JPH0784090A - 原子炉一次冷却材中への金属イオンの注入方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】放射化によって二次的な放射能を発生させるこ
とがない金属イオンを生成させる。 【構成】イオン注入するために使用する元素の同位体比
を調整し、放射化しない同位体から発生する金属イオン
をプラントへ注入する。すなわち、イオン注入によって
放射性イオンの付着抑制が確認されているＭｇ，Ｃｒ，
Ｖ，Ｔｉ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｃｄの各金属イオンに対
して同位体分離技術を利用し、原子炉内に持ち込まれて
も放射化によって二次的な放射能を発生させない同位体
のみを抽出し、これをプラントへ注入する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は原子力プラントにおける
原子炉一次冷却材中への金属イオンの注入方法およびそ
の装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）においては、
給水系から持ち込まれた粒子状の金属酸化物（一般にク
ラッドと呼ばれる）やイオン性不純物が沸騰濃縮現象に
よって、燃料被覆管の表面に固定される。また、加圧水
型原子炉（ＰＷＲ）においては燃料表面で沸騰現象が存
在しないため、クラッドの付着量はＢＷＲと比較して少
ないものの付着現象が観察される。

【０００３】燃料表面で、それらは中性子の照射を受け
放射化されて放射性腐食生成物となる。生成された放射
能は全量燃料表面にそのまま固定されるのでなく、一部
は粒子状で剥離したり、またイオン状で溶出したりし
て、一次冷却材中の放射能濃度を高めることとなる。

【０００４】また、放射能の発生プロセスとしては、炉
内構造材から剥離ないしは溶出して同様に燃料表面に固
定され放射化する過程や、炉心構造材がその部位で直接
放射化され、放射能として溶出する過程なども考えられ
ている。

【０００５】各種のプロセスを経て発生した放射能は、
一次冷却材を媒体としてプラントの一次系全領域に達
し、各系統を汚染させることとなる。また、一次冷却材
の接液部はほぼ金属材料であり、汚染と言うことは局所
的にみれば、この金属材料に放射能が取り込まれる現象
にほかならない。

【０００６】粒子状の放射能の取り込みは、金属材料表
面における物理的な吸着や重力沈降による付着が主なプ
ロセスであり、一方、イオン状の放射能は、金属材料が
腐食する際、表面に生成される腐食皮膜中に酸化物とし
て共析したり、同位体交換反応によって取り込まれたり
する。例えば、⁶⁰Ｃｏ²⁺は鉄鋼材料の腐食にともない以
下の２式で皮膜中に取り込まれると考えられている。

【０００７】

【数１】 このようにして一次冷却材と接した金属材料は、放射能
を取り込み、その量は腐食皮膜の成長によって経年的に
増加する量と、放射能壊変によって取り込まれた放射能
量が減少する速度とバランスするまで増加の一途をたど
ることになる。配管表面や機器表面に放射能が蓄積され
ると、空間線量率が高まり、付近で作業を行う作業員の
被ばく線量が増加し、ひいては、プラントの定期検査期
間における総被ばく線量（トータルマンレム）を押し上
げる。

【０００８】その結果、作業員数の増加による定期検査
の費用の増加や定期検査の期間延長を招くことになり、
そこで例えば特公平3-14155 号公報（以下、公報と記
す）記載の放射性イオン付着抑制方法や、放射能の蓄積
を抑制する方法および、一旦、蓄積した放射能を除去す
る方法（除染）などが精力的に提案されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従来技術の公報には、
「放射性イオンを含む冷却材と接触する構造材に放射性
イオンが付着することを抑制する方法において、原子力
プラントの運転中に、前記冷却材中の金属イオンの量を
測定し、この測定値に基づいて前記冷却材中の金属イオ
ン量が所定値となるようにＭｇ，Ｃｒ，Ｖ，Ｔｉ，Ｃ
ｕ，Ｎｉ，ＺｎおよびＣｄからなる群から選ばれた少な
くとも１種の物質の金属イオンを前記冷却材中に注入す
ることを特徴とする放射能イオン付着抑制方法」が開示
されている。そこで本発明者らは、この公報の記載内容
に沿って同様な試験を行い、その有効性の確認とそのメ
カニズムの解明を図った。その結果、本公報はイオン状
の放射能が構造材の接液部の腐食に伴ない、それらの腐
食皮膜中に取り込まれる過程で、これら放射性イオンの
取り込み速度が、共存する金属イオン種との競争反応に
よって支配されており、この原理を利用していることを
明らかにした。

【００１０】つまり、腐食皮膜中へのイオンの取り込み
は、程度の大小はあるにしろ溶液中での放射性イオンと
その他の共存イオン種の濃度比によって支配され、共存
イオン種の濃度が高いと結果的に腐食皮膜中への放射性
イオンの取り込み量が抑制されることがわかった。

【００１１】また、前記公報には、「Ｍｇ，Ｃｒ，Ｖ，
Ｔｉ，Ｃｕ，Ｎｉ，ＺｎおよびＣｄの金属イオン注入に
よって、イオン性の放射能の取り込み抑制が期待できる
ものの、付随的に核反応が生じ、注入した各金属の放射
化によって²⁷Ｍｇ，⁵¹Ｃｒ，⁵⁵Ｃｒ，⁵²Ｖ，⁵¹Ｔｉ，⁶⁴
Ｃｕ，⁶⁶Ｃｕ，⁶⁵Ｎｉ，⁵⁸Ｃｏ，⁶⁹Ｚｎ， ¹⁰⁷Ｃｄ，
¹¹¹Ｃｄ等の二次的な放射能を生成する。

【００１２】これらの半減期は⁶⁰Ｃｏに比べて短く、ま
た、これらが配管に付着しても短時間の内に放射能を低
下するので、運転停止後に所定時間待機して放射能量が
低減するのを待てば支障がない。」と結論している。

【００１３】しかしながら、本発明者らは、アイソトー
プ便覧等で詳細に検証したところ、同位体比を調整すれ
ば、全く二次的な放射能を発生させない場合も有り得る
ことを見出した。

【００１４】放射能の移行挙動を総括的に検討すること
により、放射性腐食生成物の一次系配管表面や機器表面
への付着にともなう空間線量率の上昇を抑制するために
は、（１）放射性腐食生成物を発生させない、（２）放
射能を発生部位にとどめ炉水中へ移行させない、（３）
炉水中に移行した放射能を除去し濃度を高めない、
（４）放射能を配管表面や機器に付着させない、（５）
付着した放射能を除去する、などの対策が考えられるこ
とがわかった。

【００１５】本発明は、このうち（４）項の放射能を配
管表面や機器に付着させない技術に関するもので、この
技術により空間線量率の上昇抑制をはかり、作業員の被
ばく低減に寄与した原子炉一次冷却材中への金属イオン
の注入方法およびその装置を提供しようとするものであ
る。

【００１６】また、本発明は従来の技術における２次的
な放射能を発生させる欠点や注入方法に欠点がある課題
を解決するために、イオン状の放射能が構造材の接液部
の腐食に伴ない、それらの腐食皮膜中に取り込まれる過
程で、これら放射性イオンの取り込み速度が、共存する
金属イオン種との競争反応によって支配されていること
を利用し、積極的に金属イオン種を添加する技術におい
て、注入する金属イオン種の同位体比を調整し、それら
が原子炉内に持ち込まれても、放射比によって二次的な
放射能を発生させずに、最も高い注入効果が得られるよ
うにした原子炉一次冷却中への金属イオンの注入方法お
よび装置を提供することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明は放射性イオンが
構造材の接液部の腐食に伴い、それらの腐食皮膜中に取
り込まれる過程で、その取り込まれる放射能量を低減さ
せるために、原子力発電プラントにおける原子炉一次冷
却材中に金属イオンを注入する原子炉一次冷却材中への
金属イオンの注入方法において、前記注入するために用
いる元素の同位体比を調整し、それらが原子炉内に持ち
込まれても、放射化によって二次的な放射能を発生させ
ることのない金属イオンを注入することを特徴とする。

【００１８】また、本発明は原子炉内で発生した蒸気を
タービンへ導く主蒸気系と、タービンで仕事をした蒸気
を復水とし、この復水を原子炉に導く原子炉復水系およ
び原子炉給水系と、一次冷却材中の不純物を浄化する原
子炉浄化系とを少なくとも有してなる原子力プラント
に、注入するために用いる元素の同位体比を調整し、そ
れらが原子炉内に持ち込まれても、放射化によって二次
的な放射能を発生させることのない金属イオンを注入さ
せることのできる金属イオン装置を付帯させたことを特
徴とする。

【００１９】

【作用】例えば燃料被覆管表面に付着した腐食生成物が
中性子の照射により放射性腐食生成物に変換され、その
後、溶解や剥離によって原子炉水中に再放出され、構造
材の接液部の腐食に伴なってそれらの腐食皮膜中に取り
込まれる過程で、これら放射性イオンの取り込み速度が
共存する金属イオン種との競争反応によって支配されて
いることを利用し、積極的に金属イオン種を注入する。

【００２０】本発明によれば、注入する金属イオン種の
同位体比を調整し、原子炉内に持ち込まれても二次的な
放射能が発生せず、最も効果的にイオン注入が行われ
る。

【００２１】同位体比を調整すれば、全く二次的な放射
能を発生させることがない例として、Ｍｇについて説明
する。Ｍｇは自然界には²⁴Ｍｇ，²⁵Ｍｇ，²⁶Ｍｇの３種
類が存在比で各々 78.99， 10.00， 11.01％で存在す
る。²⁶Ｍｇは²⁶Ｍｇ（ｎ・γ）²⁷Ｍｇの反応式により中
性子を吸収して²⁷Ｍｇを発生する。

【００２２】この際、同位体比を調整し、²⁶Ｍｇを除外
して²⁴Ｍｇと²⁵Ｍｇの一方、または２成分からなるＭｇ
を用いれば、これらを注入することによって発生する二
次的な放射能が全くなしにイオン性放射能の付着抑制を
図ることができる。

【００２３】このように本発明で、同位体比を調整する
ことは上記の操作を意味している。上記の同位体比を調
整すれば、Ｍｇばかりでなく、Ｃｒ，Ｖ，Ｔｉ，Ｎｉ，
ＺｎおよびＣｄの金属イオンについて適用が可能であ
る。次に上記金属イオンについて同位体比の調整方法を
記述する。

【００２４】Ｃｒ：⁵⁰Ｃｒ（4.35％）を除外し、⁵²Ｃ
ｒ，⁵³Ｃｒ，⁵⁴Ｃｒの１種もしくは、それらからなる多
成分体に同位体比を調整する。

【００２５】Ｖ：⁵¹Ｖ（ 99.75％）を除外し、⁵⁰Ｖのみ
になるように同位体比を調整する。 Ｔｉ：⁵⁰Ｔｉ（ 5.2％）を除外し、⁴⁶Ｔｉ，⁴⁷Ｔｉ，⁴⁸
Ｔｉ，⁴⁹Ｔｉの１種もしくは、それらからなる多成分体
に同位体比を調整する。

【００２６】Ｎｉ：⁵⁸Ｎｉ（68.3％），⁶²Ｎｉ（3.59
％），⁶⁴Ｎｉ（0.91％）を除外し、⁶⁰Ｎｉ，⁶¹Ｎｉの１
種もしくは２成分に同位体比を調整する。

【００２７】Ｚｎ：⁶⁴Ｚｎ（48.6％），⁶⁸Ｚｎ（18.8
％），⁷⁰Ｚｎ（ 0.6％）を除外し、⁶⁶Ｚｎ，⁶⁷Ｚｎの１
種もしくは、２成分に同位体比を調整する。

【００２８】Ｃｄ： ¹¹⁴Ｃｄ（28.7％）を除外し、 ¹⁰⁶
Ｃｄ， ¹⁰⁸Ｃｄ， ¹¹⁰Ｃｄ， ¹¹¹Ｃｄ， ¹¹²Ｃｄ， ¹¹³
Ｃｄ， ¹¹⁶Ｃｄの１種もしくは、それらからなる多成分
体に同位体比を調整する。

【００２９】上述のように、金属イオンの添加によって
イオン性放射能の取り込みが抑制される金属種では、同
位体比の調整によって注入にともなう二次的な放射能の
発生をなくし、金属イオンの注入をより一層効果的に行
うことができる。また、上記金属種のみならず、同様な
効果が期待できる金属種に対して、同位体比の調整を行
うことももちろん可能である。

【００３０】なお、Ｃｕについては適用不能である。そ
の他イオン性放射能の取り込み抑制効果がある金属とし
てモリブデンおよびタングステンが適用できる。すなわ
ち、モリブデンおよびタングステンは金属イオンもしく
は金属酸イオンの形態でＢＷＲ一次冷却材中で存在する
が、本発明に適用できる。

【００３１】Ｍｏ：⁹⁸Ｍｏ（24.1％）を除外し、⁹²Ｍ
ｏ，⁹⁴Ｍｏ，⁹⁵Ｍｏ．⁹⁶Ｍｏ，⁹⁷Ｍｏ， ¹⁰⁰Ｍｏの１種
もしくは、それらからなる多成分体に同位対比を調整す
る。

【００３２】Ｗ： ¹⁸⁴Ｗ（30.3％）と ¹⁸⁶Ｗ（28.6％）
を除外し、 ¹⁸⁰Ｗ， ¹⁸²Ｗ，¹⁸³ Ｗの１種もしくは、そ
れらからなる多成分体に同位体比を調整する。

【００３３】なお、Ｔａは調整不能（二次的な放射能の
生成抑制不能）であり、また、Ｎｂは調整不要（二次的
な放射能の発生なし）である。

【００３４】

【実施例】図１および図２を参照しながら原子炉一次冷
却材中への金属イオンの注入方法およびその装置の第１
の実施例を説明する。図１は第１の実施例の方法および
装置を統一して説明しており、目的とする同位体比を調
整した金属イオンを発生させる金属イオンの注入装置を
示している。

【００３５】図１中符号１は電解液を電解質にする炭酸
ガス飽和槽で第１の連通管２を介して電解槽３に接続さ
れ、電解槽３には第２の連通管４を介して炭酸ガス除去
タンク５が接続されている。炭酸ガス飽和槽１内には吐
出ノズル８を有するバブリングライン７が挿入されてお
り、バブリングライン７は炭酸ガスボンベ９に接続して
いる。

【００３６】また、炭酸ガス飽和槽１は上端から排気管
10を介してシールポット11が接続し、下部側面に給水管
12を介して流調弁13が接続し、流調弁13には炭酸ガス飽
和槽１に純水を供給する純水供給ライン15が接続してい
る。電解槽３内には陽極16と陰極17が設けられ、この陽
極16と陰極17はそれぞれリード線18を介して直流電源19
に接続している。

【００３７】炭酸ガス除去タンク５内には噴出ノズル20
を有する脱気ガスバブリングライン21が設けられ、この
ライン21は脱気ガスボンベ23に接続している。炭酸ガス
除去タンク５の上端には排気管22と吐出管24が接続し、
排気管22はポンプ27を介し排気ライン26に接続し、吐出
管24はシールポット25に接続している。

【００３８】ところで、純水供給ライン15から流調弁13
を調節して一定量の純水を連続的に炭酸ガス飽和槽１に
供給する。炭酸ガス飽和槽１へは炭酸ガスボンベ９から
炭酸ガスがバブリングライン７を介して供給されてい
る。その結果、金属イオン飽和槽１の溶液中に炭酸ガス
が溶解し、以下の解離反応を起こして、電解質となり電
極反応を容易にする。

【００３９】

【数２】 なお、過剰な炭酸ガスは排気管10を通してシールポット
11から系外に放出される。

【００４０】次に、炭酸ガスが溶解し、炭酸イオンが解
離状態にある溶液が電解槽３に送られ電極反応が行われ
る。陽極16および陰極17には同位体比を調整した金属板
を用いる。図では、陽極16および陰極17は２枚の電極か
ら構成されているが、複数枚の電極をセットし、発生量
を増加させたり、異なる金属種からなる電極をセット
し、異なるイオン種をブレンド状態で発生させることも
できる。

【００４１】直流電源19は電極16，17板にリード線18を
通して直流電圧を印加させる。直流電圧の極性は、一定
時間ごとに切り替え、電極16，17板の減肉を均等化させ
ると、材料の有効利用が図れる。

【００４２】金属イオンが溶解した電解液は、次に、溶
解している炭酸イオンを除去させるために、炭酸ガス除
去タンク５に送られる。炭酸ガス除去タング５では、脱
気用ガスが脱気ガスボンベ23からバブリングライン21を
介して送られる。すると、溶解している炭酸イオンが解
離反応の逆反応によってガス状態で回収される。回収さ
れる炭酸ガスと過剰な脱気ガスは吐出管24を流れシール
ポット25によって系外に除去される。

【００４３】ところで、前述した公報には、金属イオン
の注入方法について、タンク中に金属イオンを充填させ
ておき、必要に応じてポンプで、Ｃｒの注入について述
べられている。そこでは、Ｃｒイオンをタンク内に充填
すると記述されている。

【００４４】しかしながら、金属クロムをイオン状態
で、かつ、プラント規模の注入に対応すべく高濃度に充
填するためには、Ｃｒが溶解する溶液のｐＨを極端に酸
性にしない限り不可能である。この方法を採用した場合
には、酸性溶液がイオン種の注入に付随してプラント内
に導入される問題点が明らかである。

【００４５】どの様な酸性溶液を用いるかによって、不
必要に導入されるイオン種が異なるが、Ｃｌ^- ，ＳＯ₄
^2-，ＮＯ₃ ^- などが一般的である。これらのアニオン種
は、構造材の健全性を脅かし、ＳＣＣ（応力腐食割れ）
の加速因子であることが知られている。いずれにしろ、
対象とする金属イオン以外の注入は防止すべきであるこ
とは言うまでもない。

【００４６】本発明では、注入する金属イオン種を製造
しながら注入するため、タンク内の濃度も低く、かつ電
解液中の炭酸イオンは脱気によって除去されるため不必
要なイオン種の導入が抑制され、目的の金属イオンのみ
が注入される。

【００４７】また、同様にＭｇ，Ｖ，Ｔｉ，Ｎｉ，Ｚ
ｎ，Ｃｄについても、タンク内に貯留させる方法ではア
ニオン種の付随的な注入が懸念される。

【００４８】炭酸ガスの脱気によって、溶解していた金
属イオンは、一部は、微粒子の水酸化物として溶液中に
析出する。ただし、これらの微粒子が高温水中に持ち込
まれると、再びイオン状態となる。これは、これらの金
属の溶解度が、目的とする濃度（例えば、10ppb ）と比
較して十分に高いからであり、その結果、付随的に不要
なイオン種を原子炉内に持ち込むことなく、初期の目的
を達成することが可能となる。目的とした金属イオン種
を含む溶液は、ポンプ27を用い、目的とするポイントに
注入される。

【００４９】上記の図１に示した金属イオンの注入装置
では、対象とする同位体比を調整した金属イオン種を、
その元素単独からなる金属板、もしくはこれを一部含む
金属板を複数枚用い直流電圧を加えて発生させ、これを
注入に用いることによって、金属イオン種濃度を電流値
の調整により任意にかつ、微妙な値にも正確に制御可能
となり、不必要な金属イオン種の流入も防止できる。

【００５０】さらに、電極板の入れ替えによって、注入
イオン種を変更したり、電極板に複数種の金属板を用い
ることにより、注入イオン種のブレンドも容易に可能で
ある。もちろん電極板の数を増すことによって、実験室
規模から実プラント規模の注入も可能である。

【００５１】図２は図１に示した金属イオンの注入装置
を沸騰水型原子力発電プラントに適用した実施例を示し
ている。図２において、原子炉圧力容器29内に炉心30が
設置されており、核反応によって蒸気を発生する。発生
した蒸気は、主蒸気ライン31を通して、タービン32に送
られて仕事をする。仕事をした蒸気は、復水器33によっ
て水に戻る。この水をポンプ34で復水浄化系35に送り、
不純物を除去する。その後給水加熱器36で予熱され原子
炉へ戻る。

【００５２】一方、原子炉の水は、再循環ライン37およ
び再循環ポンプ38によって強制循環されている。再循環
ライン37の一部から原子炉浄化系ポンプ39で原子炉水が
取り出され、原子炉浄化系に送られる。

【００５３】ここで、原子炉水は再生熱交換器40、非再
生熱交換器41を通って降温され、浄化系42で浄化され
る。浄化系で不純物が除去された原子炉水は再び再生熱
交換器40で予熱された後、給水ライン28から原子炉圧力
容器29内へ戻る。

【００５４】上記のようなフローを持つ、沸騰水型原子
力発電プラントにおいて、原子炉再循環ライン37に金属
イオンモニター装置45が取り付けられている。金属イオ
ンモニター装置45には、インラインのイオンクロマトグ
ラフィ装置などが最適であろう。

【００５５】この装置によれば、一定時間おきに原子炉
水中の金属イオン濃度を測定することができる。金属イ
オンモニター装置45の出力に応じてバルブ43の開閉や、
金属イオン注入装置44の金属イオン発生量を制御するこ
とができる。これらのシステムによって、原子炉水中の
金属イオン濃度を所定の値に維持できる。

【００５６】本実施例では、金属イオンの注入装置44を
炉水浄化系42出口に設置したが、もちろんこの位置に限
定するものではなく、炉水温度と同程度の高温水が流れ
ている部位（例えば再循環ライン、給水ライン等）にも
設置が可能である。

【００５７】図３は本発明の第２の実施例を説明するた
めのもので、目的とする同位体比を調整した金属イオン
を発生させるために、対象とする元素を金属状態とし、
高温系に設置して高温水を通水させ、腐食放出反応によ
って所定濃度を得る金属イオンの注入装置を模式的に示
している。本図では、円筒状のカラムに微小金属粒子を
充填し、供試する方法について述べる。

【００５８】図３中、47，48，49はバルブを示し、高温
水はバルブ47上流側から導入され、金属粒子51が充填さ
れているカラム46を通過する。その結果、金属表面で腐
食放出反応が生じ、金属イオンが高温水中へ放出され
る。

【００５９】なお、金属粒子51は 0.1〜１mmに分布を持
つべく分粒し、比表面積を増加させるとともに、カラム
46内での充填密度を向上させている。金属粒子51はスク
リーン50によって高温系に保持されている。その後、目
的とする金属イオンを含んだ高温水はバルブ48を通過し
て再び、高温系に戻る。

【００６０】このカラム46にはバイパスライン14が併設
されており、バイパスバルブ49を介して高温水をバイパ
ス出来る。また、バルブ48，49は流量調節機能を有して
おり、プラントの金属イオン濃度を監視しながら、その
開度を常時調節している。

【００６１】つまり、金属イオン濃度が所定値より低い
場合には、バイパスバルブ49を絞り、カラム46に流れる
流量を多くする。一方、所定値より高い場合には、カラ
ム46を通過する流量を絞り込み、金属イオン発生量を増
加させる。

【００６２】図３のカラム46内の金属微粒子51の代わり
に、微粒子化した酸化物を充填し、高温系に設置して高
温水を通水させることにより所定の金属イオンを発生さ
せることもできる。また、酸化物を用いる場合には、そ
の酸化物の溶融温度の半分以上の温度で焼成し、焼結状
態にして供すると、高温水を通過させても焼結状態を保
つため、焼結微粒子が誤って高温系に直接流入するよう
なことがないなど、高温系での保持が容易となる。

【００６３】さらに、目的とする同位体比を調整した金
属イオンを発生させる為に、金属微粒子や酸化物を利用
する場合には、装置構成が単純であり、供試前に金属中
や酸化物中に含有する不純物量を低減することによっ
て、付随的に持ち込まれる不要イオン種を容易に防止で
きる。

【００６４】図４は、目的とする同位体比を調整した金
属イオンを発生させるために、対象とする金属を微粒子
化したもの、もしくは酸化物状態に加工し、高温系に設
置して高温水を通水させ腐食放出反応によって所定濃度
を得る方法を、沸騰水型原子力発電プラントに適用した
実施例を示している。なお、この実施例では、カラムに
流れる流量の調整を図３のような流量調節弁によらず、
高圧ポンプの流量を調整することによって行っている。

【００６５】まず、符号29〜42は、図２においてすでに
説明した構成部品と同じものなので、その説明は省略す
る。ここで、金属イオンモニター装置45で原子炉水中の
金属イオン濃度を監視しながら、目的とする同位体比を
調整した金属イオンを発生させるために、対象とする金
属を微粒子化したもの、もしくは酸化物を充填したカラ
ムを符号52で示す。このカラム52は、バルブ53，54を開
いて、再循環ライン37と接続される。55は高圧ポンプを
示しており、カラム52において発生する圧力損失を補償
し、かつ、カラム52に流れる流量を調節する。このよう
な装置構成によって、金属イオンモニターの出力でカラ
ム52に流れる流量を調整し、原子炉水中における所定の
金属イオン濃度を達成する。

【００６６】本実施例では、金属イオンの注入装置を原
子炉再循環ライン37において、再循環ポンプ38の上流側
に設置したが、もちろんこの位置に限定するものではな
く、炉水温度と同程度の高温水が流れている部位（再循
環ポンプ下流側、給水ライン、炉水浄化系出口等）に設
置が可能である。

【００６７】図５は本発明の第３の実施例を説明するた
めのもので、目的とする金属イオンを発生させるため
に、対象とする元素を酸化物以外で、水素化物ないしは
水酸化物、さらには金属酸塩のように水素と酸素の一
方、もしくは両者を含む化合物状態とし、スラリー状態
もしくは溶液状態で注入して所定濃度を得ることを特徴
とする金属イオンの注入装置を模式的に示している。

【００６８】まず、純水の供給ライン56から、連続的に
純水が第１のタンク57に供給されている。この第１のタ
ンク57の上部には、水素化物ないしは水酸化物、さらに
は金属酸塩のように水素と酸素の一方、もしくは両者を
含む化合物が微粉末状態で充填されている第２のタンク
58が設置されている。

【００６９】第２のタンク58内の微粉末は、連続的もし
くは間欠的に第１のタンク57に供給されている。第１の
タンク57には、インペラーなどの強制攪拌機59が取り付
けられており、微粉末の沈降を防止している。これらの
スラリー状の懸濁液もしくは溶液は高圧ポンプ60で所定
のポイントに注入される。注入されたこれらのスラリー
は高温水と接触する事により金属イオン化す。

【００７０】図６は、目的とする同位体比を調整した金
属イオンを発生させるために、対象とする元素を酸化物
以外で、水素化物ないしは水酸化物、さらには金属酸塩
のように水素と酸素の一方、もしくは両者を含む化合物
状態とし、スラリー状態もしくは溶液状態で注入して所
定濃度を得る方法を、沸騰水型原子力発電プラントに適
用した実施例を示している。なお、符号29〜42は、図２
においてすでに説明した構成部品と同じものなので、そ
の説明は省略する。

【００７１】この実施例では、金属イオンモニター装置
45で原子炉水中の金属イオン濃度を監視しながら、目的
とする同位体比を調整した微粒子状化合物がスラリーに
懸濁している第１のタンク57の懸濁液を高圧ポンプ60で
プラントの給水ライン28に注入している。このシステム
では金属イオンモニター装置の出力で、高圧ポンプ60の
流量を調節し、原子炉水中における所定の金属濃度を達
成する。

【００７２】本実施例では、金属イオンの注入装置を給
水ライン28に設置したが、もちろんこの位置に限定する
ものではなく、炉水温度と同程度の高温水が流れている
部位（再循環ライン、炉水浄化系出口等）に設置が可能
である。また、プラントの各部において流量が大きく、
ラインにおける沈降が無視できるような部位において
は、高温系ばかりでなく低温系での設置も何等問題はな
い。

【００７３】さらに本発明はつぎの実施態様を採ること
もできる。

【００７４】（１）電極板に印加する直流電圧の極性を
一定時間ごとに切り替えて、電極板の減肉を均等化する
こと。

【００７５】（２）直流電圧を印加して金属イオンを発
生させる際に、電解液中に予め炭酸ガスを溶解させ、溶
液を電解質とし電極反応を容易に行えるようにしたこ
と。

【００７６】（３）直流電圧を印加して金属イオンを発
生させる際に、電解液中に予め炭酸ガスを溶解させ、溶
液を電解質とし電極反応を容易に行えるようにしたの
ち、炭酸ガスを脱気ガスによって溶液中から除去し、炭
酸イオンがプラント内に持ち込まれるのを抑制したこ
と。

【００７７】（４）用いる金属を微粒子化し、その直径
が 0.1〜１mmに分布をもつように分粒して、比表面積の
増加と充填密度の向上を図ったこと。

【００７８】（５）用いる酸化物を微粒子化し、かつ、
その酸化物の溶融温度の半分以上の温度で焼成し、焼結
状態にして供給すること。

【００７９】なお、上記本発明の各実施例は、ジェット
ポンプによって原子炉水を強制循環させるタイプの沸騰
水型原子力発電プラントについて述べているが、炉型に
ついてはこれに限定するものではなく、ジェットポンプ
を持たない自然循環式の沸騰水型原子力発電プラント
や、外部再循環ラインを持たず、インターナルポンプに
よって炉水を強制循環させるＡＢＷＲ、さらには加圧水
型原子力発電プラント（ＰＷＲ）などを含む全ての軽水
炉、重水炉に対しても適用可能である。

【００８０】

【発明の効果】本発明によれば、イオン状の放射能が構
造材の接液部の腐食に伴ない、それらの腐食皮膜中に取
り込まれる過程で、これら放射性イオンの取り込み速度
が、共存する金属イオン種との競争反応によって支配さ
れていることを利用し、積極的に金属イオン種を添加す
る技術において、注入する金属イオン種の同位体比を調
節し、特定の同位体金属イオン種のみを注入するため、
二次的な放射能の発生を防止し、最も効果的に金属イオ
ン種を注入することができる。

【００８１】また、対象とする金属イオン種を、その元
素単独からなる金属板、もしくはこれを一部含む金属板
を複数枚用い直流電圧を加えて目的とする同位体比を調
節した金属イオンを発生させ、これを注入に用いるた
め、イオン種濃度を任意にかつ、微妙な値にも正確に制
御可能となり、不必要な金属イオン種の注入を阻止でき
る。

【００８２】また、金属微粒子や酸化物を利用する場合
には、装置構成が単純であり、供試前に金属中や酸化物
中に含有する不純物量を低減することによって、付随的
に持ち込まれる不要イオン種を容易に防止できる。

【００８３】さらに、対象とする元素を酸化物以外で、
水素化物ないしは水酸化物さらには金属酸塩のように水
素と酸素の一方、もしくし両者を含む化合物状態とし、
スラリー状態もしくは溶液状態で注入して所定濃度を得
る場合には、装置構成が単純であるばかりでなく、沈降
が無視できるような高流速部位であれば、プラントの高
温系ばかりでなく低温系にも設置が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る金属イオンの注入装置の第１の実
施例を示す系統図。

【図２】図１における金属イオンの注入装置をＢＷＲ発
電プラントに適用した系統図。

【図３】本発明に係る金属イオンの注入装置の第２の実
施例を示す系統図。

【図４】図３における金属イオンの注入装置をＢＷＲ発
電プラントに適用した系統図。

【図５】本発明に係る金属イオンの注入装置の第３の実
施例の系統図。

【図６】図５における金属イオンの注入装置をＢＷＲ発
電プラントに適用した系統図。

【符号の説明】

１…炭酸ガス飽和槽、２…第１の連通管、３…電解槽、
４…第２の連通管、５…炭酸ガス除去タンク、７…炭酸
ガスバブリングライン、８…吐出ノズル、９…炭酸ガス
ボンベ、10…ガス配管、11…シールポット、12…給水
管、13…流量調節弁、14…バイパスライン、15…純水供
給ライン、16…陽極、17…陰極、18…リード線、19…直
流電源、20…噴出ノズル、21…脱気ガスバブリングライ
ン、22…排気管、23…脱気ガスボンベ、24…吐出管、25
…シールポット、26…排気ライン、27…ポンプ、28…給
水ライン、29…原子炉圧力容器、30…炉心、31…主蒸気
ライン、32…タービン、33…復水器、34…ポンプ、35…
復水浄化系、36…給水加熱器、37…再循環ライン、38…
再循環ポンプ、39…ポンプ、40…再生熱交換器、41…非
再生熱交換器、42…炉水浄化系、43…バルブ、44…イオ
ン注入装置、45…金属イオンモニター装置、46…充填カ
ラム、47，48，49…バルブ、50…スクリーン、51…金属
微粒子もしくは金属酸化物、52…充填カラム、53，54…
バルブ、55…高圧ポンプ、56…純水供給ライン、57…第
１のタンク、58…第２のタンク、59…攪拌機構、60…高
圧ポンプ。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 放射性イオンが構造材の接液部の腐食に
   伴い、それらの腐食皮膜中に取り込まれる過程で、その
   取り込まれる放射能量を低減させるために、原子力発電
   プラントにおける原子炉一次冷却材中に金属イオンを注
   入する原子炉一次冷却材中への金属イオンの注入方法に
   おいて、前記金属イオンを注入するために用いる元素の
   同位体比を調整し、放射化によって二次的な放射能を発
   生させることのない金属イオンを注入することを特徴と
   する原子炉一次冷却材中への金属イオンの注入方法。
2. 【請求項２】 前記放射化によって二次的な放射能を発
   生させることのない金属イオンは、Ｍｇ，Ｃｒ，Ｖ，Ｔ
   ｉ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｃｄ，Ｍｏ，Ｗからなる一群から選ば
   れた少なくとも１種の物質の金属イオンであることを特
   徴とする請求項１記載の原子炉一次冷却材中への金属イ
   オンの注入方法。
3. 【請求項３】 原子炉内で発生した蒸気をタービンへ導
   く主蒸気系と、タービンで仕事をした蒸気を復水とし、
   この復水を原子炉に導く原子炉復水系および原子炉給水
   系と、一次冷却材中の不純物を浄化する原子炉浄化系と
   を少なくとも有してなる原子力プラントに、注入するた
   めに用いる元素の同位体比を調整し、放射化によって二
   次的な放射能を発生させることのない金属イオンを注入
   させることのできる金属イオン注入装置を付帯させたこ
   とを特徴とする原子炉一次冷却材中への金属イオンの注
   入装置。
4. 【請求項４】 前記金属イオンの注入装置は、目的とす
   る金属イオンを発生させるために、対象とする元素から
   なる金属板、またはこれを一部含む金属板を複数枚用
   い、直流電圧を印加させる電解槽を有することを特徴と
   する請求項３記載の原子炉一次冷却材中への金属イオン
   の注入装置。
5. 【請求項５】 前記金属イオンの注入装置は、目的とす
   る金属イオンを発生させるために、対象とする元素を金
   属状態とし、高温系に設置して、高温水を通水させ、腐
   食放出反応によって所定濃度を得る装置を有することを
   特徴とする請求項３記載の原子炉一次冷却材中への金属
   イオンの注入装置。
6. 【請求項６】 前記金属イオンの注入装置は、目的とす
   る金属イオンを発生させるために、対象とする元素を酸
   化物状態とし、高温系に設置して、高温水を通水させ、
   腐食放出反応によって所定濃度を得る装置を有すること
   を特徴とする請求項３記載の原子炉一次冷却材中への金
   属イオンの注入装置。
7. 【請求項７】 前記金属イオンの注入装置は、目的とす
   る金属イオンを発生させるために、対象とする元素を酸
   化物以外で、水素化物ないしは水酸化物さらには金属酸
   塩のように水素と酸素の一方、もしくは両者を含む化合
   物状態とし、スラリー状態もしくは溶液状態で注入して
   所定濃度を得る装置を有することを特徴とする請求項３
   記載の原子炉一次冷却材中への金属イオンの注入装置。