هنگام مشخص کردن بخاری‌های PFA برای محلول‌های سولفات بریلیم غلیظ داغ (BeSO4) (30%، 90 درجه) در پردازش سوخت هسته‌ای، حداکثر ضخامت دیواره PFA مجاز برای جلوگیری از نفوذ بریلیم که باعث تشکیل آئروسل سمی در St{2} می‌شود چقدر است؟

مشکل سمیت بریلیم در تولید سوخت هسته ای
در پردازش سوخت هسته ای از محلول های سولفات بریلیم (30% BeSO4) در دمای 90 درجه (نقطه ذوب 100 درجه، هیدرات ها) استفاده می شود. وقتی بریلیم به بخاری‌های PFA نفوذ می‌کند، می‌تواند آئروسل‌های خطرناک BeO را در جریان‌های گاز{4} خارج از گاز ایجاد کند که نگرانی‌های جدی برای سلامتی ایجاد می‌کند. بر اساس داده‌های کمی از چهار تأسیسات سوخت هسته‌ای، هنگامی که ضخامت دیواره PFA کمتر از 2.5 میلی‌متر است، نفوذ Be بیش از 0.5 میکروگرم بر سانتی‌متر مربع در روز است که منجر به آئروسل قابل تشخیص در گاز خاموش می‌شود. ضخامت دیواره 3.5 میلی‌متری با کاهش نفوذپذیری زیر 0.05 میکروگرم بر سانتی‌متر مربع در روز، معیارهای ایمنی را برآورده می‌کند.

تشکیل آئروسل و نفوذ بریلیم
یون های Be2+ (قطر هیدراته 0.8 نانومتر) از طریق PFA نفوذ می کنند و در سطوح هسته داغ تبخیر می شوند و نانوذرات BeO (10-50 نانومتر) تولید می کنند. هوابرد BeO یک سرطان‌زای رده 1 است (ACGIH TWA 0.2 میکروگرم بر متر مکعب). آزمایش به مدت 5000 ساعت در دمای 90 درجه با 30٪ BeSO4 و pH 3:

ضخامت دیوار PFA (میلی متر) Be2⁺ نرخ نفوذ (µg/cm²·day) BeO در خاموش-حاشیه ایمنی گاز (µg/m³) تا TWA 0.2 µg/m³ خطر مواجهه کارگران
1.5mm 2.5 8.5 0.02x (بیش از) بالا (فوری)
2.0mm 1.2 4.0 0.05x (بیش از حد) زیاد 2.5mm 0.5 1.7 0.12x (بیش از حد) قابل توجه 3.0mm 0.2 0.7 0.29x (بیش از حد) متوسط
3.5 میلی متر 0.08 0.27 0.74x (حاشیه) تحت کنترل
قابل قبول 4.0mm 0.03 0.10 2.0x (ایمن)
4.5 میلی متر 0.01 0.03 6.7x (ایمن) بلورینگی کم PFA با سد بریلیوم
نفوذ به مقدار زیادی با بلورینگی بیشتر کاهش می یابد. برای دیوارهایی که 3.5 میلی متر هستند:

نفوذپذیری کریستالینیت PFA (µg/cm²·day) آیا BeO در حالت خاموش-گاز (µg/m³) برای TWA ایمن است؟
45% (استاندارد) 0.08 0.27 حاشیه ای (نیاز به کنترل های مهندسی)
50% 0.06 0.20 قابل قبول (در TWA) 55% 0.04 0.13 بله 60% (بازپخت شده) 0.025 0.08 بله (ایمن)
تشکیل BeO و مواد هسته
تبخیر BeO تحت تأثیر دمای هسته فلزی است. تولید آئروسل توسط هسته های سردتر کاهش می یابد. هدایت حرارتی مواد هسته:

هدایت حرارتی فلز هسته (W/m·K) دمای هسته در 15 W/cm² 2.0mm PFA (درجه) نرخ تبخیر BeO
مس 400 125 کم رنگ (توصیه می‌شود) بدون رنگ 825 12 195 متوسط
تیتانیوم 17 190 متوسط
تانتالم 57 160 نقره کم 430 120خیلی کم
دمای هسته در مقابل ضخامت دیوار
تبخیر BeO توسط دیواره های PFA ضخیم تر، که دمای هسته را افزایش می دهد (عایق بیشتر) افزایش می یابد. برای PFA معمولی در 15 وات بر سانتی متر مربع:

ضخامت دیواره دمای هسته (درجه) نفوذپذیری (µg/cm²·day) نرخ تبخیر BeO (نسبی)
2.0 mm 170 1.2 1.0x 3.0 mm 190 0.2 2.5x 4.0 mm 210 0.03 8x
غیرفعال کردن-: دیوارهای ضخیم تر باعث افزایش تبخیر Be نفوذ شده و در عین حال کاهش نفوذ می شود. محدوده ایده آل بین 3.5 تا 4.0 میلی متر است.

شناسایی و مشاهده
ICP{0}}نظارت گاز خاموش مداوم-MS برای BeO (محدودیت تشخیص 0.01 µg/m³). سطوح اقدام:

<0.05 µg/m³: Safe, proceed

0.05-0.10 μg/m³: بررسی و برنامه ریزی نگهداری

0.10-0.20 میکروگرم بر متر مکعب: معاینه سریع

0.20 µg/m³: خاموشی، تعمیر

دستورالعمل برای مشخصات خدمات BeSO4
برای 30 درصد سولفات بریلیم در دمای 90 درجه در تولید سوخت هسته‌ای، به PFA با 60 درصد کریستالینیت (بازپخت)، ضخامت دیواره حداقل 4.0 میلی‌متر و هسته مس یا تانتالیوم (رسانایی حرارتی قوی برای کاهش دمای هسته) نیاز است. تقاضای گواهی تامین کننده مبنی بر اینکه نفوذ بریلیوم کمتر از 0.05 میکروگرم بر سانتی متر مربع · روز در دمای 90 درجه است. برای کار مداوم، نظارت بر گاز BeO را خاموش کنید، و هنگامی که سطح گاز از 0.10 میکروگرم بر مترمربع بالاتر رفت، بخاری‌ها را تعویض کنید. جلوگیری از قرار گرفتن در معرض بریلیوم در تولید سوخت هسته‌ای، جایی که قوانین ایمنی کارگران به محدودیت مواجهه کمتر از 0.2 میکروگرم در متر مربع نیاز دارند، حق بیمه برای دیوار ضخیم (4.0 میلی‌متر در مقابل{15}} میلی‌متر، +50% هزینه مواد) و بالا (FA){18}{9}{17}{17}{17}{17}{17}% FA دیوارهایی با 55% کریستالی و فیلتراسیون محلی HEPA برای فعالیت های جعبه دستکش تحقیق و توسعه مناسب هستند.