Construction of a test apparatus for fission product revaporization studies

Abstract

Vakavassa reaktorionnettomuudessa merkittävän osan fissiotuotteista ennustetaan pidättyvän voimalan primääripiirin putkistoon. Depositioiden kuumenemisen tai kemiallisten reaktioiden seurauksena fissiotuotteet voivat höyrystyä uudelleen ja vapautua primääripiiristä onnettomuuden myöhäisessä vaiheessa, jolloin suojarakennuksen tiiviys on voitu jo menettää. Fissiotuotteiden uudelleenhöyrystymisen on analyyseissa todettu olevan merkittävimpiä onnettomuuden myöhäisen vaiheen epävarmuuksia arvioitaessa radionuklidien vapautumisen määrää ja ajankohtaa vakavassa reaktorionnettomuudessa.

Tässä työssä on rakennettu ensimmäinen koelaitteisto, jolla fissiotuoteyhdisteiden höyrystymisnopeutta voidaan mitata ydinvoimalan primäärijäähdytyspiirin kaltaisessa ympäristössä. Höyrystysastia ja prosessiputki on valmistettu AISI 304 ruostumattomasta teräksestä, mikä on yleisesti primääripiirin putkistossa käytetty materiaali. Merkittävää on myös mahdollisuus tehdä kokeita puhtaassa vesihöyryatmosfäärissä. Vesihöyryn ohella mitä tahansa kaasua tai jopa aerosolihiukkasia voidaan syöttää koelaitteistoon. Kaasujen massavirta on vapaasti valittavissa ja näytteen lämpötilaa voidaan säätää 20..1000°C välillä yhden asteen tarkkuudella.

Fissiotuotteiden höyrystymisnopeutta on tarkoitus mitata gammailmaisimella reaaliajassa lisäämällä näytteisiin radiomerkkiaineita. Tällä tavoin voidaan näytteissä havaita hyvin pieniä muutoksia sekä pienentää huomattavasti depositiosta ja kaasujen virtausnopeuden mahdollisesta vaihtelusta aiheutuvaa virhettä mittauksissa. Lisäksi menetelmä ei ole riippuvainen näytteenotosta eikä häiritse itse höyrystymisprosessia.

Erityistä huomiota laitteiston suunnittelussa on kiinnitetty siihen, että radionuklidien pidättyminen laitteiston rakenteisiin minimoituisi. Tämän vuoksi virtauskanavassa ei ole kohtisuoria impaktiopintoja ja virtauksen jäähdyttäminen tapahtuu tässä työssä suunnitellussa huokoisen putken laimentimessa.

Laitteiston toimintaa on testattu aerosolimittalaitteita käyttäen. Esikokeissa tutkittiin fissiotuoteyhdisteiden CsOH ja CsI kaltaisten testiaerosolien NaOH ja NaCl höyrystymistä sekä pidättymistä laitteistoon. Hiukkasten massavirtaa mitattiin värähtelevään elementtiin perustuvalla vaa'alla (TEOM) ja niiden kokojakaumaa differentiaalisella liikkuvuusanalysaattorilla (DMA).

Työ on tehty VTT Energian Aerosolitekniikan laboratoriossa ja se on osa Euroopan komission neljättä puiteohjelmaa ydinturvallisuudesta.