JPH05172985A - 原子炉水環境モニタリング系統 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【構成】プラント運転中に原子炉水と接する材料表面に
付着する放射性物質の量を精度良く測定する設備および
原子炉水の環境下で直接水質環境および腐食環境をモニ
タリングする設備放射性物質付着量モニタリング配管２
６，腐食環境モニタリング圧力容器３６によりプラント
の運転管理の信頼性向上を図る。 【効果】プラント運転中にプラント線量率の上昇挙動を
精度良く測定し、定検作業時の作業者が受ける放射線量
の低減に寄与し、高温センサによる原子炉水環境モニタ
リング設備を設けることにより、プラント材料の健全性
維持に貢献する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、原子力発電プラントの
原子炉水と接する材料への放射性核種の蓄積量を監視す
るシステムを提供し、プラントの定期点検作業員の受け
る放射線量の低減に寄与する系統に関する。

【０００２】又、原子炉水と接する材料の腐食環境を原
子炉水と同じ高温高圧環境下で各種モニタリングセンサ
を用いて監視するために有効なシステムを提供し、プラ
ント構成材料の信頼性に寄与する系統に関する。上記二
つの高温高圧設備を原子炉水環境モニタリング設備とし
て組み合わせた系統に関する。

【０００３】

【従来の技術】原子力発電プラントの運転に際して、定
期的に行なわれる各種配管・機器の点検時に設けられて
いる。この作業員が受ける放射線量の源は、原子炉内に
冷却水と一緒に蓄積される腐食生成物が原子炉内の燃料
あるいは炉内構造材表面に付着し、原子炉燃料の燃焼に
よって発生する中性子の照射を受け一部が放射化するこ
とによって発生する。

【０００４】さらに、燃料あるいは炉内構造材料に付着
した腐食生成物の一部は原子炉水中に再溶出して原子炉
水と一緒に循環する。従って原子炉水中には一定量の放
射性物質が含まれ、プラント運転期間中に原子炉水と接
する構成材料表面にわずかずつ蓄積することによって、
配管・機器表面の放射線量率が徐々に上昇する。

【０００５】この放射線量率の上昇を抑制すべく、沸騰
水原子力発電プラントでは、原子炉水中に存在する放射
性物質の濃度を低く維持するため、日立論評ｖｏｌ．７
０，Ｎo.４，４１７（１９８８）に報告されるように種
々の対応を行ってきている。その一つの対応は、放射化
された後、⁶⁰Ｃｏ(半減期約５.２年）となり、プラント
の放射線量の寄与が大きいＣｏの発生量を減らすため、
Ｃｏの含有量を低減したステンレス鋼やインコネル材料
を使用してきている。さらに、原子炉内に流入する腐食
生成物の量を低減するため復水浄化系をフィルタと脱塩
器の二重化し、浄化能力の強化を図っている。さらに
は、給水系に鉄を注入し、原子炉内の燃料表面でＣｏや
ＮｉをＮｉＦｅ₂Ｏ₄あるいはＣｏＦｅ₂Ｏ₄等の鉄と複合
酸化物を形成させることによって、燃料に付着した腐食
生成物からの放射性物質の再溶出を抑制する運用も採用
している。

【０００６】また、プラント建設後のプラント試運転段
階で、原子炉水と接する材料表面に保護皮膜形成処理を
行い、プラント運転期間中の放射性物質の蓄積速度を低
減する処理（プレフィルミング処理）が行なわれてきて
いる。

【０００７】これらの種々の対応の結果、原子炉水の放
射性物質の低減が達成でき、プラントの配管・機器へ付
着する放射性物質の量も低減化が図られてきている。

【０００８】一方、プラント線その低減が一定量達成さ
れつつあるが、常に、より一層の低減に対する努力が行
なわれてきている。さらに、将来的には原子力発電所の
定期点検を行う技術者がプラントの増加に対して確策し
ていくことが困難となる可能性もあることより、より一
層のプラント線量率の低減と、作業者が定期点検時に受
ける放射線量の計画性が要求されてきている。作業者が
定期点検（以下定検と称す）時に受ける放射線量の計画
性は、あらかじめ定検時における配管・機器内面に蓄積
する放射性物質の量を予測することが必要である。又、
定検時における放射性物質の蓄積量を精度良く予測する
ためには、プラント運転期間中に原子炉水と接する材料
表面に蓄積している量を精度良くモニタリングすること
が有効である。

【０００９】これまでに、沸騰水型原子力発電プラント
でもモニタリングしていた内容を図２を用いて以下に説
明する。

【００１０】図２は、沸騰水型原子力発電プラントのプ
ラント構成を示すものである。原子炉１内に装荷した原
子燃料の燃焼によって発生する蒸気は主蒸気配管２を通
って高圧タービン３および低圧タービン４に導かれ仕事
を行う。仕事が終った蒸気は復水器５で再凝縮され、復
水配管６を通り復水ポンプ７，復水ろ過装置８，復水脱
塩器９および復水昇圧ポンプ１０を経由して給水系に導
かれる。冷却水は、給水系では給水配管１１および給水
ポンプ１２を通り、給水加熱器１３で昇温した後、再び
原子炉１に戻る。一方、原子炉水は再循環ポン１４およ
び再循環系配管１５で構成される２系列の再循環系を循
環する。また、原子炉水の一部は原子炉浄化系ポンプ１
６および原子炉浄化系配管１７を通って原子炉浄化設備
１８に導かれ浄化された後、給水系配管１１に合流して
原子炉１に戻る。その間、原子炉浄化設備１８に、イオ
ン交換樹脂を使用していることにより、原子炉水を６０
℃以下に冷却する必要性から、原子炉浄化系熱交換器１
９で冷却している。又、原子炉水の水質監視は、再循環
系配管１５および原子炉浄化系配管１７から分岐して系
統水をサンプリングできるサンプリング配管系２０およ
び２１を設けている。これらのサンプリング系は、原子
炉の高温高圧（２８０℃，７０kg／cm² ）の状態では測
定できない導電率計およびｐＨ計等を用いているため、
サンプリング水冷却器２２を設けて、冷却した後に水質
測計を行っている。

【００１１】ここで原子炉水と接し、かつ高温高圧の環
境下にある配管および機器内面に付着している放射性物
質の量あるいは線量率等の測定が困難な状況にある。

【００１２】そこで、これでは、格納容器外でかつ、高
温高圧の原子炉水と接しかつ、内面に付着した放射性物
質の量を測定可能な場所を選定して測定してきた。具体
的には、図２に示す原子炉再循環配管１５から分岐する
原子炉浄化系の配管１７の中で原子炉浄化系ポンプ１６
と原子炉浄化系熱交換器１９の間で測定を行ってきた。
放射性物質の測定は、配管内面に付着している放射性物
質が壊変する際に放出するγ線のエネルギを、半導体検
出器で検出し、核種および付着量を判断する方法を取っ
てきた。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】最新の沸騰水型原子力
発電プラントでは、運転期間中に測定していた原子炉浄
化系の系統構成が以下に示すように変更となった。

【００１４】原子炉浄化系ポンプ１６は、原子炉水と同
じ高温高圧水環境下にあるため、放射性物質の付着量が
なく、定検時におけるポンプの分解点検時の作業者が受
ける放射線量が比較的多かった。そのため最近のプラン
トでは、ポンプ点検作業の作業者が受ける放射線量を低
減するためポンプの位置を図２の下流側に移してきてい
る。これに伴い、ポンプ点検作業者が受ける放射線量は
従来の１／５以下に低減されている。この原子炉浄化系
ポンプ１６の位置変更に伴い、再循環系配管の分岐部か
ら原子炉浄化系熱交換器１９までの配管長が短くなっ
た。その結果として、プラントの運転中のみ原子炉水位
に存在する短半減期核種¹⁶Ｎ（半減期：７.１４秒、γ
線：６.１３Ｍｅｖ）のγ線の強度が相対的に大きくな
り、配管内面には付着している放射性物質からのγ線を
識別することが困難な状況になってきている。さらに、
原子炉浄化系配管が格納器２３の外に出て直接原子炉浄
化系熱交換器に接続するプラントでは、¹⁶Ｎのγ線の寄
与が従来の十倍にも達し、配管内面に付着している放射
性物質のγ線を識別することができない状況にある。こ
のような状況は、定検時のプラント線量率の予測精度の
低下を招き、点検作業時の作業者が受ける放射線量の低
減に対する計画性が低くなり、改善が望まれている。

【００１５】さらに、沸騰水型原子力発電プラントの原
子炉浄化系配管は、炭素鋼配管であり、格納容器内の雰
囲気放射線量率に最も大きな影響を及ぼす再循環配管等
のステンレス鋼材料と異なる。放射性物質は、材料表面
に形成される酸化皮膜内に取込まれる性質をもち、材料
によって同じ原子炉水環境下で形成される皮膜量が異な
るため（腐食速度が異なる）放射性物質の付着量は材料
によって異なる。従って、原子炉浄化系，炭素鋼配管内
面の放射性物質付着量を測定し、ステンレス鋼材料表面
への放射性物質付着量を、経験値より推定していた。

【００１６】この点でも、材料ごとに放射性物質の付着
量をモニタリングすることにより、定検時におけるプラ
ント線量計の予測精度向上が望まれている。

【００１７】一方では、近年原子炉水の水質環境モニタ
リングセンサとして高温高圧環境の状態で直接測定する
必要性が指適され、種々の高温センサが開発されてきて
いる。

【００１８】具体的には、導電率センサ（Y.Asakura an
d S.Uchida,J.Nucl,Sci.Technol,24,632(1987)、ｐＨセ
ンサ(D.D.Machonald,et al J.Solution Chomistry 17,7
19(1988)、溶存酸素センサ（N.Nakayamma,et al j.Nuc
l,Sci.Technol,21,476,(1984)）等が開発されつつあ
る。さらには、原子炉内構造材料の応力腐食割れ等の腐
食環境をモニタリングする設備として、腐電位センサ
（A.Molander,1911JAIF International Conterence on
Water Chomistry in Nuclear Powor Plants，361(199
1))および腐食速度センサ（杉本，細谷，防食技術，34,
63(1985))等が開発されてきている。

【００１９】これらの高温センサを実プラントにおいて
適用する系統を設け原子炉水の水質監視および腐食環境
のモニタリングが可能となり、信頼性の向上をはかるこ
とが望まれている。

【００２０】

【課題を解決するための手段】沸騰水型原子力発電プラ
ントの運転中におけるプラント配管機器内面に付着する
放射性物質の量をモニタリングするためには、新たに高
温高圧の原子炉水を等き、その原子炉水中に各種材料テ
ストピースを浸漬して、材料表面に付着する放射性物質
の量をプラント運転期間中に測定可能な設備を設けるこ
とが有効である。また、高温高圧の原子炉水を導くた
め、万一の冷却水漏洩等のトラブルが生じないようあら
かじめ考慮した設備である必要がある。具体的には、放
射性物質の付着量を測定するテストピースは原子炉系と
同じ品質管理を行っている配管材料が望ましく、配管内
に原子炉水を直接流し、配管内面へ付着する放射性物質
の量をモニタリングすることが有効である。さらに配管
内面に付着する放射性物質の量は、半導体検出器によ
り、配管の外側から配管壁を通過してくるγ線を各エネ
ルギ別に測定することにより定量化することが、測定者
の受ける放射線量低減の点からも有効である。

【００２１】さらに、プラント運転中のみ存在し、配管
内面付着の放射性物質からのγ線測定に支障をきたす¹⁶
Ｎ核種の影響除去は、測定時のみモニタリング系への原
子炉水の通水を中止できる系統構成とすることにより、
測定精度の向上が図られる。さらに、新たに高温高圧下
のモニタリング系を設けるに際して、同一の系統内に、
高温高圧下で直接原子炉水の水質環境あるいは、腐食環
境が測定できる各種高温センサを加えることによって、
設備の効率的活用および前記によって得られるデータの
活用によりプラント管理の信頼性を大きく向上させるこ
とができる。

【００２２】

【作用】本発明を原子力発電プラントに採用することに
より、以下のプラント管理目的が容易に達成することが
可能となる。

【００２３】放射性物質蓄積量のモニタリング設備を設
けることによって、プラント運転中も、原子炉水と接す
る材料表面に付着する放射性物質の経時的変化が容易に
モニタリングすることが可能となる。その結果、定検時
に達するであろう格納容器内の雰囲気放射線量率および
各種作業者が受ける放射線量率の予測精度の向上をはか
ることができる。特に、放射性物質付着量のモニタリン
グの結果、付着量が多く、作業者の受ける放射線量の増
加が想定される場合には、あらかじめ遮蔽材の増加ある
いは遠隔自動点検設備の準備等を行うことにより、点検
工程の遅延あるいは、作業者の受ける放射線量率の異常
な増加等の障害を未然に防ぐことが可能となる。

【００２４】さらに、高温センサを用いた水質環境モニ
タリング設備を上記設備に付加することにより、現状よ
り明確に原子炉水の環境が把握できる。その結果、放射
性物質付着量の変動、あるいは原子炉水と接する材料の
腐食環境の変動等が早期に発見でき水質改善操作が早期
に実施でき、プラントの健全性維持に寄与できる。

【００２５】

【実施例】原子炉水と接する材料表面に付着する放射性
物質の量をモニタリングする設備の実施例は図１によっ
て説明する。

【００２６】原子炉水を高温高圧のままモニタリング系
に導くためには、原子炉再循環系の配管により分岐させ
るか、あるいは、原子炉上か系熱交換器１９の上流側で
分岐させることが可能である。実際上は原子炉上か系の
異常等により系統が隔離され、原子炉水がサンプリング
できないまま万一の場合を想定し、図１に示したように
両系統から配管２５および配管２５および配管２６を設
けることが望ましい。モニタリング系に導いた原子炉水
は、炭素鋼，ステンレス鋼あるいはインコネル等の原子
炉構成材と同じ品質の配管２６を溶接等により連結させ
たモニタリング部に導く。モニタリング部の配管２６
は、原子炉水の通開の間に原子炉水と接する格納容器内
の材料と同じ環境にあるため、放射能の付着量もほぼ同
一になる。モニタリング部への放射性物の蓄積により、
モニタリング配管表面線量率も上昇することより、あら
かじめ遮蔽体３０により隔離しておくことが望ましい。
さらに、配管２５の内面に付着する放射性物質の測定
は、モニタリング設備入口弁２６および２８を閉とし先
の寄与を無くした状態で測定する。さらに半導体検出器
２９によるγ線のエネルギ測定は遮蔽体３０に設けた穴
３１より行う。また、各種材料の部位を区別して測定す
るため、半導体検出器には上下移動あるいは水平移動が
可能なキスク３２を付加することが有効である。また、
モニタリング配管２６を通過した原子炉水は、冷却器３
３で冷却した後、原子炉浄化系ポンプ入口側に戻し廃液
発生量の低減をはかることが有効である。

【００２７】図３に配管線量率モニタリング設備と、水
質高温モニタリング設備とを組合わせた原子炉水モニタ
リング系統構成の例を示す。

【００２８】原子炉水を配管２４および配管２５より導
き、さらに配管３４で各種高温センタ部３５および材料
腐食環境モニタリングを行う圧力容器３６に導く。この
計測機器を通過した原子炉水は、配管線量モニタリング
設備と同様、冷却器３３を介して原子炉浄化系ポンプ１
６の入口側に戻す。高温高圧下における水質センサは、
前述した高温導電率計，高温ｐＨ計，高温溶存酸素計，
高温溶存水素計等を設ける。

【００２９】又、材料の腐食環境モニタリングは、圧力
容器内に材料テストピースを浸漬し、その腐食電位を測
定する腐食電位計３９あるいは腐食抵抗を測定すること
によって酸化皮膜の健全性をモニタリングする腐食計お
よび浸漬したテストピースに応用付加装置３８により加
重を加え応力腐食割れの加速試験ができる設備を付加す
ることによって、原子炉水環境下における腐食環境モニ
タリングが可能となる。これらのモニタリング設備を付
加することにより、原子炉水の微妙な変化が一早く検出
でき、水質管理の信頼性向上とともにプラントの健全性
維持が容易となる。

【００３０】図４には、図３に示した実施例で高温セン
サ部の追加が設置スペース上の問題になり困難な場合の
省スペースモニタリング設備の実施例を示す。各種水質
高温センサを配管線量率モニタリング配管３５に組み込
むことによって、水質センサ設置スペースの省略ができ
る。特に腐食モニタリング用の腐食電位計および腐食速
度計の測定対象となる材料テストピースをモニタリング
配管で代用することができ、設備コスト上をも大きなメ
リットをもつ。

【００３１】

【発明の効果】本発明の採用によって、プラント運転中
に原子炉水と接する材料表面に付着する放射性物質の量
を精度良く監視可能となる。これにより、万一、プラン
ト線量率上昇速度に変動が生した場合の原因究明および
改善操作の早期検討および実施が可能となる。さらに、
プラント放射量率が上昇した場合には、定検作業に対す
る遮蔽強化策等の事前準備が容易となり、定検作業に伴
う作業者が受ける放射線量の計画性が向上する。

【００３２】さらに、高温センサを用いた原子炉水の監
視および腐食環境モニタリング設備を付加することによ
り、原子炉水環境を現状の室温環境下における測定に対
して大幅な信頼性向上が達成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】原子炉水環境下で原子炉水と接する材料表面に
付着する放射性物質の量を精度良くモニタリングする設
備例を系統図。

【図２】沸騰水型原子力発電所の構成と原子炉浄化系の
システム構成変化を示す系統図。

【図３】原子炉水環境下で放射性物質の付着量をモニタ
リングする設備と高温センサを用いて原子炉水の水質環
境等を監視する設備例を示す系統図。

【図４】原子炉水環境下で放射性物質の付着量をモニタ
リングする設備と高温センサを組み込み省スペース化を
はかる実施例を示す系統図。

【符号の説明】

１６…原子炉浄化系ポンプ、２６…放射性物質付着量モ
ニタリング配管、２９…半導体検出器、３０…遮蔽体、
３５…高温センサ、３６…腐食環境モニタリング圧力容
器、３７…腐食電位計。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ２１Ｃ 17/003 7808−2Ｇ Ｇ２１Ｃ 17/00 ＧＤＢ Ｅ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】原子力発電プラントの原子炉水を高温高圧
   の状態で導き、原子炉水と接する配管・機器表面に原子
   炉水中の放射性元素が付着する量を監視する設備を設け
   たことを特徴とする原子炉水環境モニタリング系統。
2. 【請求項２】原子力発電プラントの原子炉水を高温高圧
   の状態で導き、原子炉水の電気伝導性，ｐＨ，溶存酸素
   濃度，溶在水素濃度，腐食電位のうちいずれか一つ以上
   を高温高圧状態で測定する設備を設けたことを特徴とす
   る原子炉水環境モニタリング系統。
3. 【請求項３】原子力発電プラントの原子炉水を高温高圧
   の状態で導き、原子炉水環境下に存在する配管・機器の
   腐食影響を、実原子炉水環境下に浸漬した材料で測定す
   る設備を設けたことを特徴とする原子炉水環境モニタリ
   ング系統。
4. 【請求項４】請求項１において、放射性元素が材料表面
   に付着する量をモニタリングする設備は、原子炉を構成
   する材料で作成した配管内に原子炉水を流し、前記配管
   内面に付着した放射性核種の量を、放射性核種から放出
   されるγ線を半導体検出器で測定する方法で行う原子炉
   水環境モニタリング系統。
5. 【請求項５】請求項３において、原子炉内材の腐食環境
   を測定する方法は、原子炉水環境下で材料試験に応力を
   加えて応力腐食割れを測定する方法、原子炉水環境下に
   浸漬した材料試験片の腐食抵抗を電気化学的に測定する
   方法あるいは材料表面の腐食電位を測定する方法のいず
   れか一つ以上の方法を採用する原子炉水環境モニタリン
   グ系統。