Ионообменные материалы

Как известно, полупроводниковыми называются материалы, удельная электропроводность которых лежит между электропроводностью металлов (0 > Шв См/м) и диэлектриков (сг<10~8 См/м). Особенность полупроводников состоит в том, что их электропроводность может изменяться в широких пределах под воздействием температуры, освещенности, ионизирующих излучений и т. д. Проводимость полупроводников можно изменять введением незначительных количеств примесей, такие примеси (донорные и акцепторные) .называют легирующими. В природе -известно более двух тысяч веществ, обладающих полупроводниковыми свойствами. Преимущественно это твердые вещества монокристаллической, поликристаллической или аморфной структуры. Наиболее широко применяют монокристаллы кремния Si, германия Ge, арсенида галлия GaAs, фосфида галлия GaP, сульфида кадмия CdS, сульфида цинка ZnS, карбида кремния SiC. В ближайшем будущем можно ожидать применение ..в качестве полупроводникового материала искусственного алмаза, обладающего свойствами легированного полупроводника с шириной запрещенной зоны около 5,6 эВ.

Нагретый в активной зоне (A3) 3 натрий направляется в верхнюю часть промежуточного теплообменника 5 и после охлаждения поступает в нижнюю часть бака. Далее натрий забирается циркуляционным насосом первого контура 2 и подается в активную зону. Насос размещен под уровнем натрия, а электрический привод 1, как и органы управления реактором, вынесен за крышку бака. В составе первого контура параллельно включены три циркуляционных насоса и шесть промежуточных теплообменников. На выходе каждого насоса установлен обратный клапан. Температура натрия на входе в активную зону 653 К. а на выходе 823 К. Расход натрия в первом контуре 6700 кг/с. Оборудование первого контура работает в условиях ионизирующих излучений высокой интенсивности как со стороны активной зоны, так и со стороны теплоносителя.

Рассмотрены процессы преобразования энергии ионизирующего излучения в веществе, приводящие к возникновению сигнала на входе детектора. Приведена классификация методов. Изложены физические основы методов детектирования излучений, принципы действия детекторов ионизирующих излучений, их характеристики и указаны области применения. Учебное пособие написано на основе курса лекций, которые автор в течение ряда лет читает в Московском инженерно-физическом институте.

Под радиационной стойкостью электроизоляционных материалов понимают способность выдерживать воздействие ионизирующих излучений, т. е. излучений, вызывающих ионизацию атомов и возбуждение электронов. Среди разнообразных видов таких излучений наибольшую опасность для электроизоляционных материалов представляют гамма-излучение и нейтронное излучение, способные проникать в вещества на большую глубину — порядка десятков сантиметров. При использовании электроизоляционных материалов в ядерном реакторе они подвергаются воздействию смешанного излучения, в котором главную роль играют составляющие гамма- и нейтронного излучения.

Под действием ионизирующих излучений материалы и изделия претерпевают два вида изменений: а) необратимые (не исчезающие с течением времени) и б) обратимые, наведенные, проявляющиеся только во время действия облучения. Обратимые изменения в первую очередь определяются интенсивностью излучения, необратимые— общим количеством энергии излучения, поглощенным единицей массы вещества,— дозой. Последняя в системе СИ измеряется в джоулях на килограмм: 1 Дж/кг равен дозе излучения, при которой массе излученного вещества 1 кг передается энергия ионизирующего излучения 1 Дж. Иногда дозу измеряют в рентгенах (Р): 1 Р — количество энергии гамма- или рентгеновского излучения, которое при поглощении его одним кубическим сантиметром сухого воздуха при давлении 101,325 кПа (760 мм рт. ст.) и температуре О °С приводит в результате ионизации газа к образованию одной единицы заряда каждого знака (в системе СГС).

Под воздействием ионизирующих излучений в электроизоляционных материалах происходят изменения электрических, физико-химических и механических свойств, сопровождающиеся нередко газовыделением, образованием новых веществ и т. п. При больших дозах процесс облучения заканчивается иногда разрушением материала.

Определяя воздействие ионизирующих излучений на электроизоляционные материалы, приходится контролировать не только электрические, но и физические свойства: массу, газовыделение, вязкость и цвет жидких материалов, кислотность масла и т. п.

§ 20. Воздействие ионизирующих излучений и» человека

Действующие в СССР «Нормы радиационной безопасности НРБ—76» предусматривают: 1) непревышение установленного основного дозового предела; 2) исключение любого необоснованного облучения; 3) снижение эквивалентной дозы излучения до минимального уровня. По действующим нормам выделяется несколько категорий радиационной безопасности обслуживающего персонала, из которых будет рассмотрена категория А (обслуживающий персонал, непосредственно работающий с источниками ионизирующих излучений).

Основной задачей защиты от ионизирующих излучений является исключение превышения установленных нормами дозовых пределов внешнего и внутреннего облучения персонала при работе с источниками излучений.

Степень радиационной опасности при работе с источниками ионизирующих излучений определяется: герметичностью источника (открытый или закрытый); энергией ионизирующего излучения; активностью и периодом полураспада радионуклида. Для ограничения воздействия радионуклидов, содержащихся в воде и воздухе, на человека установлены их допустимые концентрации (ДК). Контроль концентрации изотопов в воздухе и воде открытых водоемов-проводится службами радиационной безопасности АЭС с помощью-специальной дозиметрической и радиометрической аппаратуры.

Материалы, используемые для извлечения из растворов определенных примесей ионообменными реакциями, относят к классу ионитов. В атомной энергетике используют главным образом синтетические ионообменные материалы (смолы), химическая и механическая стойкость сетчатой матрицы (каркаса) которых обеспечивается в процессе синтеза. В состав сетчатой матрицы при синтезе вводят специальные ионогенные функциональные группы. Иониты делят на два класса: катиониты и аниониты (см. § 41).

При обработке высокоактивных контурных вод ионообменные материалы используют однократно, так как за счет потери обменной емкости в полях ионизирующих излучений ионит теряет основные свойства и его регенерация становится экономически необоснованной. Кроме того, приходится оценивать и возможные затраты, возникающие при переработке высокоактивных регенерационных растворов и хранении их остатков. В таких случаях однократно используемый материал после его исто- 76. Схема приемки и хранения кон- щения удаляют пневмогидро-центрированных кислоты и щелочи транспортом на длительное

На АЭС с реакторами РБМК продувка составляет около 4% паропроизводительности реактора. Для реактора мощностью 1000 МВт (Qn=5500 т/ч) расход продувочной воды составляет 200 т/ч. В технологической схеме СВО-1 для очистки продувочной воды от взвешенных и ионизированных примесей используют механические и ионообменные фильтры. Поскольку ионообменные материалы не достаточно термостойки, для снижения температуры воды до 40 — 50°С применяют специальные охладители. Очищенная вода возвращается в КМПЦ через регенеративный теплообменник.

Ионообменные материалы в фильтрах СВО-1 используют однократно, без регенераций, поэтому в технологической схеме предусмотрены трассы для удаления материалов из фильтров на захоронение и замены их новыми смолами ядерного класса, а также подвод дезактивационных растворов / к фильтрам для их пред-

7.4. ИОНООБМЕННЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Ионообменные материалы, используемые в ядерной технике, являются сополимерами стирола и дивинилбензола с 8— 10%-ной поперечной связкой. Сульфогруппы и четвертичные аминогруппы образуются в смоле после полимеризации путем соответствующей химической обработки. Процент дивинилбензола выбирается таким, чтобы обеспечить низкую растворимость полимера и достаточную гидрофильность, необходимую для диффузии ионов через структуру смолы. Товарные смолы обычно находятся в Na- и Cl-формах и должны быть переведены в другие формы, соответствующие данному применению, или в специальных случаях они переводятся изготовителем.

7.9. НЕОРГАНИЧЕСКИЕ ИОНООБМЕННЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Недостатки органических ионообменных материалов, а именно радиационное и термическое разрушение и окисление, побуждают изыскивать материалы, лишенные этих недостатков. Исследовались неорганические ионообменные материалы гидроокиси и соли для возможных применений в системах ядерных реакторов. Амфлет [27] описал химию и основные применения неорганических ионообменных материалов. Михаэль и др. [28] исследовали приготовление и применение для очистки высокотемпературной воды гидроокиси циркония и фосфата циркония.

7.4. Ионообменные материалы.......... 203

7.9. Неорганические ионообменные материалы..... 221

ионообменные материалы и продукты их деструкции;