JPH01269090A - 加圧水型原子力プラント停止時のクラッド溶解法 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は加圧水型原子力プラント（以下、ＰＷＲと記載
する）のプラント停止時に放射能線源となっているクラ
ッドの溶解を促進する１次冷却水の水質条件を確立し、
プラント定検時の被ばく量の低減を図り、且つ次年度以
降の１次冷却水系統内の放射能蓄積を抑制するためのＰ
ＷＲ原子力プラント停止時のクラッド溶解法に関する。

［従来の技術］ 原子力発電にとって有効な被ばく低減法の確立は現在重
要な課題の１つになっている。このため種々の対策が実
施され、被ばく量も低減の方向にある。

また、被ばく量の低減を更に図り、１次冷却水系統内で
の放射能蓄積を抑制するには１次冷却水系統中のクラッ
ドを溶解し、１次冷却水系統内から溶解・除去すること
が有効と考えられる。

１次冷却水系統内のクラッド溶解法としては、有機酸あ
るいはキレート剤を使用する系統化学除去法が開発され
ているが、この方法は系統構成材料の健全性評価（主に
材料腐食評価）、発生除染廃液の処理対策等、解決すべ
き問題が多く、燃料装荷状態での系統内の化学的除染法
は国内外での実例はない、このため、現在のＰＷＨの１
次冷却水の水質基準及び既設廃棄物処理設備で対応でき
るクラッド溶解法の開発が望まれている。

［発明が解決しようとする課題］ ＰＷＨのプラント停止操作の概略と放射能線源（”Ｃｏ
、”Ｃｏ）及び金属イオン（Ｎｉ）の溶出挙動を時間を
追って第１図に示す。

プラント解列の後、１次冷却水温度の低下、１次冷却水
中の溶存水素濃度の低下及び硼酸濃度の上昇に伴い１次
冷却水中の放射能及びＮｉイオン濃度は増加し、硼酸濃
度が一定（Ｂとして２０００　ｐｐ＋＊）となった後も
増加する。更に、大気を系統内に導入するエアレーショ
ン直前（あるいは直１＊）に放射能及びＮｉイオン濃度
が急増するスパイク現象が起こる。Ｎｉイオン、”Ｃｏ
、　”Ｃ。

のピーク時における濃度はプラント解列前の濃度の１０
４倍程度まで上昇する。このスパイク現象は後述するよ
うに１次冷却水中の溶存ガス（水素）濃度に依存するも
のと思われる。

ＰＷＲの１次冷却水系統内の放射能線源であるクラッド
成分は当初鉄（Ｆ　ｅ）酸化物とＮｉの混合酸化物（Ｎ
ｉＦｅｚＯ４）と考えられていた。そのため、除染法と
してこれら金属酸化物を溶解する方法が考案され、現在
化学的除染法として商品化されている。

一方、最近のクラッドに関する研究がらＰＷＲの１次冷
却水系統のクラッドには金属Ｎｉが相当存在し、このク
ラッド中、の金属Ｎｉが第１図に示した停止時の放射能
の溶出源と考えられるようになった。その根拠は下記の
通りである。

■水素ガス溶存下の高温・高圧状層の硼酸溶液中でＮｉ
は熱力学的に金属として存在しうる。

■プラント停止操作時にＮｉＦｅ２Ｏ＜は下式に従って
分解し、ＮｉとＦ　ｅｓ　Ｏ４になる。

３ＮｉＦｅ２０４＋４Ｈ２→３Ｎｉ＋２Ｆｅ３０４＋Ｈ
２０（溶存水素で還元） ■プラント停止時の１次冷却水の水質である硼酸溶液中
でＮｉＦｅ、Ｏ，は第２図に示すような挙動を示し、短
時間で実機データに示すような濃度では溶解しない。

第２図は実機プラント停止時の１次冷却水の水質を模擬
した条件下（硼素として２００　Ｑ　ｐｐｍの硼酸及び
Ｌｉを０　、５　ｐｐｍ含有）で、カバーガスとして１
００％Ｈ２（溶存水素量＝　１８　ｃｅＨｚｌ　ｋｇＨ
２０に相当する）及び３０％Ｈ２＋７０％Ｎ！（溶存水
素量＝　５　ｃｅＨ２／　ｋｙＨ２０に相当する）を用
いた場合のＮｉＦｅｚＯ＜の溶解特性を調べたものであ
る。実機データではプラント解列後約２４時間でＮｉ濃
度が１１）９１ルベルまで達することが明らかになって
いるが、この試験の結果ではＮ　ｉ　Ｆ　ｅ３０４から
のＮｉの溶解速度は実機データはど早くない、また、こ
の試験では、溶存水素濃度が高いほど、ＮｉＦｅ２Ｏ４
の溶解は促進されるが、実機では、プラント停止時には
溶存水素量が低下する方向にあり、この条件下ではＮｉ
Ｆｅ２Ｏ４は溶解しにくくなる傾向にある。

■プラント停止時の”Ｃｏ、”Ｃｏの溶出挙動は第１図
に示すＮｉと同様の挙動を示す。

以上のことから、実機ＰＷＲプラント停止時のＮｉの溶
解挙動は金属Ｎｉからと考えられ、金属Ｎｉの溶解を促
進することにより、同様の挙動を示す”Ｃｏ、　”Ｃｏ
の溶解量も増加する。

従って、本発明の目的は上記放射能及びＮｉイオン濃度
が急増するスパイクが起こる水質条件を１次冷却水に提
供し、クラッドの溶解を促進させてプラント停止時の被
ばく低減及び１次冷却水系統内の放射能蓄積を抑制する
ことにある。特に、Ｎｉは主要線源である”Ｃｏの親元
素であるため、１次冷却水系統からの金属Ｎｉの除去は
次年度以降の放射能蓄積抑制に有効である。

［課題を解決するための手段］ 即ち、本発明は加圧水型原子力プラントのプラント停止
初期段階で該プラントの１次冷却水の溶存水素濃度を水
の放射線分解と平衡な濃度まで急速に低下し、次に、該
１次冷却水に平衡溶存水素濃度を維持する水素分圧を有
する水素含有混合ガスをパージすることにより１次冷却
水中のクラッドの溶解を促進することを特徴とする加圧
水型原子力プラントの１次冷却水系統のクラッドの溶解
法に係る。

［作　用］ 水溶液中でのＮｉの化学形態は第３図に示す２５℃にお
ける電位−ｐＨ図で説明でき、Ｎｉは斜線部の領域でＮ
ｉイオンとして安定で、その他の領域では第３図中に記
載した化学形態で安定である。また、水溶液中での金属
の溶解性は第４図に、示すように活性領域で活発となり
、より責の方向（酸化性の方向）では金属Ｎｉは不動態
状態となり、その溶解は殆ど停止する。金属Ｎｉの硼酸
溶液中での溶解挙動は第５図に示すようにカバーガス中
の水素分圧が低いほど（溶存水素濃度が低いほど）、そ
の溶解が促進される。

本発明方法は上述の金ＫＮｉの溶解挙動を利用し、１次
冷却水中の溶存ガス（水素）濃度を制御し、１次冷却水
の水質条件を第４図に示す金属Ｎｉの溶解が生ずる活性
領域に保つことにより１次冷却水中のクラッドの溶解を
促進するものである。

本発明方法は第７図に示すようにＰＷＲのプラント停止
初期段階から積極的に溶存水素濃度を下げ、クラッドを
溶解させるものである。その結果、従来のプラント停止
時より多くの放射性物質が除去され、１次冷却水系統回
りの線量率が低下し、定検作業時の被ばく量を低減する
ことができる。

さて、上述の第５図について更に詳細に記載する。第５
図はプラント停止時の１次冷却水の水質を模擬した溶液
（硼素として２０００　ｐｐｍの硼酸及びＬｉ０．５ｐ
ｐ面を含有）ｌｌ中に約０．３ｙのＮｉ粉末を入れ、溶
液中の溶存ガス濃度を決定するためのカバーガスを因子
としてＮｉ金属からのＮｉイオンの溶出挙動を調査した
ものである。Ｎｉ金属は前述したようにプラント停止時
の放射能の主要溶出源である。なお、カバーガス中の水
素濃度を途中で変化させた場合のＮｉ溶出挙動を合わせ
て第５図に記載する。

第５図に記載する結果から明らかなように、カバーガス
中の水素濃度が低いほど（溶存水素濃度が低いほど）、
Ｎｉの溶解が促進される。一方、エアレーション時を模
擬するためにカバーガスを大気雰囲気とした場合には、
その溶出量は著しく低下する。これは第４図に記載した
ように金属Ｎｉが不動態化するためである。実機プラン
トではエアレーション時に空気より酸化力の強い過酸化
水素が水の放射線分解により発生する。そのためにＮｉ
の不動態化がエアレーション後直ちに起こると考えられ
る。これが第１図に示すスパイク現象以降の放射能、Ｎ
ｉイオン濃度の低下の一因になっていると考えられる。

本発明方法を実機に適用する場合には、１次冷却水中の
溶存水素濃度をプラント停止時より急速に低下させる必
要がある。その方法としては、例えばＰＷＨのＶＣタン
ク（ボリュームコントロールタンク）でのＮ２ガス連続
パージ、あるいはＤＨ（溶存水素：Ｎ２）＋ＤＯ（溶存
酸素：０２）　→ＨｚＯの反応を利用するために、溶存
酸素または過酸化水素を含む硼酸溶液の１次冷却水への
注入等の方法を採用することができる。しかし、過剰の
注入はＮｉの溶融を抑制するので、その注入には注意を
要する。一方、１次冷却水系統から完全に溶存水素を除
去すると、水の放射線分解による酸素、過酸化水素の発
生につながり、Ｎｉの溶解を抑制する。このため水の放
射線分解と平衡な溶存水素濃度に１次冷却水の溶存水素
濃度を維持することが必要になる。

従って、上述のような操作により１次冷却水中の溶存水
素濃度を水の放射線分解と平衡となる濃度まで低下させ
、次に、該濃度を維持するように調整された水素ガス分
圧をもつ水素含有混合ガス（例えばＮ２＋Ｈ，混合ガス
）をＶＣタンクに導入して溶存水素濃度を制御すれば、
クラッドの溶解を促進することができる。

［実　施　例］ ＰＷＲ蒸気発生器材料の１つであるインコネル６００を
プラント運転時の条件で前処理し、インコネル表面にク
ラッドを生成させる。その後、溶存水素濃度を因子とし
て、クラッドからのＮｉの溶解挙動を調べた。

得られた結果を第６図に記載する。なお、第６図におい
て、実線が本発明（溶存水素濃度１　ｅｅ／ｋｙ−Ｎ２
０以下）によるものであり、破線は高溶存水素濃度＜１
８ｃｃ／ｋｇ・Ｎ２０）によるものである。

第６図から明らかなように、溶存水素濃度が低い方がク
ラッドからのＮｉ溶出が促進される。前述したように、
放射性核種である”Ｃｏ、　”ＣｏはＮｉと類似の挙動
を取るため、Ｎｉ溶解が促進されることにより、”Ｃｏ
、”Ｃｏの溶解も促進される。

［発明の効果］ 本発明を実機プラントに適用した場合の放射能及びＮｉ
の溶解促進効果を第７図に示す、第７図において、大実
線が本発明によるものであり、細大線は従来操作による
ものである。

本発明方法によるクラッド溶解法は第７図に示すように
プラント停止時に１次冷却水系統内に薬品を添加するこ
となく、有効にクラッドを溶解することができ、プラン
ト停止時にクラッドの溶解除去量を増すことにより１次
冷却水系統の線量率を下げ、定検時の被ばく量の低減及
び系統内の放射能蓄積を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はＰＷＲのプラント停止操作時の放射能線源（”
Ｃｏ、”Ｃｏ）及び金属イオン（Ｎ　ｉ）の溶出挙動を
示す図であり、第２図はＮ　ｉ　Ｆ　ｅ２０４からのＮ
ｉの溶出挙動を示す図であり、第３図は水溶液中でのＮ
ｉの化学形態を説明する図であり、第４図は水溶液中で
の金属の溶解性を説明する図であり、第５図はＮｉ金属
粉末からのＮｉイオンの溶出挙動を説明する図であり、
第６図はインコネル材を用いた模擬試験の結果を示す図
であり、第７図は本発明による操作を実機プラントに適
用した場合に得られる結果を説明する図である。 特許出願人　三菱原子力ニ業株式会社 第１図 −Ｂき間 第２図 時間（時間） 第３図 漉４図 一一清（溶解遠度）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 加圧水型原子力プラントのプラント停止初期段階で該プ
   ラントの１次冷却水の溶存水素濃度を水の放射線分解と
   平衡な濃度まで急速に低下し、次に、該１次冷却水に平
   衡溶存水素濃度を維持する水素分圧を有する水素含有混
   合ガスをパージすることにより１次冷却水中のクラッド
   の溶解を促進することを特徴とする加圧水型原子力プラ
   ントの１次冷却水系統のクラッドの溶解法。