Abstract
摘 要 | 清華大學開放水池式反應器(Tsing-Hua Open-pool Reactor, THOR)建於民國48年，並於民國50年首次運轉，屬於一座研究用反應器。世界各國的研究用反應器因運轉方式與功率不同，加上採用的冷卻水種類(重水或輕水)與循環處理方式的差異，造成冷卻水水化學性質皆不盡相同。THOR爐心格架在反應器運轉多年後出現裂縫與塊蝕的劣化情形，目前這種劣化的現象在全世界的研究用反應器中並不多見，從文獻上僅見俄羅斯WWR-M反應器曾出現類似的個案。此外，在THOR高功率池鋁襯池壁上則發現了孔蝕的劣化情形，且其蝕孔主要出現在環繞爐心範圍的池壁焊道上及其附近，蝕孔大小深度不一且外觀顏色亦有深淡不同。因為THOR組件劣化的現象是發生於承受快中子輻射照射的水化學環境中，可以初步判斷其成因應與材料本身遭受輻射照射產生的材質劣化或者與輻射分解促進水化學變化所產生的腐蝕現象有關聯，因此有必要對THOR爐心與冷卻水循環系統各區域之水化學分佈情形進行了解。此外，由於過量的中子輻射照射會導致組件材料的性質發生變化，使得反應器組件有可能在未達服務年限之前即發生材料劣化，因此我們亦計算出爐心區域的組件遭受輻射照射後的快中子累積通量(Fluence)，以做為評估組件發生劣化成因之依據。 雖然要瞭解水池式反應器爐心與冷卻水循環系統的水化學狀況，包括溶氫、溶氧濃度、導電度、ｐH值等水質參數可透過取樣後於實驗室進行量測，或者可以更謹慎地採取於反應器的入水口或出水口處進行線上的監測。然而，由於爐心及其附近區域發生的冷卻水輻射分解效應，會產生氧與過氧化氫等強氧化劑，所以不論是取樣或者於出入水口的線上量測都無法代表爐心真正的水化學變化，而現有的水質監測儀器又不適於反應器運轉中使用。因此，目前僅能仰賴輻射分解效應為基礎的電腦模擬來做理論的分析。 本研究使用一命名為WCHM的輻射分解電腦模式，並配合各模擬區域之輻射劑量的計算，以及在出水口和爐心頂端附近所量測的冷卻水溶氧與溶氫值的做為程式校正的依據，用以模擬THOR水化學分佈的情形。至於快中子累積通量的計算則根據輻射屏蔽的理論計算求得。 經由我們分析THOR主循環迴路之冷卻水中溶氧與過氧化氫濃度的分佈情形之後，得知各區域之間冷卻水中的等效氧化劑濃度值其實差異不大。然而，THOR組件劣化的行為卻主要發生於爐心燃料格架及其旁通區附近的鋁襯池壁上，我們可由此推論冷卻水中的氧化劑濃度並非導致THOR發生劣化的直接因素。 由於THOR組件的劣化現象主要出現於輻射通率以及水溫較高的區域內，而較高的中子累積通量和溫度可能改變材料的微結構，並影響材料的抗蝕能力，因此，評估THOR組件發生劣化之成因時，須將THOR各組件的中子累積通量和溫度等因素一併列入考量。