JPH01100500A - コロイド状腐食生成物の付着率減少方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、液体流からの懸濁固体の除去に関し、特に、
原子炉冷却材の流れがらコロイド状の腐食生成物を除去
することに関するものである。

発電プラントの運転においては、該プラントの冷却系内
で形成されて、同冷却系の表面に付着もしくは沈着する
腐食生成物の存在に起因する保守上の問題が存在する。

特に原子力発電プラントにおいては、付着した一次冷却
系の腐食生成物が運転及び保守作業員に対し放射線照射
源となり、この種の発電プラントの保守費用の増加をも
たらすので、上述の問題は特に顕著である。−次冷却系
の腐食生成物は、一般に、主として蒸気発生器の管の腐
食や、それより程度は低いがプラントの他のステンレス
鋼表面の腐食により発生する固体である。

腐食生成物成分は、懸濁即ち不溶固体相として、及び成
る程度溶液内のイオンとして、−次冷却材と共に循環す
る。固体相の粒子は、原子炉の炉心の表面に付着し、そ
こで放射線照射を受ける。照射後、固体相の粒子は、再
び一次冷却材溶液中に懸濁されて、炉心から離れている
プラント表面に付着し、そこで、固体相の照射粒子は原
子力発電プラント内の作業員に対する最も重大な放射線
被曝源となる。

加圧水膨原子炉（ＰＷＲ）を用いる原子力発電プラント
においては、−次冷却材及び二次冷却材の流れが共に不
溶性の磁性腐食生成物を有する。また、これ等の腐食生
成物は、一般に冷却材のｐＨに依存する表面電荷を有し
ており、少なくとも小さい粒径の腐食生成物は、冷却系
の表面に該粒子を付着せしめる静電吸引力を受ける。

一次冷却系の腐食生成物は、主に、ニッケルフェライト
と、コバルト、マンガン及び他の元素がニッケルの一部
乞置換されたニッケルフェライト組成物である。また、
腐食生成物内の第一鉄がクロムで置換されている腐食生
成物も観察されている。このような腐食生成物は、通常
）、不純物もしくは沈澱物（ｃｒｕｄ）として知られる
ようになってきている。

原子力発電プラントの運転員及び保守作業員に対する業
務上の放射線被曝の主放射線源（即ち放射線被曝量の７
０〜９０％を占める放射線源）は、７次冷却材系の表面
上に遍在的に分布している照射腐食生成物の付着物から
放出されるガンマ放射線であることは文献上でも認識さ
れている。これと関連して、「核技術（Ｎｕｃｌｅａｒ
　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）」、４４巻、頁ａ、１−９ｏ
（１９７９年６月）４．：掲載のｒ７５７Ｘ　　ｔ−プ
ラントに番る　　　の　　！　　：量　びｍ（Ｏｃｃｕ
ｐａｔｉｏｎａｌ　Ｒａｄｉａｔｉｏｎ　Ｅｘｐｏｓｕ
ｒｅ　ａｔ　ＦｒｅｎｃｈＰｏｗｅｒ　Ｐｌａｎｔｓ：
　Ｍｅａｓｕｒｅ　ａｎｄ　Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ）　
、及び米国ニューヨーク所在のプレナムプレス（Ｐｌｅ
ｎｕｍＰｒｅｓｓ）社よって１９８０年に発行された刊
行物である［原子力施設の除染と停止（Ｄｅｃｏｎｔａ
ｍｉｎａｔｉｏｎ　ａｎｄＤｅｃｏＩｉｓｓｉｏｎｉｎ
Ｈｏｆ　Ｎｕｃｌｅａｒ　Ｆａｃｉｌｉｔｉｅｓ）」に
収録されているｒ　ＰＷＲプラントの　　　　に　　る
”ＡＰ’　ｆ）　　　（Ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　Ｈｉｇｈ
−ＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＦｉｌｔｒａｔｉｏｎ　ｏｎ
　ＰＷＲＰｌａｎｔ　Ｒａｄｉａｔｉｏｎ　Ｆｉｅｌｄ
ｓ）」を参照されたい。このような腐食生成物、即ち不
純もしくは沈澱物物は、表面から解放されて、小さな粒
子及びコロイドとして原子炉の燃料要素に運ばれ、該燃
料要素上に付着し、そこで中性子束により放射化される
。沈澱物は再び懸濁されて運ばれ、冷却系の他の表面に
粒子として戻される。付着率もしくは速度は、概ね、原
子炉冷却材の化学的特性と、粒子及びプラントの表面の
電荷とにより決定される。放射化された粒子の分布には
、流体力学的な力及び溶解現象のような他の影響も寄与
する。しかし、このような他の影響はプロセス全体にお
いては極く小さな役割しか果たさないと考えられる。な
お、この点に関しては、「電力研究所（ＥＰＲＩ：Ｅｌ
ｅｃｔｒｉｃ　Ｐｏｗｅｒ　Ｒｅ５ｅａｒｃｈ　Ｉｎ５
ｔｉｔｕｔｅ）レボ−）ＨＰ−３３７２）Ｊ、第２巻、
リサーチプロジェ・　　クト（Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｐｒ
ｏｊｅｃｔ）１４４５−２（１９８４年５月）に収録の
「　　　゛　　のｍ　（Ｒｅａｃｔｏｒ　Ｃｏｏｌａｎ
ｔＨｉｇｈ−Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　Ｆｉｌｔｒａｔ
ｉｏｎ　）亀λ１」、「Ｕの　　線　曝　　　　の−’
１Ｊｆｊ　（Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　ｏｒＥｆｆｅｃｔ
ｉｖｅｎｅｓｓ　ｉｎ　Ｒｅｄｕｃｉｎ８０ｃｃｕｐａ
ｔｉｏｎａｌ　Ｒａｄｉ−ａｔｉｏｎ　’Ｅｘｐｏｓｕ
ｒｅ）　」に論述されている。このように、不純物もし
くは沈澱物として知られている不溶性の腐食生成物は、
人体の安全性及びプラントの有効性に対し重大な悪影響
を有しており、それ等の除去が、大きな経済上の要請と
なっていることは周知の通りである。

不溶性の磁性フェライト腐食生成物は、冷却材のｐＨに
依存する表面電荷を持っている。例えば、１９８０年１
０月に英国のボーンマウス（Ｂｏｕｒｎｅｍｏｕｔｈ）
で開催された「原子炉系の水化学に関する会議（Ｃｏｎ
ｆｅｒｅｎｃｅ　ｏｎ　Ｗａｔｅｒ　Ｃｈｅｍｉｓｔｒ
ｙ　ｏｆ　ＮｕｃｌｅａｒＲｅａｃｔｏｒ　Ｓｙｓｔｅ
ｍｓ）　Ｊの論文番号第３６に収録の論文ｒ　　　　＠
漬Ｉへの　　１　のイ・　に・　るコロＬ臼Ｗ　（Ｃｏ
ｌｌｏｉｄａｌ　Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｓ　ｏｎ　ｔ
ｈｅＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｍａｇｎｅｔｉｔｅ
　Ｐａｒｔｉｃｌｅｓ　ｏｎ　ｔｈｅＦｕｅｌ　Ｅｌｅ
ｍｅｎｔｓ　５ｕｒｆａｃｅ）」を参照されたい。そし
て、少なくとも小さい粒径の上記腐食生成物は、冷却系
の表面に該粒子を付着せしめるような静電吸引力を受け
る。特に、不純物は燃料要素の被覆上に付着する。燃料
要素は一般にジルカロイ製の被覆表面を有しており、こ
の表面には更に、薄肉のジルコニア（ＺｒＯ□）層が被
覆しである。このＺｒＯ□層は、不純物の表面電荷及び
ＺｒＯ２の表面電荷間における固有吸引力に起因して不
純物の付着率もしくは速度に影響を与える。

溶液中に懸濁されている粒子は、表面加水分解反応及び
溶液からのイオン吸収の結果として表面電荷を帯る。溶
液のｐＨは、最も一般的に、酸化物表面の電荷の極性及
び大きさを制御する。粒子の寸法が小さくなればなる程
、表面電荷は、懸濁粒子の性質を決定する上で益々重要
になる。粒子の寸法が１０人及び１００人間の値に減少
すると、懸濁固体はコロイド粒子と称され、その表面電
荷は性質を決定する上で最も謂著な要素となる。懸濁粒
子の凝集及び凝結もしくは沈澱に関する安定性は、表面
電荷によって決定される。電場内におかれると粒子は移
動し、この現象は、電気泳動と称される。帯電粒子は、
印加された電場内におけるその移動能力の結果として、
溶液から除去されて電極表面上に収集もしくは付着し得
る。この電気泳動付着プロセスが、例えば絶縁材料、ポ
リマー及び塗料被覆の薄膜を付着させる際に、工業被覆
分野における有効技術の基礎となっている。帯電粒子は
、静電気力により表面に付着せしめられ得るのである。

不純物の磁気的性買を利用して原子炉冷却材の流れから
該不純物を除去するための改良された技術が、米国特許
第４，５９４，２１５号明細書に開示されている。この
米国特許明細書の磁気−過器は、成功裡に動作する不純
物収集装置である。しかし、放射線被曝に固有の危険及
び原子炉の経済上の理由から、更に効果的な技術の探索
を必要とする趨勢が存在する。本発明は、このような改
良方法を提供するものである。

１肌ゑ員１ 本発明により提案される改良方法は、コロイド状腐食生
成物即ち不純物を吸引する表面特性を有すると共に原子
炉冷却材と接触している原子炉内面上に、前記腐食生成
物が前記原子炉冷却材から沈着する速度を減少するため
の方法を提供している。この方法は、不純物を吸引する
表面特性の活性表面を有し上記冷却材中に懸濁可能であ
る１バッチ分の粒子を形成することを含む。これ等の粒
子は、冷却材中に懸濁されて、不純物が付着し得る表面
を提供する。原子炉系において特に損傷を受は易い表面
は、酸化ジルコニウム層で被覆され・ている原子炉の表
面である。従って、本発明は、活性二酸化ジルコニウム
表面を有する懸濁可能な粒子を与える。これ等の粒子は
、酸化ジルコニウム粒子とするのが好ましく、ジルコニ
ウム金属スポンジを酸化するか、ジルコニウム塩を酸化
するか又はジルコニウム水素化物を酸化することにより
形、成することができる。適当な粒子は、異なった組成
の粒状基体に酸化ジルコニウムを真空蒸着することによ
り形成することができる。本発明の特に有利な実施態様
においては、上記粒状基体は、正の磁化率を有すること
ができ、マグネタイトを含むことができる。更に、上述
のように、不純物のフェライト粒子自体も強磁性体であ
る。本発明の好適な実施態様においては、活性表面の全
表面積は、保護すべき原子炉表面の面積よりも大きくす
べきであり、この方法の総合効率は、懸濁粒子により提
供される全活性表面積を保護すべき原子炉表面積よりも
少なくとも約２０倍大きくすることにより、常に向上す
る。

また、本発明は、原子炉冷却材からコロイド状腐食生成
物を除去する方法をも提供する。本発明のこの様相によ
れば、冷却材中に懸濁可能であって、腐食生成物を吸引
する表面特性を有する１バッチ分の粒子を形成すること
を含む方法が提供される。該粒子は冷却材中に懸濁され
、それにより腐食生成物は該粒子の表面上に付着する。

しかる後、付着した腐食生成物を有する粒子を冷却材か
ら除去することができる。本発明の１つの好適な実施Ｒ
様においては、粒子は磁化可能な粒子とすることができ
、そして除去ステップでこのような粒子を磁気的に吸引
することができる。本発明の他の好適な様相においては
、更に、除去ステップで、慣用的な手段により冷却材の
濾過を行うことも可能である。また、本発明によれば、
上述の磁気吸引及び冷却材流のｒ過双方を利用すること
も可能である。

ｔ　　　の；細を舌 燃料要素の表面積と比較して大きな面積を有する除去可
能なＺｒＯ２を与えることにより、コロイド状不純物の
大部分を、炉心その他のプラント表面゛に付着する前に
除去することができる。要するに、大きなＺｒ（Ｌ表面
積を有する粒子を、コロイド状不純物の粒子のゲッター
もしくは補集材としての働きをするように冷却材の流れ
に導入する。その結果生ずる凝集粒子は、適当な濾過方
法により原子炉の冷却材の流れから容易に分離すること
ができる。

本発明の方法によれば、大きいＺｒＯ２表面積を有する
適当な粒径の補集粒子を原子炉冷却系（ＲＣＳ）に与え
る目的で、比較的大きい表面を有する除去可能なＺｒＯ
□粒子が原子炉冷却系（ＲＣＳ）内に導入される。これ
等の粒子は、原子炉冷却材全体に亙り分散して、循環し
ているコロイド状のニッケルフェライト及びマグネタイ
トと近接耐傷になる。不純物粒子はＺｒ０ｔ表面上に凝
集する傾向を有し、該ＺｒＯ２表面と共に除去すること
ができる。なお、自明なことであるが、本発明は、酸化
ジルコニウム粒子及び（又は）酸化ジルコニウム被覆粒
子と関連して説明するが、本発明は、その広い意味にお
いて、冷却材中に懸濁することができ且つ不純物を吸引
する表面特性の活性表面を有している任意の種類の粒子
の使用をも包含するものである。Ｚｒ０ｔは、本来的に
、不純物を吸引する上で、炉心要素上のＺｒＯ２被覆に
比肩し得るから、特に有効である。

また、ＺｒＬを選択することにより得られる別の利点は
、該ＺｒＯ２の原子炉冷却系（ＲＣＳ）への添加により
、それまで存在していない種類の化学物質を該ＲＣＳに
導入することにはならない点にある。

コロイド及び近コロイド不純物物粒子は、慣用の手段に
よる濾過は困難であるが、不純物が凝集して形成された
大きな不純物粒子は、冷却材循環系に備えることができ
る多数の慣用の濾過装置の内の任意の一過装置により容
易に一過することが可能である。

冷却系に関し一層深い理解を期すために、先ず、第１図
及び第２図を参照して説明する。これ等のの図には、本
発明を適用することができる好適な冷却系が示しである
。即ち、第１図には、典型的な３ループのＰＷＲ原子炉
冷却系（ＲＣＳ）が簡略に示しである。第１図を参照す
るに、原子炉は参照数字１０で表されている。３つのル
ープは、参照数字１２ａ、１２ｂ及び１２ｃで総括的に
表されており、それぞれ、関連のポンプ１４ａ、１４ｂ
及び１４ｃを備え、該ポンプによって、冷却材は、それ
ぞれ関連の蒸気発生器１６ａ、１６ｂ及び１６ｃに通流
せしめられる。′冷却材は、ポンプ１４ａ、１４ｂ及び
１４ｃにより原子炉１０を経て循環せしめられ、該原子
炉１０において炉心により加熱される６次いで、冷却材
は蒸気発生器１６ａ、１６ｂ及び１６ｃを経て循環し、
該冷却材の相当の熱の幾分かが、各蒸気発生器の二次側
で水を沸騰するのに利用される１次いで、冷却材は、連
続的な態様で各ポンプの吸込側に戻る。ループ１２ａ、
１２ｂ及び１２ｃは互いに均等であり、冷却材は、原子
炉１０の内部において３つのループ間で混合し合う。

プラントの内面は総て成る程度は腐食し、冷却材中に可
溶性及び粒状の物質として不純物を放出する。この放出
に大きく寄与するのは、湿潤表面の大半を占める蒸気発
生器の伝熱管である。不純物は、冷却材と共に原子炉１
０内の炉心を循環し、該炉心内で、幾つかのパラメータ
に依存し、成る時間炉心表面上に付着して放射線で照射
される。

照射された不純物は次に冷却材中に放出され、特に蒸気
発生器１６ａ、１６ｂ及び１６ｃ内の比較的低温のプラ
ント表面上に付着するまでループ１２ａ、１２ｂ及び１
２ｃを通って自由に循環する。このプロセスは限り無く
続き、その結果として炉心の外部に在るプラント表面が
放射化される。

原子炉冷却材系（ＲＣＳ）は、第１図において参照数字
２０で総括的に示しである。　ＲＣＳには、第１図にお
いて参照数字２２で総括的に示しである化学体積制御系
（ｃｖｃｓ）が設けられている。該ＣＶＣＳは、適切な
プラント運転にとって必要とされる幾っがの公知の機能
を遂行する。第１図に見られるように、冷却材は、管路
２４を介してループ１２ｃから連続的に取り出され、管
路２６を介しルー１１２ａに戻される。管路２６を介し
てルー１１２ａに戻されつつある冷却材と、原子炉冷却
材系２０から取り出された管路２４内の冷却材との間で
熱交換が行われる。この熱交換は、熱交換器２８におい
て行われ、管路２４内の冷却材は相対的に冷却され、そ
して管路２６内の冷却材は相対的に加熱される。

再生熱交換器２８を通流した後に、管路２４からの冷却
材はレッドダウン（減圧）オリフィス３０及び制御弁３
２を通されて、レットダウン熱交換器３４内で更に冷却
される。熱交換器３４には、管路３６を経て流入し管路
３８から流出する冷却水が供給されている０次いで、冷
却された冷却材流は、アニオン／カチオン温床式脱塩装
置４０を通され、そこで冷却材流は慣用の仕方で化学的
に調整される。調整された冷却材は、慣用の濾過器４１
で濾過され、そして濾過されな冷却材は同様に慣用の仕
方で動作する体積制御タンク４２内へと導かれる。これ
と関連して、本発明が属する技術分野で通常の知識を有
する者には認識されるように、体積制御タンク４２は、
一般に、冷却材系２０内の冷却材の体積を制御するため
の補助及び付属装置並びに機構を備えることができる。

更に、脱塩装置４０のような固定床の脱塩装置が一般に
対で設けられており、一方の脱塩装置で冷却材の処理を
続けながら、他方の脱塩装置を、保守及び（又は）活性
成分を交換補填する目的で運転から外すことが可能なよ
うな仕方で設置されている。体積制御タイ７４２の補助
及び付属装置と第２の脱塩装置とは、図示を明瞭にし且
つ簡潔にするために第１図及び第２図においては省略し
である。

また、化学体積制御系２２は、化学混合タンク４４をも
備えることができる。この化学混合タンク４４において
は、管路４６を介して化学体積制御系２２に添加するた
めの化学添加剤を調合することができる。冷却材がタン
ク４２から流出し、管路４６を介して該冷却材中に化学
物質が注入された後に、処理済みの冷却材がポンプ４８
により熱交換器２８へと送り戻され管路２６を介し冷却
材系２０内に再導入される。

このように、化学体積制御系２２は、一般に慣用の仕方
での混床式脱塩装置４０におけるイオン交換及び濾過と
、原子炉冷却材濾過器４１での慣用の濾過とによって可
溶性の粒状不純物を除去するように動作する。明らかな
ように、化学体積制御系２２は、冷却材系２０に対し、
補給系及び化学添加系としての働きをする。

運転中、原子炉冷却材の一部分は、管路２４を経て冷却
材系２０から取り出されて熱交換器２８及び３４内で冷
却されレッドダウンオリフィス３０及び制御弁３２で減
圧される。管路２４から取り出されて冷却され減圧され
た冷却材はそこで脱塩装置４０に移送される。脱塩され
た冷却材は、濾過器４１を経て体積制御タンク４２内に
流入し、そこから充填ポンプ４８の吸込側に流れる。冷
却材はポンプ４８により熱交換器２８を通流せしめられ
、該熱交換器Ｚ８で加熱されて、管路２６を介し冷却材
系２０に戻される。原子炉冷却材及び（又は）所要の化
学添加剤の喪失分は、化学混合タンク４４並びに補給量
が充填ポンプ４８の吸込側で主流と結合する管路４６に
より補給される。この箇所は、管路５１を介して導入さ
れる原子炉補給水内にスラリとして供給することができ
る酸化ジルコニウム補集材の好適な注入点である。

運転中、コロイド及び近コロイド状不純物粒子を慣用の
手段で濾過することは困難である。しかし、大きなＺｒ
Ｏ□／不純物凝集体は数多の慣用の濾過方式の内の任意
の１つを用いて容易に枦遇することができる。酸化ジル
コニウム／不純物凝集体は、プラントの慣用のレットダ
ウン濾過器４１及−び化学体積制御系の慣用の混床式脱
塩装置４０を利用して濾過することができよう。別法と
して、化学体積制御系の脱−塩装置４０の代わりに又は
該脱塩装Ｔｔ４０に加えて、酸化ジルコニウムが充填さ
れた深床式濾過器（ｄｅｅｐ−ｂｅｄ　ｆｉｌｔｅｒ）
を用いることができよう。更に、特に第２図に示すよう
に、冷却材流から酸化ジルコニウム／不純物凝集体を除
去するのに電磁濾過器５０を使用することができよう。

と言うのは、注入粒子は、磁化可能なように選択されて
いるか又はＺｒＯ２粒子表面上に不純物粒子の吸着被覆
が形成されるように選択されていて、粒子は磁気的性質
を有しているからである。第２図に示した略図に見られ
るように、熱交換器３４と脱塩装置４０との間に電磁濾
過器５０が配設されている。

この点を除けば、第２図に示した構成は第１図に示した
構成と同じである。なお、第２図には、第１図の破線Ａ
−Ａの右側に示しである設備の代替設備を示すに留どめ
な。

第２図に示しである電磁濾過器５０に関しては、既述の
米国特許第４，５９４，２１５号明細書と、「電力研究
所最終レポート（ＥＰＲＩ　Ｆｉｎａｌ　Ｒｅｐｏｒｔ
）」、ＮＰ　５１４、（１９７８年５月）に収録された
ｒ　ＰＷＲブーントの−とび二゛７への　　−゛こ　　
る　六（Ｓｔｕｄｙｏｆ　Ｍａｇｎｅｔｉｃ　Ｆｉｌｔ
ｒａｔｉｏｎ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ　ｔｏ　ｔｈ
ｅＰｒｉｍａｒｙ　ａｎｄ　５ｅｃｏｎｄａｒｙ　Ｓｙ
ｓｔｅｍｓ　ｏｆ　ＰＷＲＰｌａｎｔｓ）」と称する論
文とを参照されたい。なお、これ等の文献の開示内容は
参考のために本明細書において特に援用してい゛る。

本発明に従って活性表面を有する懸濁可能な粒子は、大
きな比表面積及び適当な粒径（粒子の大きさ）を有する
ように製造すべきである。適当な酸化ジルコニウム粒子
は、種々の方法の内の任意の方法を用いて製造すること
ができよう。更に、化学体積制御系法と関連して有用で
ある公知の脱塩装置は一般にコロイド及び近コロイド不
純物の除去に効果的であるが、酸化ジルコニウムにａｙ
ｓ作用があるため、慣用のプラント装置を用いて実現可
能な除去効率は更に向上される。ある種の核分裂生成物
に対しては、ジルコニアがイオン交換性質を有している
ことが判明している。この性質を利用し、酸化ジルコニ
ウム凝集粒子に対する適切な濾過器を構成する目的で、
深床式酸化ジルコニウム濾過器を、通常化学体積制御系
に設置されていて深床イオン交換器４０と並列に使用さ
れる２つの慣用の温床式イオン交換器の１つの代わりに
使用することができよう。別法として、別個の深床式酸
化ジルコニウム濾過器を脱塩装置４０と直列にその上流
側に設置することが可能であろう。この後者の構成によ
れば、深床式ジルコニア濾過器が凝集粒状物に対する濾
過器としての働きをもするので、混合床が粒状物もしく
は粒子で詰まることが阻止される。

本発明と関連して使用するのに適している補集粒子を製
造するための有用な方法には、ジルコニウム金属スポン
ジの酸化及びそれに続く分粒（サイジング）、除去方法
として電磁濾過器を使用する用途においてはマグネタイ
トとするのが好ましい大きい比表面積を有する粒状基体
に対するジルコニアの真空蒸着、例えば、高温の空気雰
囲気内への塩溶液の噴霧のような適当な条件下でのジル
コニウム塩の酸化、及び該酸化に続くジルコニウム水酸
化物（脆い固体である）の分粒化を含む。また、マグネ
タイト粒子には、化学的吸着技術を用いて酸化ジルコニ
ウムを被覆することができよう。

この技術においては、ジルコニウム塩をマグネタ・イト
粒子の表面に予め吸着させ、次いで、被覆された粒子に
対し、制御された表面酸化を行ってマグネタイト粒子上
に酸化ジルコニウムの層を形成する。なお、これと関連
して、粒子の表面に他の物質からなる表面層を被覆し、
それにより、本発明の目的にとって有用な被覆された粒
子を得るのに数多の公知の方法が有ることを述べておく
。このような方法は、上記のように公知であって本発明
を構成するものではない。

酸化ジルコニウムの全表面積は、燃料要素の被覆表面の
全面積と比較して相対的に大きくすべきである。ジルコ
ニアの比表面積は大きければ大きいほど有利である。と
言うのは、そのようにすれば、酸化ジルコニウム所要量
が相応に減少するからである。有用な方法では、Ｉｇｒ
当たり２００ｍ２の典型的な多孔性粒子比表面積を有す
る１０ミクロンの球状ジルコニア粒子を用いることがで
きよう。

このような粒子の１　ｆｂ（０，４５Ｋｇ＞のバッチ量
は約ＩＸ　１０’ｆｔ”の表面積を有するのに対し、慣
用の原子炉における典型的な炉心表面積は約６　ｘ　１
０’ｆｔ２である。従って、６　ｘ　ｔｏ””１ｂの１
バッチ分の粒子が、典型的な炉心表面積に等価な表面積
を有することになる。典型的な冷却材系における冷却材
の体積は約１．３Ｘ１０’ｆｔ’であり、従って、炉心
表面積よりも２０倍大きい表面積を得るためのジルコニ
ア粒子の濃度は約２　ｐ９１１である。更に、１．２１
ｂの１バッチ分のジルコニア粒子は、炉心の表面積より
約２０倍大きな表面積を有する。当該技術分野の専門家
には明らかなように、比肩し得る表面積特性を有するジ
ルコニア被覆マグネタイト粒子は一般に、固体ジルコニ
ア粒子よりも僅かではあるが軽量である。

本発明を実施する場合、冷却材に粒子もしくは粒状物を
添加すべき箇所は、臨界的な程に重要ではないが、粒子
を濃縮懸濁物としてタンク４４に添加することができる
簡便な箇所を選ぶべきである。

このようにした場合、懸濁物は、補給水により直接ポン
プ４８の吸込側に搬送される。

吸着性の補集粒子に対する不純物粒子の凝集で、上述し
た方法のどれを使用しても不純物を濾過する能力が向上
する。更に、将来においては、高流量高温濾過方法の使
用が特に関心を呼ぶであろう。

と言うのは、こ′の方法によれば、除去率が化学体積制
御系２２を使用して達成可能な除去率よりも著しく大き
くなるからである。小さいニッケルフェライト及びマグ
ネタイト不純物粒子を直接除去するために電磁−過器（
ＥＭＦ）を用いる上記のような高流量高温ｒ過方法は、
前述した「原子炉系の水化学に関する会議」の論文番号
第３６に収録の論文「　　　　　　への　　　　の　　
に　　るコロ４Ｆ　　　　　Ｊと、１９８０年１０月英
国ボーンマウス（Ｂｏｕｒｎｅｍｏｕｔｈ）で開催の「
原子炉系の水化学に関する会議」の論文番号第３７に収
録の論文「Ｌ九ダＩ重水　　　の−ご執　゛と　　の盲
ｒ量育゛！Ａ庁λｌカ（旧ｇｈ−Ｆｌｏｗ、旧ｇｈ　Ｔ
ｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ＭａｇｎｅｔｉｃＦｉｌｔｒａ
ｔｉｏｎ　ｏｎ　ｔｈｅ　Ｐｒｉｍａｒｙ　１ｌｅａｔ
　ＴｒａｎｓｐｏｒｔＣｏｏｌａｎｔ　ｏｆ　　ｔｈｅ
　ＣＡＮＤＵ　Ｐｏｗｅｒ　Ｒｅａｃｔｏｒｓ）」とに
提案されている。本発明によるジルコニウム酸化物粒子
注入方法は、ＥＭＦ　（電磁濾過器）の有効性を高める
ばかりではなく、高温の逆フラッシュ可能な（ｂａｃｋ
−ｆ　１ｕｓｈａｂｌｅ）機械的な濾過器を実用可能に
するものである。将来、このような高温高圧濾過は最善
の方法であることが判明するであろうが、現在において
は、この手法の適用には現存のプラントの高価な再装備
が要求され、−ｍには忌避されている。従って、現在に
おいては、化学体積制御系での濾過がより実際的な解決
策であろう。

慣用されているＰＷＲプラントのレットダウン濾過器４
１は、一般に、２５ミクロン粒径より大きい粒子をＰ遇
するように設計されている。従って、このような濾過器
は、典型的な不純物粒子の除去にとっては効果的ではな
い、ところが、本発明によるジルコニウム酸化物粒子の
凝集作用で、−過器４１のような濾過器の有効性は向上
するのである。

電磁的粒子補集に関しては、「磁気学に関する電気電子
技術者協会会報（ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ
　ｏｎＭａｇｎｅｔｉｃｓ）　ＪのＨａｇ−１０巻、Ｎ
ｏ、　２　（１９７４年６月）に掲載された論文「　　
　　：　　　　　　び胆１１（Ｍａｇｎｅｔｉｃ　５ｅ
ｐａｒａｔｉｏｎ　：＾Ｒｅｖｉｅｗ　ｏｆＰｒｉｎｃ
ｉｐｌｅｓ、　Ｄｅｖｉｃｅｓ　ａｎｄ　Ａｐｐｉｉｃ
ａｔｉｏｎｓ）　Ｊには、小さい常磁性の粒子に対する
磁気型濾過器の最適な効果を得るために、ＥＭＦ（電磁
−過器）基体要素の半径を、粒子半径の約３倍にすべき
ことが示されている。明らかなように、実用的な磁気型
濾過器の基体に関し、最適設計の試みは、目標粒子の半
径が減少すると共に困難になる。−次腐食生成物のサブ
ミクロン台（近コロイド状）の部分に対しては、磁気型
濾過器の有効性は減少する傾向となる。例えば、マグネ
タイト、ニッケルフェライト等のような大きな正の磁化
率を示す粒子は、ＥＭＦの磁気勾配の作用を受けて、流
体の抗力に匹敵する磁気吸引力を発生する。この磁力が
優勢である場合には、粒子は捕捉される。流体抗力は粒
子半径の２乗の関数であり、他方、磁気吸引力は半径の
３乗（即ち、粒子の体積）に依存するので、粒径の減少
に伴い、抗力が優勢になる点に達してしまう、従って、
大きい被覆された磁性粒子の表面上に小さい不純物粒子
を収集することにより、捕捉粒子の実効半径を相当に減
少し、磁気吸引力を優勢にすることが出来る。

マグネタイトは、約９０’ｅｎｕ／Ｈａの飽和磁化を有
する。二酸化ジルコニウムは−Ｉ　Ｘ　１０−’ｅｍｕ
／ｇｍの磁化率を有する反磁性体（即ち、磁気勾配によ
って蚊発される磁性体）である。（マグネタイトを飽和
するのに充分な）４Ｘ１０３エルステツドの磁界の下で
は、ジルコニアの磁化は−４Ｘ　１０−’ｅ翔ｕ／ｇｍ
となろう、従って、マグネタイト／ＺｒＬの二重粒子は
殆どがマグネタイトであるので、ＥＭＦによるマグネタ
イト粒子の吸引力はジルコニア被覆により本質的な影響
を受けることはない。更に、不純物粒子自体が磁気特性
を有しているので、凝集した不純物で被覆された単体ジ
ルコニア粒子でも、磁気型濾過器により捕捉されるのに
充分な強さの磁性を獲得することが出来よう。

周期的に、磁気型濾過器は、収集した腐食生成物を除去
して廃棄物として処理とするために冷却系から分離され
る。濾過器を分離しなならば、基体もしくはマトリック
スを減磁して濾過器を逆フラッシュ洗滌する６粒子に磁
力が作用していないので、流体の抗力だけで粒子を基体
から除去し同伴するのに充分である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本拠明を適用することにより保護することが
可能である原子炉冷却材系の簡略流れ線図、第２図は、
第１図において破線Ａ−Ａの右側の部分の代わりに用い
ることができる部分の簡略流れ線図である。 １０・・・原子炉 １２ａ、１２ｂ、１２ｃ・・・冷却系ループ１４ａ、１
４ｂ、　１４ｃｍ冷却材ポンプ１６ａ、１６ｂ、１６　
ｃ　・−蒸気発生器２０・・・原子炉冷却材系（ＲＣＳ
）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 コロイド状腐食生成物を吸引する表面特性を有すると共
   に原子炉冷却材と接触している原子炉内面上に、前記腐
   食生成物が前記原子炉冷却材から付着する率を減少する
   ための方法であって、前記原子炉冷却材中に懸濁可能で
   あると共に、前記腐食生成物を吸引する表面特性の活性
   表面を有する、１バッチ分の粒子を形成し、 前記粒子を前記原子炉冷却材中に懸濁し、前記腐食生成
   物を前記粒子の表面上に付着せしめる、諸ステップを含
   むコロイド状腐食生成物の付着率減少方法。