Circuito primario nei PWR

Diagram of three-circuit water-steam reactor

Reattori ad acqua pressurizzata (PWR) sono generalmente progettati con un terzo circuito di acqua in aggiunta ai due che si trovano negli altri impianti termoelettrici (ad esempio, reattori ad acqua bollente (BWRs) o impianti a carbone e geotermici). In questo cosiddetto circuito primario, l'acqua assorbe il calore generato dalla fissione nucleare e lo trasferisce al circuito secondario. Questo circuito supplementare garantisce che i materiali radioattivi rimangano contenuti in esso e non si disperdano nel circuito secondario e quindi potenzialmente nell'ambiente.

Questo circuito acqua supplementare comporta alcune esigenze specifiche per quanto riguarda l'analisi chimica e il monitoraggio.


Determinazione dell'acido borico ...

L'acqua nel circuito primario dei PWR contiene acido borico disciolto. Lo scopo dell'acido borico, e dell'isotopo 10B in particolare, è di agire come moderatore: l'acido borico cattura i neutroni della fissione, che mantengono in attività la reazione nucleare a catena e sono responsabili della reattività del reattore. La determinazione di acido borico nel circuito primario è estremamente importante in vista della sicurezza e l'efficienza del reattore.

… in laboratorio

L’acido borico, essendo un acido debole con una costante acida Ka1 5.75·10-10, è difficile da titolare. Per semplificare la titolazione, è necessario aggiungere all’acido borico, polialcoli ad esempio il mannitolo, che porta alla formazione di complessi con una maggiore resistenza all’acido, comportandosi come un acido monovalente che può essere titolato con una soluzione di NaOH.

Se l'acido borico deve essere titolato manualmente, questa complessazione comporta una grande quantità di lavoro e richiede pipettaggi precisi del campione, dell‘acqua distillata e della soluzione di mannitolo, al fine di ottenere risultati accurati. La titolazione automatizzata è quindi sicuramente la scelta migliore.

Metrohm offre un sistema completamente automatizzato per l‘analisi dell‘acido borico.

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… e nel processo

I combustibili non possono essere scambiati durante il funzionamento nei PWR. Ciò rende necessario disporre di una riserva di combustibile sul posto all'inizio di un ciclo operativo. L'attività eccessiva nel reattore associato con questa riserva di combustibile è controllata regolando la concentrazione di acido borico nel reattore. Come i combustibili bruciano, la concentrazione di acido borico deve essere abbassata per mantenere il funzionamento del reattore. L‘impostazione della corretta concentrazione di acido borico nel circuito primario è quindi cruciale per il funzionamento sicuro ed efficiente di un PWR.

Ciò può essere ottenuto controllando attentamente la concentrazione di acido borico. Gli Analizzatori Metrohm Process Analytics ADI 2016 e ADI 2045TI consentono di determinare la concentrazione di acido borico quasi in continuo attraverso la titolazione potenziometrica.

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Determinazione del litio

Chromatogram of a lithium determination

L'acido borico che viene aggiunto al circuito primario del PWR abbassa il pH e quindi aumenta il potenziale di corrosione. Per contrastare questo effetto, un agente alcalinizzante, l‘idrossido di litio in molti casi monoisotopico (7Li), viene aggiunto al circuito primario. La concentrazione di litio deve dunque essere monitorata. Questo può essere fatto con cromatografia ionica in combinazione con intelligent partial loop injection (MiPT).

> Maggiori info sulla determinazione del litio con la cromatografia ionica

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Determinazione dei cationi metallici nel circuito primario

Alcuni cationi metallici devono essere monitorati anche nel circuito primario di un PWR. Il nichel è un importante metallo legante che aumenta la resistenza alla corrosione dell'acciaio. Tuttavia, nella forma ionica dissolta, il nichel promuove la corrosione, rendendo necessario un controllo regolare della concentrazione di nichel.

Lo Zinco impoverito viene spesso aggiunto per ridurre la radioattività sulle superfici dei componenti e per ridurre la corrosione di superfici metalliche. Anche questo catione, deve essere monitorato regolarmente.

Questi cationi possono anche essere determinati fino al range dei sub-µg/L utilizzando la cromatografia ionica. A causa della presenza di acido borico e idrossido di litio, la determinazione di questi cationi richiede la combinazione di preconcentrazione in linea e eliminazione della matrice.

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