L'acido borico viene utilizzato per assorbire i neutroni nel circuito primario dei reattori ad acqua pressurizzata (PWR) dei reattori nucleari, controllandone così la reattività. Pertanto, il monitoraggio pressoché continuo delle concentrazioni di acido borico è fondamentale. L'acido borico viene in genere monitorato con metodi di analisi di laboratorio manuali, ma questi richiedono molto tempo e sono soggetti a errori umani. Tuttavia, un'analisi online rapida e affidabile è possibile con 2060 TI Process Analyzer.
Questa Application Note di processo illustra l'analisi online del boro nei reattori nucleari PWR. Il software adattivo IMPACT di 2060 TI Process Analyzer commuta automaticamente tra diverse burette, ciascuna con una diversa concentrazione di titolante a seconda della concentrazione di acido borico, per mantenere un'accuratezza ottimale nell'intero intervallo di misura. Integrato con il sistema di controllo chimico e del volume (CVCS), il monitoraggio in tempo reale consente di rilevare e mitigare tempestivamente potenziali problemi di concentrazione di acido borico, ottimizzando il controllo del reattore per un funzionamento sicuro ed efficiente.
Circa il 9% dell'elettricità globale proviene da fonti di energia nucleare [1]. I reattori ad acqua pressurizzata (PWR) sono uno dei tipi più comuni di reattori nucleari per scopi di generazione di elettricità [1]. Il funzionamento sicuro ed efficiente dei PWR è fondamentale per garantire un approvvigionamento energetico affidabile e al contempo proteggere l'ambiente.
In questi reattori nucleari a reazione (PWR), l'acido borico (isotopo B-10, 10B) viene aggiunto al refrigerante primario per regolare la reazione nucleare. Il boro assorbe efficacemente i neutroni, impedendo loro di sostenere il processo di fissione. Regolando la concentrazione di acido borico nel refrigerante, gli operatori possono controllare con precisione la potenza erogata dal reattore.
Il boro è attentamente controllato all'interno del circuito primario e secondario (Figura 1). Sebbene questi circuiti siano progettati per essere altamente confinati, potenziali rischi come incidenti, perdite o fuoriuscite potrebbero portare al rilascio di acqua contaminata nell'ambiente, con un conseguente impatto sulle fonti idriche vicine.
La concentrazione di boro nel refrigerante primario varia da 0 a 2.000 mg/L o più, a seconda della fase del ciclo del combustibile [2]. Questo è significativamente superiore al livello massimo raccomandato per l'acqua potabile, che è di 2,4 mg/L secondo l'Organizzazione Mondiale della Sanità (OMS) [3] e 1 mg/L secondo gli standard UE [4].
Il CVCS è responsabile della regolazione delle concentrazioni di boro nel liquido di raffreddamento del reattore. Questo sistema regola attentamente la quantità di acido borico aggiunta al circuito primario per mantenere una reattività ottimale e garantire il funzionamento sicuro del reattore.
2060 TI Process Analyzer (Figure 2) offre un vantaggio significativo rispetto ai tradizionali metodi di analisi di laboratorio nel settore nucleare. La sua avanzata tecnica di titolazione consente il monitoraggio continuo e in tempo reale delle concentrazioni di boro nel PWR, senza la necessità di test di laboratorio manuali.
Inoltre, la funzione di autocalibrazione dell'analizzatore garantisce una precisione costante senza richiedere frequenti regolazioni manuali.
Grazie alla perfetta integrazione con i sistemi di controllo delle centrali nucleari, 2060 TI Process Analyzer consente regolazioni automatiche della reattività in base alle concentrazioni di boro misurate. Questa automazione migliora l'efficienza operativa e contribuisce a mantenere prestazioni ottimali del reattore.
Il monitoraggio online dell'acido borico nell'acqua di raffreddamento è possibile tramite titolazione potenziometrica. Il software intelligente IMPACT utilizzato da 2060 TI Process Analyzer è in grado di adattarsi automaticamente alle diverse concentrazioni di acido borico e di modificare le concentrazioni della buretta titolante per garantire la massima precisione nell'intero intervallo di misura.
| Parametro | [mg/L] |
|---|---|
| Boron | 0–2000 |
Altre applicazioni di processo relative ai circuiti idrici dei produttori di energia includono silice, sodio, nichel, zinco, calcio, magnesio e cloruro. Misurazioni affidabili di questi parametri critici sono possibili con 2060 TI Process Analyzer di Metrohm Process Analytics (Figura 2).
La capacità di monitorare le concentrazioni di acido borico nell'intervallo 0-2000 mg/L è particolarmente preziosa negli impianti di reattori nucleari (PWR), dove il controllo preciso di questo parametro è essenziale per un funzionamento sicuro ed efficiente. La versatilità e la precisione dell'analizzatore di 2060 TI Process Analyzer, lo rendono uno strumento prezioso per gli operatori delle centrali nucleari.
- Nuclear Power in the World Today - World Nuclear Association. https://world-nuclear.org/information-library/current-and-future-generation/nuclear-power-in-the-world-today (accessed 2024-08-20).
- Mesquita, A. Z.; Reis, I. C.; de Almeida, V. F.; et al. Boron-10 Effect on the Reactivity of the IPR-R1 Triga Research Reactor. Annals of Nuclear Energy 2019, 132, 64–69. DOI:10.1016/j.anucene.2019.04.023
- Boron, a key challenge for reverse osmosis systems, successfully treated with LG Chem TFN membranes GWI. https://www.globalwaterintel.com/articles/boron-a-key-challenge-for-reverse-osmosis-systems-successfully-treated-with-lg-chem-tfn-membranes-lg-chem (accessed 2024-08-19).
- EU’s drinking water standards. https://www.lenntech.com/applications/drinking/standards/eu-s-drinking-waterstandards.htm (accessed 2024-08-19).
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