Study of thermal oils for nuclear power plants safety system applications: thermal ageing and radiation effects investigation

The present work describes the activity carried out in the framework of ARDECO (ASTRID Research and Development Cooperation) to study and select suitable Heat Transfer Fluids (HTFs) to be used in safety system heat exchangers for sodium cooled IV generation nuclear power plants. Among several HTFs, thermal oils are a good choice for the under-study application; have good compatibility with other components (such as the primary coolant which is sodium) and can operate in a wide temperature range with remarkable heat transfer properties. Given the studied application, materials with thermal and radiation resistance were selected; two aromatic oils, commercially named Therminol 66 and Therminol SP, widely used for several years both in nuclear and CSP (Concentrating Solar Power plants) were chosen. To study the suitability of selected materials, firstly, extensive thermal ageing laboratory scale tests were performed to undergo oils to controlled heating over working temperature range. Also, radiochemical stability was evaluated; oils samples were tested in the CALLIOPE Gamma Irradiation Facility equipped with a Cobalt 60 (60Co) isotopic source. Different, complementary analytical techniques were used to test oils samples before and after the above reported stress tests; obtained results permit to analyze, separately, thermal and radiochemical effect on the oils chemical structure.

Nel presente rapporto tecnico vengono descritte le attività condotte nell’ambito del progetto ARDECO (ASTRID Research and Development Cooperation). Lo scopo del progetto è stato quello di studiare fluidi di scambio termico per un sistema di mitigazione incidentale per reattori nucleari di IV generazione raffreddati a sodio liquido. Tra diversi tipi di fluidi di scambio termico, gli oli termici rappresentano una valida scelta per diverse ragioni; hanno una buona compatibilità con diversi componenti del sistema, incluso il fluido primario di raffreddamento (sodio liquido), possono essere usati in un ampio range di temperatura e mostrano eccellenti qualità di scambio termico. Per lo studio sono stati selezionati due oli aromatici, commercialmente conosciuti come Therminol 66 e Therminol SP, grazie alla loro stabilità sia allo stress termico che radiolitico. Entrambi sono ampiamente utilizzati sia in campo nucleare che, recentemente, negli impianti solari CSP (Concentrated Solar Power). Per verificarne la stabilità nelle reali condizioni di utilizzo, ne è stato studiato il comportamento in condizioni simulate di invecchiamento termico e radiochimico. Per quanto riguarda i test di invecchiamento termico, ogni campione di olio è stato sottoposto a test di riscaldamento controllato in un range di temperatura superiore a quello di normale utilizzo. Inoltre, per studiare eventuali fenomeni di radiolisi, gli oli sono stati sottoposti a test di invecchiamento nell’impianto di irraggiamento gamma CALLIOPE, dotato di una sorgente di Cobalto 60 (60Co). Gli oli prima e dopo i test di invecchiamento sono stati studiati mediante diverse tecniche analitiche al fine di studiarne gli effetti sulle proprietà chimico-fisiche.