विकिरण पर्यावरण
परमाणु ईंधन पुनर्संसाधन सुविधाएं, रेडियोआइसोटोप उत्पादन संयंत्र, और कुछ चिकित्सा नसबंदी ऑपरेशन प्रक्रिया उपकरणों को आयनकारी विकिरण के संपर्क में लाते हैं। इन वातावरणों में हीट एक्सचेंजर्स को न केवल नाइट्रिक एसिड और अन्य प्रक्रिया तरल पदार्थों की रासायनिक चुनौतियों का सामना करना पड़ता है, बल्कि सेवा के वर्षों में गामा विकिरण के संचयी प्रभावों का भी सामना करना पड़ता है।
एक माध्यम - गतिविधि परमाणु सुविधा में हीट एक्सचेंजर के लिए कुल अवशोषित खुराक 10 {{7} वर्ष की सेवा अवधि में 10⁵ से 10⁶ ग्रे (10 - 100 एमआरएडी) तक पहुंच सकती है। इन खुराक स्तरों पर, पॉलिमर महत्वपूर्ण आणविक परिवर्तनों से गुजरते हैं - श्रृंखला विखंडन या क्रॉसलिंकिंग - जो उनके यांत्रिक गुणों को बदल देते हैं।
ईटीएफई (एथिलीन-टेट्राफ्लुओरोएथिलीन कॉपोलीमर) को कभी-कभी विकिरण सेवा के लिए माना जाता है क्योंकि माना जाता है कि इसकी आंशिक रूप से फ्लोराइडयुक्त संरचना पूरी तरह से फ्लोराइडयुक्त पीटीएफई की तुलना में बेहतर विकिरण प्रतिरोध प्रदान करती है। यह मान्यता सही है. लेकिन अंतर का परिमाण-और क्या यह हीट एक्सचेंजर सेवा के लिए मायने रखता है{{4}परीक्षा की आवश्यकता है।
विकिरण रसायन शास्त्र अंतर
आयनीकरण विकिरण पॉलिमर श्रृंखला के साथ ऊर्जा जमा करके पॉलिमर के साथ संपर्क करता है। ऊर्जा रासायनिक बंधनों को तोड़ती है, जिससे मुक्त कण बनते हैं। इन रेडिकल्स का भाग्य यह निर्धारित करता है कि पॉलिमर ख़राब होता है (श्रृंखला विच्छेदन) या मजबूत होता है (क्रॉसलिंकिंग)।
पीटीएफई में, विकिरण प्रेरित कण मुख्य रूप से श्रृंखला विखंडन से गुजरते हैं। C-C रीढ़ की हड्डी टूट जाती है। आणविक भार कम हो जाता है। छोटी जंजीरों ने यांत्रिक शक्ति कम कर दी है। प्रभाव संचयी और अपरिवर्तनीय है. 10⁴ Gy (1 MRad) की खुराक पर, परिवर्तन मापने योग्य होते हैं लेकिन छोटी तन्य शक्ति 5-10% तक गिर सकती है। 10⁵ Gy (10 MRad) पर, शक्ति हानि महत्वपूर्ण-30-50% है। 10⁶ Gy (100 MRad) पर, PTFE भंगुर और यांत्रिक रूप से बेकार हो जाता है।
ईटीएफई में, पॉलिमर बैकबोन में एथिलीन कोमोनोमर इकाइयाँ (-CH₂-CH₂-) विकिरण प्रतिक्रिया को बदल देती हैं। एथिलीन इकाइयों में C-H बॉन्ड, C-F बॉन्ड की तुलना में रेडिकल गठन के प्रति अधिक संवेदनशील होते हैं, लेकिन परिणामी रेडिकल श्रृंखला विखंडन के बजाय क्रॉसलिंक करते हैं। क्रॉसलिंकिंग से आणविक भार बढ़ता है और कुछ यांत्रिक गुणों में सुधार हो सकता है। ईटीएफई पीटीएफई की तुलना में उच्च विकिरण खुराक के लिए उपयोगी यांत्रिक गुणों को बरकरार रखता है।
| विकिरण प्रतिरोध पैरामीटर | पीटीएफई | ईटीएफई |
|---|---|---|
| प्रमुख विकिरण प्रभाव | श्रृंखला विच्छेदन (क्षरण) | क्रॉसलिंकिंग (स्थिरीकरण) |
| वह खुराक जिस पर मापने योग्य संपत्ति परिवर्तन शुरू होता है (Gy) | ~10³ (0.1 एमआरएडी) | ~10⁴ (1 एमआरएडी) |
| 25% तन्य शक्ति हानि के लिए खुराक (Gy) | ~5 × 10⁴ (5 एमआरएडी) | ~5 × 10⁵ (50 एमआरएडी) |
| वह खुराक जिस पर सामग्री भंगुर हो जाती है (Gy) | ~10⁶ (100 एमआरएडी) | ~2 × 10⁶ (200 एमआरएडी) |
| 10⁴ GY/वर्ष परिवेश में सेवा जीवन (वर्ष) | 2-5 | 10-20 |
| विकिरण से निपटने के बाद जोखिम | उच्च (भंगुर फ्रैक्चर) | मध्यम (कुछ लचीलापन बरकरार रखता है) |
व्यावहारिक खुराक दर संदर्भ
पीटीएफई की तुलना में ईटीएफई का विकिरण प्रतिरोध लाभ वास्तविक है लेकिन इसे संदर्भ में रखा जाना चाहिए। अधिकांश परमाणु सुविधा हीट एक्सचेंजर अनुप्रयोगों में, हीट एक्सचेंजर स्थान पर विकिरण खुराक दर अपेक्षाकृत कम होती है {{1}उच्च {{2}विकिरण क्षेत्र प्रक्रिया में कहीं और होते हैं।
10²-10³ Gy/वर्ष की खुराक दर वाले क्षेत्र में स्थित एक हीट एक्सचेंजर 10 साल के सेवा जीवन में केवल 10³-10³ Gy ही जमा करेगा। इन खुराकों पर, PTFE और ETFE दोनों अपने यांत्रिक गुणों को पर्याप्त रूप से बनाए रखते हैं। दोनों सामग्रियों के बीच विकिरण अंतर अप्रासंगिक है।
उच्च विकिरण वाले स्थानों में जहां उपकरण जीवन पर संचित खुराक 10⁵ Gy तक पहुंच जाती है या उससे अधिक हो जाती है, पीटीएफई और ईटीएफई के बीच विकल्प महत्वपूर्ण हो जाता है। ईटीएफई यांत्रिक अखंडता को लंबे समय तक बनाए रखेगा। हालाँकि, ETFE भी अंततः ख़राब हो जाएगा। सामग्री चयन की परवाह किए बिना, अनुमानित खुराक संचय के आधार पर उपकरण प्रतिस्थापन की योजना बनाई जानी चाहिए।
रासायनिक प्रतिरोध ओवरले
विकिरण प्रतिरोध अलगाव में मौजूद नहीं है। हीट एक्सचेंजर सामग्री को प्रक्रिया रसायन विज्ञान का भी विरोध करना चाहिए। परमाणु ईंधन पुनर्प्रसंस्करण में, वह रसायन आमतौर पर नाइट्रिक एसिड को उबालना है। पीटीएफई नाइट्रिक एसिड के प्रति बिना शर्त प्रतिरोधी है। ETFE में अच्छा है लेकिन बिना शर्त प्रतिरोध नहीं है {{4}इस पर ऊंचे तापमान पर मजबूत ऑक्सीकरण एसिड द्वारा हमला किया जा सकता है।
सामग्री चयन निर्णय में पीटीएफई के बेहतर रासायनिक प्रतिरोध के मुकाबले ईटीएफई के बेहतर विकिरण प्रतिरोध को तौलना चाहिए। अधिकांश परमाणु अनुप्रयोगों में, प्रक्रिया रसायन विज्ञान (जो लगातार हमला करता है) विकिरण क्षेत्र (जो संचयी रूप से ख़राब होता है) की तुलना में अधिक जोखिम पैदा करता है। इस कारण से पीटीएफई अधिक सामान्य विकल्प है।
सारांश
ईटीएफई हीट एक्सचेंजर्स पीटीएफई की तुलना में गामा विकिरण के लिए बेहतर प्रतिरोध प्रदान करते हैं, यांत्रिक गुणों को लगभग 5-10 गुना अधिक खुराक तक बनाए रखते हैं। हालाँकि, अधिकांश परमाणु सुविधा हीट एक्सचेंजर स्थानों में, विकिरण खुराक दर इतनी कम है कि दोनों सामग्रियां उपकरण की नियोजित सेवा जीवन को जीवित रखती हैं। नाइट्रिक एसिड और अन्य परमाणु प्रक्रिया रसायनों के प्रति पीटीएफई का बेहतर रासायनिक प्रतिरोध अक्सर ईटीएफई के विकिरण लाभ के बावजूद इसे पसंदीदा विकल्प बनाता है। अंतिम चयन विशिष्ट खुराक दर, प्रक्रिया रसायन विज्ञान और उपकरण प्रतिस्थापन योजना पर निर्भर करता है।
विकिरण पर्यावरण सामग्री चयन के लिए इंजीनियरिंग सहायता अपेक्षित खुराक दर, प्रक्रिया द्रव संरचना, ऑपरेटिंग तापमान और आवश्यक उपकरण सेवा जीवन प्रस्तुत करने पर उपलब्ध है।
