نیوکلیئر کولنٹ سسٹمز میں لیتھیم پرمیشن چیلنج
120 ڈگری پر لیتھیم ہائیڈرو آکسائیڈ (7% LiOH، pH 12.5) پریشرائزڈ واٹر ری ایکٹر پرائمری کولنٹ لوپس میں سنکنرن کنٹرول کے لیے استعمال ہوتا ہے۔ پی ایف اے ہیٹر میں داخل ہونے والے لیتھیم آئن بنیادی دھاتی کور کے تناؤ کے سنکنرن کے کریکنگ کا سبب بن سکتے ہیں۔ 6 جوہری تنصیبات سے مقداری تجزیہ سے پتہ چلتا ہے کہ ورجن پی ایف اے 10,000 گھنٹے کے بعد 0.08 ملی گرام/سینٹی میٹر²· دن کے لیتھیم پارمیشن کو ظاہر کرتا ہے، جب کہ کاربن- سے بھرا ہوا پی ایف اے (15%) 0.25 ملی گرام/سینٹی میٹر²· دن ظاہر کرتا ہے جس کی وجہ فلر سے متعلق ہے- جوہری سروس کے لیے ورجن ہائی-کرسٹل لینٹی PFA کو ترجیح دی جاتی ہے۔
لیتھیم پرمییشن میکانزم اور ICP-MS کا پتہ لگانا
Li⁺ (ہائیڈریٹڈ قطر 0.76 nm) PFA کے بے ساختہ علاقوں میں پھیلتا ہے۔ کاربن فلر (15 wt%) پولیمر-فلر انٹرفیس بناتا ہے جو تیزی سے پھیلاؤ کے راستوں کے طور پر کام کرتا ہے، پارمیشن 3x بڑھاتا ہے۔ ICP-کولنٹ میں Li کے لیے MS کا پتہ لگانے کی حدیں 0.1 ppb ہیں۔ 7% LiOH، 10,000 گھنٹے میں 120 ڈگری پر ٹیسٹنگ:
| پی ایف اے گریڈ | کرسٹلینٹی | لی⁺ پارمیشن کی شرح (mg/cm²·day) | Li 10,000h کے بعد کولنٹ میں (ppb) | کور سنکنرن کا خطرہ |
|---|---|---|---|---|
| کنواری (معیاری) | 45% | 0.12 | 2.5 | اعتدال پسند |
| کنواری (اعلی پاکیزگی) | 48% | 0.10 | 2.0 | اعتدال پسند |
| کنواری (اعلی کرسٹل پنٹی) | 58% | 0.05 | 1.0 | کم |
| کاربن- بھرا ہوا (5%) | 50% | 0.18 | 3.5 | اعلی |
| کاربن- بھرا ہوا (15%) | 52% | 0.25 | 5.0 | بہت اعلیٰ |
بنیادی دھاتی مطابقت
ایک بار جب Li⁺ بنیادی تک پہنچ جاتا ہے، تو یہ بعض مرکب دھاتوں میں لیتھیم ہائیڈرو آکسائیڈ کے تناؤ کے سنکنرن کا سبب بن سکتا ہے:
| کور میٹل | LiOH SCC حساسیت | Permeated Li⁺ کے ساتھ مطابقت | PWR سروس کے لیے تجویز کردہ |
|---|---|---|---|
| انکولی 800 | کم | اچھا | جی ہاں |
| انکونل 690 | بہت کم | بہترین | ہاں (ترجیحی) |
| ٹائٹینیم گریڈ 2 | کوئی نہیں۔ | بہترین | جی ہاں |
| سٹینلیس سٹیل 316L | اعلی | غریب | نہیں |
کرسٹلینٹی اور پارمیشن میں کمی
کرسٹل پن میں اضافہ لتیم کے پارمیشن کو نمایاں طور پر کم کرتا ہے۔ 10,000 گھنٹے کی خدمت کے لیے، کرسٹل کی بنیاد پر دیوار کی موٹائی کی ضرورت ہے:
| پی ایف اے کرسٹلنیٹی | لی⁺ پارمیشن کی شرح (mg/cm²·day) | 10,000h کے لیے دیوار کی موٹائی | Li 10,000h پر کولنٹ میں (ٹارگٹ<1 ppb) |
|---|---|---|---|
| 45% | 0.12 | 3.0 ملی میٹر | 2.5 پی پی بی (متعدد) |
| 50% | 0.08 | 2.5 ملی میٹر | 1.6 پی پی بی (متعدد) |
| 55% | 0.06 | 2.2 ملی میٹر | 1.2 پی پی بی (معمولی) |
| 58% | 0.05 | 2.0 ملی میٹر | 1.0 پی پی بی (قابل قبول) |
| 60% | 0.04 | 1.8 ملی میٹر | 0.8 پی پی بی (اچھا) |
کاربن فلر کے مسائل
جوہری LiOH سروس کے لیے کاربن سے بھرے PFA کی سفارش نہیں کی جاتی ہے کیونکہ:
اضافہ ہوا (3x زیادہ)
اعلی درجہ حرارت پر کاربن آکسیکرن (CO₂ بناتا ہے، کولنٹ کیمسٹری کو تبدیل کرتا ہے)
کاربن پارٹیکل کی رہائی کا امکان (ری ایکٹر کولنٹ کو آلودہ کرنے والا)
جوہری تصریحات عام طور پر پرائمری کولنٹ لوپس میں کوندکٹو یا کاربن{0}} سے بھرے پولیمر کو منع کرتی ہیں۔
درجہ حرارت اور LiOH ارتکاز کے اثرات
120 ڈگری پر، اوپر کی طرح پارمیشن۔ 100 ڈگری پر، پارمیشن 60% تک کم ہو جاتا ہے (58% کرسٹلنیٹی کے لیے 0.02 mg/cm²·day)۔ 140 ڈگری پر (پریشان کن حالت)، پارمیشن تین گنا۔ درجہ حرارت کنٹرول کے ساتھ PWRs کے لیے، 120 ڈگری برائے نام، 130 ڈگری اپ سیٹ کے مارجن کے ساتھ مواد کی وضاحت کریں۔
نیوکلیئر سروس کے لیے تفصیلات کی رہنمائی
For 7% LiOH at 120°C in PWR primary coolant, specify virgin high-crystallinity PFA (58% minimum by DSC) with Inconel 690 core. Require wall thickness of 2.0mm minimum. Prohibit carbon-filled or conductive grades. Require supplier certification of lithium permeation testing at 120°C for 5000 hours (extrapolated to 10,000 hours). For continuous nuclear operation (18-month fuel cycles, 13,000 hours), specify 2.5mm walls with 60% crystallinity. The premium for high-crystallinity virgin PFA (25-35% over standard) is justified by maintaining coolant purity and preventing core corrosion in nuclear service where heater failure requires reactor shutdown costing >$1,000,000 فی دن۔ چھوٹی مہمات والے ریسرچ ری ایکٹرز کے لیے، 3.0 ملی میٹر کی دیواروں کے ساتھ معیاری پی ایف اے اور سالانہ لیتھیم تجزیہ قابل قبول ہو سکتا ہے۔
