JPS6184597A - 原子力発電プラント構成部材の放射性物質の付着抑制方法 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、原子カプラントに係り、特に、−次冷却水系
配管のように、放射性物質が溶鮮している液と接して使
用される構造材に対して放射性物質の付着抑制方法を施
した原子カプラントに関する。

〔発明の背景〕

原子力発電所の一次冷却水系に使用されている配管、ポ
ンプ、弁等はステンレス鋼及びステライト等から構成さ
れている。これらの金属は畏期間使用されると腐食損傷
をうけ、構成金属元素が一次冷却水中に溶出し、原子炉
内に持ち込まれる。

溶出全屈元素は大半が酸化物となって燃料棒に付着し、
中性子照射をうける。その結果、”Ｃｏ。

”Ｃｏ　ｅ　ｓｉＣｒ　、　”Ｍｎ等の放射性核種が生
成する。これらの放射性核種は一次冷却水中に再溶出し
てイオンあるいは不溶性固体成分（以下、クラッドと称
する）として浮遊する。浮遊する一部は炉水浄化用の脱
塩器等で除去されるが、残りは一次冷却水系を循環して
いるうちに主にステンレス鋼からなる構造材表面に付着
する。このため、樅造林表面における線量率が高くなり
、保守、点検を実施する際の作業員の放射線被曝が問題
となっている。

このため、放射性物質の付着量を低減させるため、その
源である金属元素の溶出を抑制する方法が実施されてい
る。すなわち、耐食性のよい材料の使用あるいは酸素を
給水系内に注入して構造材の腐食を抑制する方法等であ
る。しかし、いずれの方法を用いても給水系をはじめと
し、−次冷却水系の埼造林の腐食を完全に防止すること
はできず、−次冷却水中の放射性物質を無くすことはで
きないため、構造材への放射性物質の付着による表面線
量率の増加がやはり問題として残っている。

また、構造材に付着した放射性物質を除去する方法が検
討され、実施されている。除去方法には（１）機械的洗
浄、（２）電気分解による洗浄のほか、（３）化学的洗
浄がある。しかし、（１）、（２）の方法は構造材表面
に強く密着した放射性物質の除去が困難であり、また広
い範囲を系統的に除染することができない等の問題があ
るため、現状では（３）の方法が広く用いられる。（３
）の方法は酸溶液等の薬剤を用いて化学反応により鋼表
面の酸化皮膜を溶解し、同皮膜中に存在する放射性物質
を除去するものである。この方法の問題は一時的に線量
率を低減しても、構造材を再び高い濃度の放射性物質を
溶解する液にさらした場合に急速に再汚染されることで
ある。

そこで、構造材表面にあらかじめ醇化皮膜を形成し、放
射性物質の付着を抑制する考えが、特開昭５５−１２１
１９７号、特開昭５９−３７４９８号公報等で開示され
た。しかし、あらかじめ形成しておく酸化皮膜の性状に
より放射性物質の付着挙動は著しく異なってくる。たと
えば、放射性イオンの挙動は。

あらかじめ形成しておいた酸化皮膜の荷電状態により異
なるし、また、放射性物質が溶渭する液に浸せきしたの
ちに構造材表面に新たに形成される酸化皮膜の成長速度
も既存の皮膜の性状により変わってくる。したがって、
構造材を適用する液に最も適した方法により酸化処理を
行うことが必要である。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、これらの問題点を除去し、放射性物質
が溶解している液と接して使用される構造材として、液
に接する部分に酸化処理を施した材料を用いたことによ
り放射性物質の付着を抑制した原子カプラントを提供す
ることにある。

〔発明の概要〕

原子カプラントの従事者被曝に寄与する主な放射性核種
は６０ＣＯであることが各種分析の結果（たとえば、Ｇ
、Ｒｏｍｅｏ、　Ｐｒｏｃａｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ　Ｔｈ
ｅ　７ｔｈＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｃｏｎｇｒｅ
ｓｓ　ｏｎ　Ｍｅｔａｌｌｉｃ　Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ。

Ｐ１４５６．１９７８）からｂかつているにの放射性核
種はγ線の崩壊エネルギー強度が１．１７及び１．３３
ＭｅＶと高く、また半減期が５．２６年と長いために、
一旦構造材に付着すると長期にわたり表面線量率を高め
る原因となる。したがって。

線量率を低減するためには、この＠０ＣＯの付着をいか
に抑制するかが鍵である。

一方、プラント炉回りの圧力容器、配管、ポンプ、弁等
の構造材はステンレス鋼、ステライト。

インコネル、炭素鋼よりなるが、接水面積の９７％をス
テンレス鋼が占める。したがって、ステンレス鋼への放
射性物質の付着を抑制することが被曝低減上、最も有効
である。

炉水に溶存する放射性核種はステンレス鋼の腐食によっ
て表面に形成される酸化皮膜内にその形成過程で取り込
まれる。ところで１発明者の研究によると放射性核種の
付着速度は皮膜成長速度と相関関係を示すので、皮膜成
長を抑制することは付着低減につながるであろうと推定
された。

炉水環境下でのステンレス鋼の皮膜量（ｍ）の増加は（
１）式で示すように時間（１）の対数側によって表わさ
れる。

ｍ　＝　ａ　ｌｏｇｔ　＋　ｂ　　　　　　　　　　　
・・・（１）ここで、ａおよびｂは定数 すなわち、皮膜の成長とともにその成長速度は小さくな
る。したがって、あらかじめ適当な非放射性の酸化皮膜
を形成しておけば、放射性物質が溶存している液へ浸せ
きしたのちの新たな皮膜形成を抑制することができ、ひ
いては皮膜形成時に多くみられる放射性物質の付着を抑
制できる６本発明者らは、放射性物質を溶存した液と接
して使用される金属構造材にあらかじめ適当な非放射性
の酸化皮膜を形成することによって放射性物質を溶存し
た液に浸漬したのちの腐食を抑制し、皮膜の成長を小さ
く抑えることができる点に着目すると同時に、皮膜の成
長は皮膜中のＮｉ量に依存し、特に酸化皮膜を構成する
全金属中のＮｉの割合が１２重量％以上の場合、著しく
小さくなることを見い出した。

本発明は、このような知見に基づいて得られたものであ
って、金属構造材の放射性物質が溶存している液を接す
る部分の表面に酸化皮膜を構成する全金属中のＮｉの割
合が１２重量％以上となるような酸化皮膜をあらかじめ
形成したものである。

酸化皮膜を構成する全金属中のＮｉの割合Ｃ以下、単に
Ｎ１含有率という）は１２重量％以上であればよいが、
その上限は形成される皮膜形態に依存する。最も含有率
が高くなるのは酸化皮膜がＮｉ単独（含有率＝１００重
量％）で構成される場合であり、酸化皮膜はＮｉＯある
いはＮｉ３０４の形態をとる。しかるに、通常は酸化皮
膜にはα−あるいはツーＦｅ。０３とを含んだスピネル
型酸化物（たとえば、ＮｉＦｅ、０４）等が混在してお
り、このスピネル型酸化物の量が多くなると酸化皮膜の
保護性を増し放射性物質の付着抑制効果が大きくなる。

したがってＮｉＦｅ２Ｏ４単独の場合のＮｉ含有率は約
３４重量％であるので、あらかじめ形成する酸化皮膜の
Ｎｉ含有率は１２重量気ないし３４重量気にとるのが望
ましい。

酸化皮膜のＮｉ含有率を適正な範囲に調整するには金属
構造材の表面に施される前酸化処理の条件を選定すれば
よい。このような前酸化処理として、温度、溶存酸化濃
度、Ｎｉイオン濃度等を適宜選定した水中でステンレス
口などの金属構造材を所定時間浸漬する方法が用いられ
る。

本発明において、金属構造材の表面はあらかじめ酸化処
理によって適正なＮｉ含有率の酸化皮膜を形成し、これ
を原子カプラントに配設することによって放射性物質の
付着が抑制することができる。

なお、鉄とスピネル型酸化物を形成するＧ　ｏ　。

Ｚｎ、Ｃｕ、Ｃｄ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒにも同様の効果を
期待しつる。

また、原子カプラントで使用される配管１機器等を化学
的方法等により除染し、再使用する場合。

除染操作により構造材表面の酸化皮膜は溶解、剥離して
いるので、金屑素地が露出しており、再使用時の放射性
物質の付着量は未使用材と同様の経時変化を示す。そこ
で、本発明の前酸化処理を施こしたのちに再使用するこ
とで放射性物質の付着を抑制することができる。

原子カプラントにはいく種類もあるが１本発明はそれら
のいずれにも適用することができる。たとえば、沸ｔも
水型原子カプラントでは圧力容器、再循環系配管および
一次冷却材浄化系配管等が放射性物質を含む炉水と接し
ており、また加圧木型原子カプラントでは圧力容器、炉
内構造材および蒸気発生器等が同様な炉水と接している
。したがって、これら放射性物質を含む液と接するステ
ンレス口、インコネル、炭素鎖およびステライトから選
択された１種または２種以上の金属からなる構造材の全
部あるいは一部に本発明の前酸化処理を施こした構造材
を適用することによって放射性物質の付着を抑制でき、
ひいては従事者被曝の小さいプラントを提供しうる６ 本発明は原子カプラント溝造材が一次冷却水と接する場
合に、構造材の腐食にともなって請造林に含有される金
属成分が一次冷却水中に放出するのを抑制する場合にも
適用することができる。たとえば、配管、ポンプ、弁等
を構成するステンレス鋼、ステライト、インコネル等の
ようにコバルトを不純物あるいは構成元素として含有す
る金属では、その腐食によってコバルトが一次冷却水中
に溶出し、原子炉内に持ち込まれる。溶出コバルトは大
半が酸化物となって燃料棒に付着し、中性子照射をうけ
る。その結果、放射性核種であるＧｏＣｏが生成するが
、本発明を適用すれば、コバルトの放出を抑制しつる。

また、沸騰水型原子カプラントでは、原子炉水中におい
て”Ｇ　ｏ　、　”Ｃｏ　、　”Ｃｒ　、　ｓ４Ｍｎ等
の放射性核種が鉄を主体とした酸化物と結び付いて一次
冷却水に不溶ｍな成分として存在する場合がある。これ
らの不溶解成分も溶解成分と同様に一次冷却水系を循環
しているうちに主にステンレス鎖からなる構造材表面に
付着する。この付着過程は溶解成分の付着過程と類似し
、構造材の腐食に伴う酸化皮膜の成長に依存する。した
がって本発明は不溶解成分の付着抑制にも有効である。

〔発明の実施例〕

実施例１ ステンレス鋼を流動する炉水に１３０−２８０℃で６０
００　ｈ浸漬して、表面に形成した酸化皮膜量及び皮膜
中の全金属元素量に対するＮｉ元素量の百分率（％）並
びに付着した”Ｃｏ付着量を測定した。炉水の！。ＣＯ
濃度は２００μＣ１−ｍ−Ｊで、９０％以上がイオンと
して存在した。溶存酸素濃度は１５０−１７０ｐｐｂ、
ｐＨは６．９−７．２　であった。

第１図に結果を示す。１３０−２５０℃においては、酸
化皮膜量及び”Ｃｏ付着量はいずれも温度とともに増加
する。しかし、酸化皮膜中のＮｉ含量が１２重量％以上
となる２５０’Ｃ以上の温度では、いずれの量も逆に減
少した。これは、反応速度はアレニウス則にしたがうた
めに、酸化皮膜の成長速度及び！。ＣＯの付着速度はと
もに温度の上昇につれて大きくなるが、２５０℃以上で
はＮｉ含量が多くなり、保護性の大きなＮｉフェライト
（Ｎ　ｉ　Ｆ　ｅｘ○４）が形成されるために腐食速度
が減少することによるものである。

実施例２ 第２図は２８８℃の純水中（溶存酸素濃度、２００ｐｐ
ｂ）に一定期間浸漬したステンレス鋼の表面に形成した
酸化皮膜量と皮膜中のＮｉ含量との関係を示すａＮｉを
１２重量％以上含む場合に。

皮膜の成長量が減少することがわかった。”Ｃ。

の付着量は皮膜の成長量に比例するため、皮膜の成長が
抑制される条件下では”Ｃｏの付着も抑制される。

実施例３ 一２第３図は１３０−２８０℃で、Ｎｉイオンを含→水
に６０００　ｈ、ステンレス鋼を浸漬した場合に表面に
形成した酸化皮膜量である６溶存酸素濃度は１７０ｐｐ
ｂであった。皮膜は１５０℃以上で有意な厚さ形成され
、望ましくは１５０−３００℃の温度範囲で酸化処理す
ることが耐食性のある皮膜を形成することができる。

実施例４ ２８８℃において、Ｎｉイオンを１０ｐｐｂ含む・水溶
液中に３０４ステンレス鋼を９０ｈ浸漬し、酸化皮膜を
栂成する金属元素の組成を調べた。

ＰＩ（は４．４〜９．４の範囲にとり、溶存酸素濃度は
１８０−２２０ｐＰｂに設定した。

結果を第４図に示す。ｐＨ５−７，５の範囲において、
Ｎｉ含量が大きくなり、とくにＰＨ６においてＮｉ含量
が３０重量気の皮膜を形成することができた。

なお、ＣＯイオン等、他の２価金属元素イオンを含む水
溶液中でも同様に、ＣＯ等、他の２価金属元素の含量の
高い皮膜を形成することができた。

２価金属元素イオンは硫酸塩、硝酸塩、塩化物として注
入するか、あるいは各全屈単体あるいは合金として水中
に挿入し、溶出させることが望ましい。

実施例５ 原子カプラントで使用された配管、機器等を化学的方法
等により除染し、再使用する場合、除染操作により構造
材表面の酸化皮膜は溶解、剥雅しているので、金ＩＦＩ
Ｃ素地が露出しており、再使用時の放射性物質の付着量
は未使用材と同様の経時変化を示す。そこで１本発明の
酸化処理をあらかじめ施したのちに再使用することで放
射性物質の付着を抑制することができる。

実施例６ 原子カプラントにはいく種類もあるが、本発明はそれら
のいずれにも適用することができる。たとえば、沸騰水
型原子カプラントでは圧力容器、再循環系配管および一
次冷却材浄化系配管等が放射性物質を含金炉水と接して
おり、また加圧木型原子カプラントでは圧力容器、炉内
恰造材および蒸気発生器等が同様な炉水と接している。

したがって、これら放射性物質を含む液と接するステン
レス鋼、インコネル、炭素鎖およびステライトから逍択
された１種または２種以上の金属からなる構造材の全部
あるいは一部に本発明の酸化処理を施した構造材を適用
することによって放射性物質の付着を抑制でき、ひいて
は従事者被曝の小さいプラントを提供しうる。なお、給
水系熱交換器用ステンレスロ配管に本発明を適用すれば
、ステンレスｔＴ３の腐食を抑制することが認められて
いるのでＧｏ、Ｎｉ等の溶出も抑制することが期待され
る。

実施例７ 本発明を実施例６で示した原子カプラントに適用するに
は次の方法が考えられる。

（１）プラント設置後、放射性物質が溶解する液と接し
て使用される金属材料はその表面をあらかじめ本発明に
基づく方法により酸化処理を施したのちにプラントに設
置する。

（２）プラント既設の配管、機器等については次の方法
が考えられる。

（イ）第５図は沸騰水型原子カプラントの系統図である
。実施例４で示した化学物質を復水浄化系出口６あるい
は給水量ロアの位置に備えた設備により一次冷却水中へ
注入する。なお、注入量は炉水あるいは給水をサンプリ
ングし、２価金焉元素イオン濃度を測定することにより
制御する。

（ロ）　２価金属元素イオンの注入はこれを放出する金
属の設置によっても可能である。たとえば、復水ホット
ウェル４内に金属板を設置する。これにより各金属元素
イオンを一次冷却水中に放出し、炉水系の濃度を増し、
（イ）と同様の効果が得られる。

次に、復水浄化系５あるいは炉水浄化系８に、２価金属
元素を含んだ合金フィルタを接置することも考えられる
。これにより（イ）の効果とクラッド除去効果の２つを
得ることができる。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように１本発明は簡便な手段に
よって放射性物質の金属からなる構造材への付着を抑制
でき、その応用範囲も広く、特に原子カプラントに使用
されるステンレス鋼をはじめとする構造材に適用して、
１！量率の上昇を抑え。

従事者−の被曝を低減するに好適であり、実用価値も高
く、工業的にきわめて有意□義なものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のステンレス鋼の腐食挙動の
温度依存性を示す線図、第２図は酸化皮膜量とＮｉ含有
量との関係線図、第３図は酸化皮膜量と温度との関係線
図、第４図はＮｉ含有量とＰＨとの関係線図、第５図は
ＢＷＲプラントの系統図である。 １・・・Ｎｉ含有量、２・・・Ｇ０Ｃｏｏ付着量、３・
・・酸化皮膜量、４・・・復水ホットウェル、５・・・
復水浄化系、６・・・復水浄化出口、７・・・給水出口
、８・・・炉水浄化系。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、原子炉冷却水と接触する鉄系材料で構成された原子
   力発電プラント構成部材への放射性物質の付着を抑制す
   るに当り、該部材の接水面を加熱水で処理し、該接水面
   にＦｅとスピネル型酸化物を形成するＦｅ以外の２価金
   属元素を１２重量％ないし３４重量％（酸化皮膜中の全
   金属元素量に対する各２価金属元素量の百分率）含む酸
   化皮膜を形成することを特徴とする原子力発電プラント
   構成部材の放射性物質の付着抑制方法。