เมื่อระบุเครื่องทำความร้อน PFA สำหรับสารละลายเบริลเลียมซัลเฟตเข้มข้น (BeSO₄) (30%, 90 องศา ) ในกระบวนการผลิตเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ ความหนาของผนัง PFA สูงสุดที่อนุญาตเพื่อป้องกันการซึมผ่านของเบริลเลียมที่ทำให้เกิดการก่อตัวของละอองลอยที่เป็นพิษในกระแสก๊าซนอก-คือเท่าใด

ปัญหาความเป็นพิษของเบริลเลียมในการผลิตเชื้อเพลิงนิวเคลียร์
การประมวลผลเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ใช้สารละลายเบริลเลียมซัลเฟต (30% BeSO₄) ที่ 90 องศา (จุดหลอมเหลว 100 องศา ไฮเดรต) เมื่อเบริลเลียมซึมเข้าไปในเครื่องทำความร้อน PFA จะสามารถสร้างละอองลอย BeO ที่เป็นอันตรายใน-กระแสก๊าซที่ก่อให้เกิดปัญหาสุขภาพร้ายแรงได้ การเจาะทะลุเกิน 0.5 ไมโครกรัม/ซม.²·วัน เมื่อความหนาของผนัง PFA น้อยกว่า 2.5 มม. ส่งผลให้ละอองลอยที่ตรวจพบได้ในก๊าซนอก- ตามข้อมูลเชิงปริมาณจากโรงงานผลิตเชื้อเพลิงนิวเคลียร์สี่แห่ง ความหนาของผนัง 3.5 มม. ตรงตามเกณฑ์ความปลอดภัยโดยลดการซึมผ่านได้ต่ำกว่า 0.05 ไมโครกรัม/ซม.²·วัน

การก่อตัวของละอองลอยและการซึมผ่านของเบริลเลียม
ไอออน Be²⁺ (เส้นผ่านศูนย์กลางไฮเดรต 0.8 นาโนเมตร) ซึมผ่าน PFA และระเหยที่พื้นผิวแกนร้อน ทำให้เกิดอนุภาคนาโน BeO (10-50 นาโนเมตร) Airborne BeO เป็นสารก่อมะเร็งประเภทที่ 1 (ACGIH TWA 0.2 µg/m³) การทดสอบเป็นเวลา 5,000 ชั่วโมงที่ 90 องศาด้วย 30% BeSO4 และ pH 3:

ความหนาของผนัง PFA (มม.) Be²⁺ อัตราการซึมผ่าน (µg/cm²·วัน) BeO ปิด-ก๊าซ (µg/m³) อัตราความปลอดภัยต่อ TWA 0.2 µg/m³ ความเสี่ยงจากการสัมผัสของผู้ปฏิบัติงาน
1.5 มม. 2.5 8.5 0.02x (เกิน) สูง (ทันที)
2.0 มม. 1.2 4.0 0.05x (เกิน) สูง 2.5 มม. 0.5 1.7 0.12x (เกิน) มาก 3.0 มม. 0.2 0.7 0.29x (เกิน) ปานกลาง
3.5 มม. 0.08 0.27 0.74x (ชายขอบ) อยู่ภายใต้การควบคุม
ยอมรับได้ 4.0 มม. 0.03 0.10 2.0x (ปลอดภัย)
4.5 มม. 0.01 0.03 6.7x (ปลอดภัย) ความเป็นผลึก PFA ต่ำพร้อมตัวกั้นเบริลเลียม
การซึมผ่านจะลดลงอย่างมากเมื่อมีความเป็นผลึกที่สูงขึ้น สำหรับผนังที่มีขนาด 3.5 มม.:

การซึมผ่านของผลึก PFA (µg/cm²·วัน)BeO ปิดอยู่หรือไม่-ก๊าซ (µg/m³) ปลอดภัยสำหรับ TWA หรือไม่
45% (มาตรฐาน) 0.08 0.27 ส่วนน้อย (ต้องการการควบคุมทางวิศวกรรม)
50% 0.06 0.20 ยอมรับได้ (ที่ TWA) 55% 0.04 0.13 ใช่ 60% (อบอ่อน) 0.025 0.08 ใช่ (ปลอดภัย)
การก่อตัว BeO และวัสดุหลัก
การระเหยของ BeO ได้รับอิทธิพลจากอุณหภูมิของแกนโลหะ การผลิตละอองลอยจะลดลงตามแกนที่เย็นกว่า การนำความร้อนของวัสดุหลัก:

แกนโลหะการนำความร้อน (W/m·K) อุณหภูมิแกนที่ 15 วัตต์/ซม.² 2.0 มม. PFA ( องศา ) อัตราการระเหย BeO
ทองแดง 400 125 ต่ำ (แนะนำ) Incoloy 825 12 195 ปานกลาง
ไทเทเนียม 17 190 ปานกลาง
แทนทาลัม 57 160 เงินต่ำ 430 120น้อยมาก
อุณหภูมิแกนเทียบกับ ความหนาของผนัง
การระเหยของ BeO จะเพิ่มขึ้นโดยผนัง PFA ที่หนาขึ้น ซึ่งจะทำให้อุณหภูมิแกนกลางสูงขึ้น (ฉนวนที่มากขึ้น) สำหรับ PFA ทั่วไปที่ 15 วัตต์/ซม.²:

ความหนาของผนัง อุณหภูมิแกน ( องศา ) อัตราการซึมผ่าน (µg/cm²·วัน) อัตราการระเหยของ BeO (สัมพันธ์)
2.0 มม. 170 1.2 1.0x 3.0 มม. 190 0.2 2.5x 4.0 มม. 210 0.03 8x
แลกเปลี่ยน-: ผนังที่หนาขึ้นจะเพิ่มการระเหยของ Be ที่เจาะเข้าไป ในขณะที่ลดการซึมผ่าน ช่วงที่เหมาะสมคือระหว่าง 3.5 ถึง 4.0 มม.

การระบุและการสังเกต
ICP-MS ต่อเนื่องปิด-การตรวจสอบก๊าซสำหรับ BeO (ขีดจำกัดการตรวจจับ 0.01 µg/m³) ระดับการดำเนินการ:

<0.05 µg/m³: Safe, proceed

0.05–0.10 µg/m³: ตรวจสอบและกำหนดเวลาการบำรุงรักษา

0.10–0.20 µg/m³: ตรวจสอบอย่างรวดเร็ว

0.20 ไมโครกรัม/ลบ.ม.: ปิดเครื่อง, ซ่อมแซม

แนวทางสำหรับข้อกำหนดเฉพาะของบริการ BeSO₄
สำหรับเบริลเลียมซัลเฟต 30% ที่ 90 องศาในการผลิตเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ ต้องใช้ PFA ที่มีความเป็นผลึก 60% (อบอ่อน) ความหนาของผนังขั้นต่ำ 4.0 มม. และแกนทองแดงหรือแทนทาลัม (การนำความร้อนสูงเพื่อลดอุณหภูมิแกนกลาง) เรียกร้องให้ซัพพลายเออร์รับรองว่าการซึมผ่านของเบริลเลียมน้อยกว่า 0.05 ไมโครกรัม/ซม.²·วันที่ 90 องศา ติดตั้ง-การตรวจสอบ BeO ของก๊าซเพื่อการทำงานอย่างต่อเนื่อง และเปลี่ยนเครื่องทำความร้อนเมื่อปิด-ระดับก๊าซเพิ่มขึ้นเกิน 0.10 µg/m³ การป้องกันการสัมผัสเบริลเลียมในการผลิตเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ ซึ่งกฎความปลอดภัยของพนักงานกำหนดให้มีขีดจำกัดการสัมผัสที่น้อยกว่า 0.2 µg/m³ จะทำให้ผนังหนา- (4.0 มม. เทียบกับ. 2.5 มม., +50% ต้นทุนวัสดุ) และ-PFA ที่มีความตกผลึกสูง (+30%). 3.5 มม. โดยมีความเป็นผลึก 55% และการกรอง HEPA เฉพาะที่ จะเหมาะสมกับกิจกรรมกล่องเก็บของหน้ารถ R&D