原子炉冷却システムの腐食制御に使用される加熱水酸化リチウム溶液 (7% LiOH、120 度) では、10,000 時間後の抽出可能なリチウムの場合、バージン グレードとカーボン充填グレードとで PFA ヒーターのリチウム イオン透過に対する耐性がどのように比較されますか?-ICP を使用-MS で抽出可能なリチウムを測定します。

核冷却システムにおけるリチウム透過の問題
加圧水型原子炉一次冷却ループの腐食制御には、120 度の水酸化リチウム (7% LiOH、pH 12.5) が使用されます。下地の金属コアの応力腐食割れは、リチウムイオンが PFA ヒーターに浸透することで発生する可能性があります。 6 つの原子力発電所からの定量データによると、10,000 時間後、バージン PFA は 0.08 mg/cm²・日のリチウム透過を示しますが、炭素-充填 PFA (15%) は充填材-関連の経路により 0.25 mg/cm²・日を示します。原子力用途には、未使用の高結晶性 PFA が推奨されます。-

ICP-MS 検出とリチウム透過メカニズム
Li⁺ (水和寸法 0.76 nm) は、PFA の非晶質部分を通って拡散します。カーボンフィラー (15 重量パーセント) は、迅速な拡散チャネルとして機能するポリマーフィラー表面を形成することにより、浸透を 3 倍に高めます。{3}} ICP-冷却液中のリチウムの MS 検出限界は 0.1 ppb です。 7% LiOH 中で 120 度で 10,000 時間のテスト:

PFA グレードの結晶化度 Li⁺ 透過率 (mg/cm²・day) 10,000 時間後の冷却液中の Li (ppb) コア腐食リスク
バージン (標準) 45% 0.12 2.5 中程度
バージン (高純度) 48% 0.10 2.0 中程度
バージン (高結晶性) 58% 0.05 1.0 低
炭素-が豊富（5%） 50% 0.18 3.5 高
カーボン-充填 (15%) 52% 0.25 5.0 非常に高いコアメタル適合性
Li⁺ がコアに到達すると、特定の合金に水酸化リチウムの応力腐食割れが発生する可能性があります。

LiOH SCC コア金属の感受性 浸透した Li との適合性 PWR サービスに推奨
はい、インコロイ 800 低良好です
非常に低い 優れている はい (推奨) インコネル 690
チタン グレード 2: 優れた いいえ
ステンレス鋼 316L 高い 悪い いいえ
透過性と結晶化度の低下
リチウムの透過性は、結晶化度が増加すると大幅に減少します。結晶化度に基づく、10,000 時間の使用に必要な壁の厚さは次のとおりです。

10,000時間のクーラント中のLi（目標）<1 ppb) Wall Thickness for 10,000 hours Li Permeation Rate (mg/cm²·day) PFA Crystallinity
50% 0.08 2.5 mm 1.6 ppb (超過) 55% 0.06 2.2 mm 1.2 ppb (限界) 45% 0.12 3.0 mm 2.5 ppb (超過)
58% 0.05 2.0mm 1.0 ppb (許容可能)
60% 0.04 1.8 mm 0.8 ppb (良好)
カーボンフィラーの問題
炭素-充填 PFA は、次の理由から核 LiOH サービスには推奨されません。

透過性の向上 (3 倍)

高温炭素酸化（CO2 の生成、冷却剤の化学的変化）-

炭素粒子の放出による原子炉冷却材汚染の可能性

一次冷却剤ループでは、導電性ポリマーまたは炭素充填ポリマーは通常、原子力要件によって禁止されています。{0}

温度とLiOH濃度の影響
120 度での透過率は上記と同様。透過率は 100 度で 60% 減少します (結晶化度 58% の場合は 0.02 mg/cm2・日)。 140度（アップセット状態）で透過率は3倍になります。温度制御を備えた PWR の材料は、公称温度 120 度で、130 度のアプセットに対するバッファを備えたものとして指定する必要があります。

原子力サービス仕様に関するガイドライン
PWR 一次冷却材には、120 度で 7% LiOH のインコネル 690 コアを備えたバージン高結晶度 PFA (DSC による最低 58%) を使用します。-最小の壁厚は 2.0 mm 必要です。カーボンを充填したグレードや導電性グレードを禁止します。{8} 120 度で 5,000 時間（10,000 時間に推定）のリチウム透過試験はプロバイダーによって認定される必要があります。. 2.5 結晶化度 60% の mm 壁は、原子力の連続運転（18- 月の燃料サイクル、13,000 時間）には必要です。原子力施設では、冷却材の純度を維持し、炉心腐食を最小限に抑えることができます。ヒーターの故障により原子炉の停止が必要となり、1 日あたり 1,000,000 ドル以上の費用がかかるため、高結晶度のバージン PFA の割増料金 (標準より 25 ～ 35% 上回る) が正当化されます。 3.0 mm の壁を備えた標準的な PFA と毎年のリチウム分析は、キャンペーン期間が短い研究用原子炉に適しています。