چالش سمیت بریلیم در پردازش سوخت هسته ای
محلول های سولفات بریلیم (30% BeSO4) در دمای 90 درجه برای پردازش سوخت هسته ای (نقطه ذوب 100 درجه، هیدرات ها) استفاده می شود. نفوذ بریلیم از طریق بخاریهای PFA میتواند آئروسلهای سمی BeO را در جریانهای گاز{4} خارج از گاز ایجاد کند و خطرات جدی برای سلامتی ایجاد کند. تجزیه و تحلیل کمی از 4 تأسیسات سوخت هستهای نشان میدهد که ضخامت دیواره PFA زیر 2.5 میلیمتر اجازه نفوذ بیش از 0.5 میکروگرم بر سانتیمتر مربع در روز را میدهد و آئروسل قابل اندازهگیری را در گاز خاموش ایجاد میکند. ضخامت دیوار 3.5 میلی متر نفوذ را به زیر 0.05 میکروگرم بر سانتی متر مربع · روز کاهش می دهد و محدودیت های ایمنی را رعایت می کند.
نفوذ بریلیم و تشکیل آئروسل
یونهای Be2+ (قطر هیدراته 0.8 نانومتر) از طریق PFA پخش میشوند و در سطوح هسته داغ تبخیر میشوند و نانوذرات BeO (10 تا 50 نانومتر) را تشکیل میدهند. هوابرد BeO یک سرطانزای رده 1 است (ACGIH TWA 0.2 میکروگرم بر متر مکعب). تست در 90 درجه در 30% BeSO4، pH 3، 5000 ساعت:
| ضخامت دیوار PFA (میلی متر) | نرخ نفوذ Be2⁺ (µg/cm²·day) | BeO در حالت خاموش-گاز (µg/m³) | حاشیه ایمنی به TWA 0.2 میکروگرم بر متر مکعب | خطر قرار گرفتن در معرض کارگران |
|---|---|---|---|---|
| 1.5 میلی متر | 2.5 | 8.5 | 0.02x (بیشتر از) | بالا (فوری) |
| 2.0 میلی متر | 1.2 | 4.0 | 0.05x (بیشتر از) | بالا |
| 2.5 میلی متر | 0.5 | 1.7 | 0.12x (بیشتر از) | قابل توجه است |
| 3.0 میلی متر | 0.2 | 0.7 | 0.29x (بیشتر از) | متوسط |
| 3.5 میلی متر | 0.08 | 0.27 | 0.74x (حاشیه) | کنترل شده است |
| 4.0 میلی متر | 0.03 | 0.10 | 2.0x (ایمن) | قابل قبول |
| 4.5 میلی متر | 0.01 | 0.03 | 6.7x (ایمن) | کم |
بلورینگی PFA و سد بریلیوم
بلورینگی بالاتر نفوذ را به میزان قابل توجهی کاهش می دهد. برای دیوارهای 3.5 میلی متری:
| بلورینگی PFA | Be Permeation (μg/cm²·day) | BeO در حالت خاموش-گاز (µg/m³) | برای TWA ایمن است؟ |
|---|---|---|---|
| 45% (استاندارد) | 0.08 | 0.27 | حاشیه ای (نیاز به کنترل های مهندسی دارد) |
| 50% | 0.06 | 0.20 | قابل قبول (در TWA) |
| 55% | 0.04 | 0.13 | بله |
| 60% (بازپخت شده) | 0.025 | 0.08 | بله (ایمن) |
مواد هسته و تشکیل BeO
دمای هسته فلزی بر تبخیر BeO تأثیر می گذارد. هسته های خنک کننده تشکیل آئروسل را کاهش می دهند. هدایت حرارتی مواد هسته:
| هسته فلزی | هدایت حرارتی (W/m·K) | دمای هسته در 15 W/cm²، 2.0mm PFA (درجه) | نرخ فرار BeO |
|---|---|---|---|
| Incoloy 825 | 12 | 195 | متوسط |
| مس | 400 | 125 | کم (ترجیحا) |
| تیتانیوم | 17 | 190 | متوسط |
| تانتالیوم | 57 | 160 | کم |
| نقره ای | 430 | 120 | خیلی کم |
ضخامت دیوار در مقابل دمای هسته
دیواره های PFA ضخیم تر باعث افزایش دمای هسته (عایق بیشتر)، افزایش تبخیر BeO می شود. برای PFA استاندارد در 15 وات بر سانتی متر مربع:
| ضخامت دیوار | دمای هسته (درجه) | Be Permeation (μg/cm²·day) | نرخ فرار BeO (نسبی) |
|---|---|---|---|
| 2.0 میلی متر | 170 | 1.2 | 1.0x |
| 3.0 میلی متر | 190 | 0.2 | 2.5x |
| 4.0 میلی متر | 210 | 0.03 | 8x |
مبادله-: دیوارهای ضخیمتر نفوذ را کاهش میدهند اما تبخیر Be نفوذ شده را افزایش میدهند. بهینه در 3.5-4.0mm وجود دارد.
تشخیص و نظارت
نظارت مداوم بر گاز برای BeO با استفاده از ICP{1}}MS (محدودیت تشخیص 0.01 میکروگرم بر مترمربع). سطوح اقدام:
<0.05 µg/m³: Safe, continue
0.05-0.10 μg/m³: بررسی، برنامه ریزی نگهداری
0.10-0.20 μg/m³: بازرسی فوری
0.20 µg/m³: خاموشی، تعمیر
راهنمای مشخصات برای سرویس BeSO4
برای 30٪ سولفات بریلیم در 90 درجه در پردازش سوخت هسته ای، PFA را با 60٪ کریستالینیت (بازپخت)، ضخامت دیواره 4.0 میلی متر حداقل، و هسته مس یا تانتالیوم (رسانایی حرارتی بالا برای به حداقل رساندن دمای هسته) مشخص کنید. نیاز به گواهی تامین کننده برای نفوذ بریلیوم کمتر از 0.05 میکروگرم بر سانتی متر مربع · روز در دمای 90 درجه. برای کارکرد مداوم، مانیتورینگ BeO گاز را خاموش کنید و هنگامی که گاز خاموش از 0.10 میکروگرم بر مترمکعب بیشتر شد، بخاریها را تعویض کنید. حق بیمه برای دیوار ضخیم (4.0 میلی متر در مقابل{14}}میلی متر، +50% هزینه مواد) و-PFA کریستالیته بالا ({17}}%) با جلوگیری از قرار گرفتن در معرض بریلیوم در پردازش سوخت هسته ای، جایی که مقررات ایمنی کارگران ایجاب می کند، توجیه می شود.<0.2 µg/m³ exposure limit. For R&D glovebox operations, 3.5mm walls with 55% crystallinity and local HEPA filtration may be acceptable.
