 합니다.

원자력 서비스 사양에 대한 지침
PWR 1차 냉각수에서 120도에서 7% LiOH를 위해 Inconel 690 코어와 함께 순수 고결정성 PFA(DSC에 따르면 최소 58%)를 사용하세요. 최소 벽 두께 2.0mm가 필요합니다. 탄소- 충전 또는 전도성 등급을 금지합니다. 120도에서 5,000시간(10,000시간으로 추정) 동안 리튬 침투 테스트는 공급업체의 인증을 받아야 합니다. . 2.5mm 벽은 지속적인 원자력 작동(18-개월 연료 주기, 13,000시간)을 위해 60% 결정도가 필요합니다. 히터 고장으로 인해 하루 $1,000,000 이상의 비용이 드는 원자로 폐쇄가 필요한 원자력 서비스에서 냉각수 순도를 유지하고 노심 부식을 최소화하는 것은 고결정성 순수 PFA(표준 대비 25~35%)에 대한 프리미엄을 정당화합니다. 3.0mm 벽과 연간 리튬 분석을 갖춘 표준 PFA는 캠페인 기간이 짧은 연구용 원자로에 적합할 수 있습니다.