JP2000121780A - 原子炉構造材の腐食電位のシミュレーション方法、原子力プラントの管理方法、原子力プラント監視システムおよびこれを用いた原子力プラント - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】炉水に貴金属化合物を注入した原子力プラント
の腐食電位を高精度に求めることのできるシミュレーシ
ョン方法を提供する。 【解決手段】表面に貴金属粒子が析出した原子炉構造材
の腐食電位のシミュレーション方法であって、貴金属粒
子に接触している冷却水を構成する化学種が電子を供給
または受けとる速度として、貴金属がミクロ電極として
働くことを考慮して予め求めておいた係数を前記化学種
の化学反応速度にかけたものを用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、原子力プラント等
における腐食環境を示すパラメ−タの一つである腐食電
位を求めるシミュレーション方法、ならびに、シミュレ
ーション結果を用いて、プラントの水質改善効果を検討
することのできる、プラント運転監視システムに関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】ＢＷＲ（沸騰水型原子炉）等の原子力プ
ラントにおいては、冷却水中に、該冷却水の放射線分解
生成物である、酸素、過酸化水素等が存在する。この酸
素、過酸化水素等が構成する酸化剤は、酸化還元電位が
高い。一方、ステンレス等の炉内構造材や、水の放射線
分解生成物である水素は、電位が低い。そのため、ステ
ンレス等の炉内金属構造材が、酸素や過酸化水素に電子
を奪われることにより、腐食されるという問題がある。
そこで現在では原子炉冷却水に水素を注入することによ
り、該水素と原子炉冷却水中の酸化剤（酸素、過酸化水
素、中間体ラジカル等）とを反応させ、酸化剤の濃度を
低下させることが行われている。この水素注入により、
炉内腐食環境が緩和され、炉内構造材の腐食を抑制する
ことが可能である。

【０００３】ところで、このような腐食の進み具合は、
腐食電位（Electrochemical Corrosion Potential：Ｅ
ＣＰ）と密接な関係がある。腐食電位とは、酸素や過酸
化水素等が電を奪う速度と、水素や構造材が電子を与え
る速度とが一致する電位である。一般に、腐食電位が高
くなるほど、構造材は強い酸化環境に置かれていること
になる。例えば、構造材に応力腐食割れが生じる敷居値
は、腐食電位が約−２００ｍＶ（標準水素電極基準）前
後にあることが知られている。従って、応力腐食割れを
水素注入によって防止するためには、腐食電位を測定
し、前記敷居値よりも低い腐食電位に下がるまで水素を
注入する必要がある。そのためには、腐食電位の測定が
不可欠である。

【０００４】しかし、現在の原子力プラントでは、腐食
電位を実測しようとしても、腐食電位センサを装着可能
な個所は限られている。したがって、原子力プラントの
構造材のうち、腐食を監視すべき部位、すなわち監視対
象部位のすべてについて腐食電位を実測することは現実
に不可能である。そこで、炉内の所望の監視対象部位に
ついての腐食電位を理論的にシミュレーションすること
が必要となってくる。

【０００５】また、水素注入等による水質改善の効果を
予測・評価するためには、腐食電位を冷却水の実際の化
学成分等と対応づけて解析することも必要である。その
ためにも、腐食電位を理論的にシミュレ−ションする技
術が必要になる。

【０００６】腐食電位をシミュレーションすることがで
きる技術は、例えば、特開平０７−１７４８８３号公報
に開示されている。本公報には、電気化学的な混成電位
論、電子移動反応速度理論を基に、理論的に腐食電位を
求める方法が開示されている。この方法は、腐食反応の
素反応解析を、多段の電子移動反応レベルで行うことに
よって、高精度に腐食電位を求めることができる。

【０００７】ところで、特開平０８−３２７７８６号公
報には、ＢＷＲの炉水中に貴金属を含有する化合物と還
元剤とを注入することにより、ＢＷＲ構造材の表面に貴
金属を付着させる技術が開示されている。この方法によ
り、貴金属を付着させた場合、腐食電位は大幅に低減
し、構造材の亀裂発生および亀裂成長を防止することが
できることが開示されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述の特開平０８−３
２７７８６号公報記載の技術によって、腐食電位が大幅
に低減することが示されているが、腐食電位の低下に貴
金属がどのように作用しているか、そのメカニズムは開
示されていない。一般的には、析出した貴金属が触媒と
して働き、炉水中に注入した水素と、炉水中の酸化剤で
ある酸素および過酸化水素、あるいは，ラジオリシス中
間体であるラジカル種との反応が大きく進行し、腐食電
位の低下が加速されると考えられる。しかしながら、上
述の特開平０８−３２７７８６号公報記載の技術で添加
される貴金属は、ｐｐｂレベルのごくわずかな量である
にもかかわらず、大幅に腐食電位が低下する。これは、
貴金属が触媒として働いているというだけでは、説明が
つかない。

【０００９】そのため、貴金属を添加した場合の腐食電
位は、上述の特開平０７−１７４８８３号公報に記載さ
れているような一般的な腐食電位のシミュレーション方
法では求めることができない。腐食電位がシミュレーシ
ョンできない場合、監視対象部位についての腐食電位を
知ることができないため、水素注入条件の決定ができな
くなる。

【００１０】本発明は、炉水に貴金属化合物を注入した
原子力プラントの腐食電位を高精度に求めることのでき
るシミュレーション方法を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明によれば、以下のようなシミュレーション方
法が提供される。

【００１２】すなわち、表面に貴金属粒子が析出した原
子炉構造材の腐食電位のシミュレーション方法であっ
て、前記貴金属粒子に接触している冷却水を構成する化
学種が電子を供給または受けとる速度として、前記貴金
属がミクロ電極として働くことを考慮して予め求めてお
いた係数を前記化学種の化学反応速度にかけたものを用
いることを特徴とする腐食電位のシミュレーション方法
である。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の一実施の形態として、腐
食電位のシミュレーション機能を備えた原子力プラント
監視システムを図面を用いて説明する。

【００１４】本実施の形態のプラント監視システム、お
よび、本実施の形態の適用の対象となる原子炉プラント
自体について図１８を用いて簡単に説明する。

【００１５】原子炉プラントは、燃料を反応させるため
の原子炉圧力容器８と、給水系９と、冷却水再循環系１
０と、冷却水を浄化する炉水浄化系１１とを含んで構成
される。なお、本実施の形態が適用対象とする原子炉圧
力容器８は、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４系）でできて
いる。

【００１６】給水系９は、冷却水が、原子炉圧力容器８
内で加熱された結果発生する蒸気を、冷却し、再び、原
子炉圧力容器８内に戻すものである。該給水系９の途中
には、発電用のタービン系１２、復水器９２、水素注入
装置５０、ポンプ９０が設けられている。蒸気で該ター
ビン系１２を作動させることによって、発電が行なわれ
る。タービンを回した後の蒸気は、該復水器９２によっ
て液体に戻される。

【００１７】冷却水再循環系１０は、原子炉圧力容器８
内の冷却水を循環させるためのものである。

【００１８】給水系９には、冷却水中に水素を注入する
ことによって、腐食環境を緩和するための水素注入装置
５が配置されている。また、冷却水再循環系１０には、
再循環系１０を循環する冷却水中に貴金属化合物を含む
溶液を注入するための貴金属化合物注入装置１６０が取
り付けられている。水素注入装置５から注入された水素
は、冷却水中の酸素や過酸化水素等の酸化剤に電子を供
給し、腐食環境を改善する。また、この水素は、貴金属
化合物注入装置１６０から注入された貴金属化合物の貴
金属にも電子を供給し、貴金属を構造材表面に析出させ
る。

【００１９】なお、水素注入装置５、ならびに、貴金属
化合物注入装置１６０は、後述する制御室４からの指示
に従って、水素ならびに貴金属化合物を給水に注入す
る。水素の注入量、貴金属化合物の注入量は、後述する
コンピュータシステム３によるシミュレーション結果等
を用いて、原子炉容器８内の監視対象部位の腐食電位
を、応力腐食割れなどを防ぐために十分な腐食電位まで
低下させることのできる量が決定される。なお、給水系
９における実際の水素濃度と、注入水素量との関係は予
め測定されており、該水素注入装置５への指示は、水素
濃度を、例えば、１５ｐｐｂにせよといった形で行われ
る。

【００２０】炉水浄化系１１は、原子炉冷却水を浄化す
るためのものである。該炉水浄化系１１は、冷却水再循
環系１０の途中から水を取り込んで、浄化した後、給水
系９を通じて、原子炉圧力容器８内に該冷却水を戻す。
該炉水浄化系１１には、ボトムドレインライン１２を通
じて、圧力容器８の底部にある冷却水も流入している。

【００２１】なお給水系９、冷却水再循環系１０、炉水
浄化系１１は、それぞれ専用のポンプ９０，１００，１
１０を備えている。

【００２２】原子炉圧力容器８、給水系９、冷却水再循
環系１０、炉水浄化系１１には、これらを構成する構造
材および冷却水の状況を検出するための各種センサ、測
定装置が取り付けられている。

【００２３】原子炉圧力容器８および内部の構造部材の
うちの腐食電位を実測可能な部位には、腐食電位を測定
するための電位測定装置２が取り付けられている。電位
測定装置２は、基準電極１からの電位信号ケ−ブル２０
と、原子炉の構造材と電気的に短絡している原子炉圧力
容器８につながった電位信号ケ−ブル２１とが入力され
る。電位測定装置２は、基準電極１の電位を基準とし
て、測定対象部分の電位を求める。

【００２４】基準電極１は、電位測定の基準となる電位
を発生させるためのものである。本実施の形態において
は、白金電極を用いているが、銀／塩化銀電極を用いて
も良い。本実施の形態においては、該基準電極１を、中
性子計装管７に取り付けている。なお、本実施の形態に
おいては、電位を、標準水素電極電位基準（ｖｓ．ＳＨ
Ｅ）で求めるようにしている。また、電位測定装置２と
しては、入力インピーダンスが十分に高いものを使用す
る。

【００２５】この他、原子炉圧力容器８、炉水浄化系１
１には、溶存酸素検出装置１５０、過酸化水素検出装置
１５１、ＰＨ検出装置１５２、導電率検出装置１５３、
主蒸気中放射性窒素検出装置１５４、亀裂進展センサ１
５５、主蒸気系放射線線量率検出装置１５６、等が設け
られている。これらセンサとしては、様々なタイプのも
のが実用化、あるいは、提案されているが、本実施の形
態においては、どのようなタイプのセンサであっても構
わない。また、これら検出装置の取付け位置も、この図
に示した位置に限定されるものではない。

【００２６】コンピュ−タシステム３は、電位測定装置
２をはじめとする各種検出センサの検出結果を処理する
ためのものである。該コンピュータシステム３自体は、
図９に示すとおり、ＣＰＵ３０、ＲＯＭ３１、ＲＡＭ３
２、外部記憶装置３３、表示制御回路３４、表示装置３
５、入出力インタフェース３６、プリンタ３７、およ
び、これら各部をつなぐバス３８等のハードウエア資源
と、これらの外部記憶装置３３、ＲＡＭ３２、ＲＯＭ３
１等に記憶され、ＣＰＵ３０が実行するプログラムとに
よって、主に構成されている。なお、ＣＰＵ３０による
処理結果は、文字あるいはグラフィックとして、表示回
路３４を通じて表示装置３５に、あるいは、プリンタ３
７に出力される。さらには、制御室４内のホストコンピ
ュータ、表示装置等にも出力されている。

【００２７】本実施の形態のコンピュータシステム３の
外部記憶装置３３、ＲＡＭ３２，ＲＯＭ３１には、監視
対象部の予想水質デ−タ、水素注入量、貴金属注入量、
サンプリング水の水分析デ−タ等に基づいて、その監視
対象部の腐食電位をシミュレートするプログラムが予め
格納されている。該コンピュータシステム３のＣＰＵ３
０は、このプログラムを実行することによって、腐食電
位を求める。この他、以下において詳述する各種機能を
実現する上で必要となるデータなどは、予め外部記憶装
置３３などに格納されている。また、その処理結果を、
表示回路３４を通じて、表示装置３５に表示させる。こ
の他、該コンピュータシステム３は、溶存酸素濃度およ
び溶存過酸化水素濃度に基づいて、原子炉内における酸
化剤濃度（Ｏ２＊＝（溶存酸素濃度）＋１／２・（溶存
過酸化水素濃度））を求めるプログラムも有している。

【００２８】制御室４は、運転者が、実際に運転の監視
を行う部屋である。該制御室４には、コンピュ−タシス
テム３からデ−タをとりこむホストコンピュ−タ４０、
表示装置４２、プリンタ４４、および各種水素注入装置
５および貴金属化合物注入装置１６０等を操作するため
に操作装置等が設けられている。表示装置４２等には、
各種測定データ（例えば、in-situデ−タ、水質分析デ
−タ、腐食電位実測デ−タ）、予め設定されたデ−タ基
準値等ととともに、コンピュータシステム３が求めた腐
食電位計算結果が表示される構成となっている。運転者
は、これらを見ることによって、原子炉の運転状態を監
視することができる。また、その結果によっては、操作
装置を用いて原子炉の運転状況を変更などさせる。

【００２９】次に、本実施の形態のコンピュータシステ
ム３による腐食電位のシミュレーションの詳細を説明す
る。

【００３０】腐食電位は、その定義より、下記数１の方
程式を満たす電位Ｅで表される。

【００３１】

【数１】

【００３２】ここで、ｉo(E)，ｉh(E)，ｉc(E)は、いず
れもＥの関数であり、ｉo(E)は、冷却水中の酸素、過酸
化水素系が、ある電位Ｅにおいて電子を奪う速度を電流
で示したものである。この電流ｉo(E)は、外部から測定
される全電流に相当するものである。ｉh(E)は、冷却水
中の水素がある電位Ｅで電子を供与する速度を、電流で
示したものである。ｉc(E)は、ある電位Ｅにおける、構
造材（ステンレス鋼）の電子供与速度を、電流で示した
ものである。

【００３３】従来、腐食電位のシミュレーションを行う
場合には、数１に含まれる３つの項（ｉo(E)，ｉh(E)，
ｉc(E)）のうち、ｉo(E)，ｉh(E)には、反応モデルにつ
いての反応速度式から導き出される反応速度式を用い、
ｉc(E)には、実験により実測した電流電位曲線を定式化
したものを用い、これらをそれぞれ数１に代入すること
によって、数１を、電位Ｅ、酸素濃度、過酸化水素濃
度、水素濃度、流速等を変数として含む方程式としてい
た。そして、この方程式に、入力データとして、酸素濃
度、過酸化水素濃度、水素濃度、流速を与えることによ
って、電位Ｅのみを変数とする方程式とし、最終的に
は、この電位Ｅのみを変数とする方程式を解くことによ
って、腐食電位を得ていた。

【００３４】しかしながら、本実施の形態で腐食電位を
求めようとしている構造部材は、単なるステンレス鋼で
はなく、ステンレス鋼の上に微量の貴金属を析出させて
おり、しかも、析出した貴金属が、腐食電位に対してど
のような挙動をしているか不明である。そのため、数１
をそのまま用いて腐食電位を求めても、本実施の形態の
原子力プラントの実測腐食電位とは全く一致しない。そ
こで、本願発明者らは、研究の結果、析出した貴金属の
働きを解明することに成功し、その結果、貴金属が析出
した構造材の腐食電位は、下記数２の方程式を電位Ｅに
ついて解くことによって求めることができることを見い
だした。

【００３５】

【数２】

【００３６】ここで、ｉo_n(E)、ｉo_c(E)、ｉh_n(E)、ｉh
_c(E)、ｉc(E)は、いずれも電位Ｅの関数である。ｉo
_n(E)は、貴金属上の冷却水中の酸素、過酸化水素系が、
ある電位Ｅにおいて電子を奪う速度を電流で示したもの
である。ｉo_c(E)は、構造材上の冷却水中の酸素、過酸
化水素系が、ある電位Ｅにおいて電子を奪う速度を電流
で示したものである。ｉh_n(E)は、貴金属上の冷却水中
の水素がある電位Ｅで電子を供与する速度を、電流で示
したものである。ｉh_c(E)は、構造材上の冷却水中の水
素がある電位Ｅで電子を供与する速度を、電流で示した
ものである。ｉc(E)は、上述した数１のｉc(E)と同じで
あり、ある電位Ｅにおける、構造材（ステンレス鋼）の
電子供与速度を、電流で示したものである。

【００３７】なお、ｉo_n(E)およびｉh_n(E)の添え字のｎ
は、貴金属（ｎｏｂｌｅ ｍｅｔａｌ）を示す。また、
ｉo_c(E)およびｉh_c(E)の添え字のｃは、構造材（ｃｏｎ
ｓｔｉｔｕｔｉｏｎ）を示す。

【００３８】また、Ａは、Ａ＝（４δ）／（πｒ）で表
され、本実施の形態ではＡを反応速度倍率と呼ぶ。δ
は、監視対象部位の拡散層の厚さ、πは円周率、ｒは、
析出している貴金属粒子の平均半径である。θは、構造
材表面の単位面積あたりで、析出した貴金属粒子で被覆
されている面積、すなわち被覆率である。

【００３９】発明者らは、係数として反応速度倍率Ａを
用いた数２を導き出したことにより、貴金属が析出した
構造材の腐食電位を求めることを可能にした。数２をど
のように導き出したかについては、後ほど詳しく述べ
る。

【００４０】数２を用いて、腐食電位のシミュレーショ
ンを行う場合には、数２に含まれるｉo_n(E)、ｉo_c(E)、
ｉh_n(E)、ｉh_c(E)、ｉc(E)のうち、ｉo_n(E)、ｉo_c(E)、
ｉh_n(E)、ｉh_c(E)には、反応モデルについての反応速度
式から導き出される計算式を用いる。一方、ｉc(E)は、
後述する方法で求めた電流電位曲線を定式化したものを
用いる。

【００４１】そして、これらｉo_n(E)、ｉo_c(E)、ｉh
_n(E)、ｉh_c(E)、ｉc(E)をそれぞれ数２に代入すること
によって、数２を、電位Ｅ、酸素濃度、過酸化水素濃
度、水素濃度、流速、水力等価直径、ｒ、θ等を変数と
して含む方程式とする。この方程式に、入力データとし
て、酸素濃度、過酸化水素濃度、水素濃度、流速、水力
等価直径、ｒ、θ等を与えることによって、電位Ｅのみ
を変数とする方程式とする。最終的には、この方程式を
解き、この方程式を満たす電位Ｅを求めることにより、
腐食電位を得る。

【００４２】本実施の形態のコンピュ−タシステム３の
外部記憶装置３３等には、プログラムとして、予め、数
２を上述の変数（腐食電位、酸素濃度、過酸化水素濃
度、水素濃度、流速、水力等価直径、ｒ、θ等）を含ん
だ数式に変形した方程式が格納されている。

【００４３】また、コンピュータシステム３の外部記憶
装置３３等には、この方程式に与えるための酸素濃度、
過酸化水素濃度、水素濃度を求めるためのプログラムも
格納されている。このプログラムは、溶存酸素濃度検出
装置１５０、溶存過酸化水素濃度検出装置１５１、水素
濃度検出装置１５２の検出結果と、水素注入装置５の注
入水素量と、腐食電位をシミュレーションすべき監視対
象部位の放射線強度とに基づいて、放射線分解計算によ
り、その監視対象部位における冷却水の酸素濃度、過酸
化水素濃度、水素濃度を求める計算プログラムである。
この計算方法は、一般にラジオリシス計算コードと呼ば
れ、よく知られた計算方法であるので、ここでは、詳し
い説明は省略する。

【００４４】さらに、コンピュータシステム３の外部記
憶装置３３等には、上記方程式に与えるための析出して
いる貴金属の半径ｒ、貴金属の被覆率θの値を求めるた
めのプログラムも格納されている。このプログラムは、
予め実験により求めておいた、水素および貴金属化合物
注入条件等とｒおよびθとの関係に、本実施の形態の原
子力プラントの水素および貴金属化合物注入条件等を、
照らし合わせることによりｒ、θの値を求める。この方
法については、後ほど詳しく説明する。また、Ａの値に
含まれるδの値は、後述する数式により、流速、水力等
価直径等により求める。

【００４５】コンピュータシステム３のＣＰＵ３０は、
外部記憶装置３３等の格納されている上述の各プログラ
ムを読み込んでそれぞれ実行することにより、酸素濃
度、過酸化水素濃度、水素濃度、ｒ、θ等を求め、これ
を、上記方程式に代入して方程式を解き、腐食電位を求
める。なお、数２の方程式の解法は数値計算しかない。
本実施の形態では、ニュ−トン法によって該方程式を解
いた。

【００４６】ここで、数２の方程式のｉo_n(E)、ｉo
_c(E)、ｉh_n(E)、ｉh_c(E)、ｉc(E)、Ａ、θについてこれ
らの内容、および、これを導出してきた手順等を詳細に
説明する。

【００４７】まず、ｉh_n(E)、ｉh_c(E)について述べる。
上述したように、ｉh_n(E)は、貴金属上の冷却水中の水
素がある腐食電位で電子を供与する速度を、電流で示し
たものである。ｉh_c(E)は、構造材上の冷却水中の水素
がある電位Ｅで電子を供与する速度を、電流で示したも
のである。

【００４８】本実施の形態では、ｉh_c(E)として、Volme
r-Heyrovsky機構によって与えられる下記数３を用い
る。

【００４９】

【数３】

【００５０】ここで、 ａ＝k_h1 δ_H2 / 4 D_H2 ｂ＝−k_h1C_H2 ^*/2−k_h2［H⁺］/2−k_h3/2−k_h4 ［H⁺］ /
2 − k_h1 k_h3 δ_H2/2D_H2 ｃ＝ F k_h1 k_h3 C_H2 ^* − F k_h2 k_h4 ［H⁺］² k_h1 ＝ k_h1 ⁰ exp｛ a_h1 F ( E - E_h1 ⁰ ) / R T ｝ k_h2 ＝ k_h2 ⁰ exp{ -(1- a_h1 ) F ( E - E_h1 ⁰ ) / R T } k_h3 ＝ k_h3 ⁰ exp｛ a_h2 F ( E - E_h2 ⁰ ) / R T ｝ k_h4 ＝ k_h4 ⁰ exp｛ -(1- a_h2 ) F ( E - E_h2 ⁰ ) / R T
｝ k_h1 ⁰, k_h2 ⁰, k_h3 ⁰, k_h4 ⁰: 水素電子移動反応系各反応ス
テップの速度定数項 C_H2 ^* : 水素濃度(mol/ cm³) δ_H2 : 水素の拡散層厚(cm) D_H2 : 水素の拡散係数(cm²/s) a_h1, a_h2 : 水素電子移動反応系各反応ステップの遷移
係数 E_h1 ⁰ , E_h2 ⁰ : 水素電子移動反応系各反応ステップの標
準電極電位 (Vvs. SHE) E :電位（腐食電位） F :ファラデー定数 R :気体定数(8.32) T :絶対温度 ［H⁺］:絶対温度ＴにおいてＨ₂Ｏからかい離するH⁺の濃
度 である。

【００５１】Volmer-Heyrovsky機構は吸着水素原子を中
間体とする、連続した電子移動反応機構で進行する。こ
の機構に関しては，Vetterらにより詳細な取り扱いが試
みられている。 反応モデルは以下化１〜化３である。

【００５２】

【化１】

【００５３】

【化２】

【００５４】

【化３】

【００５５】ｉh_c(E)の速度式は、特開平０７−１７４
８８３号公報中で示されたｉｈと基本的に同じである
が、ｉh_c(E)の方がより条件を限定している速度式であ
る。

【００５６】上記化１〜化３の反応プロセスは次の３つ
の過程を示している。

【００５７】1) 分子状水素H₂の一つの水素原子がプロ
トンH⁺に酸化され、もう一方の水素原子Hが材料に吸着
する過程， 2) 材料に吸着した水素原子HがプロトンH⁺に酸化される
過程， 3) 水の解離反応である。

【００５８】一方、ｉh_n(E)は、上述したように貴金属
上の冷却水中の水素がある電位Ｅで電子を供与する速度
を、電流で示したものであるから、貴金属が水素電極反
応において触媒として働くことを考慮する必要がある。
貴金属の水素電極反応の触媒性は、貴金属上での水素の
電子移動反応速度が大きいためである。電子移動反応の
最大系では、速度式中に含まれる反応種の濃度項がネル
ンストの式と一致するため、ここでは、ネルンストの式
を用いて導き出した下記数４をｉh_n(E)として用いる。
このｉh_n(E)は、いわゆる完全可逆な電子移動反応系で
ある。これは、この電気化学系が有する，最も単純な速
度式の一つである。

【００５９】

【数４】

【００６０】ここで、 E_h ⁰ : 下記化４の水素電子移動反応系の標準電極電位で
ある。これはSHEそのものである(0Vvs. SHE)。

【００６１】また、数４のF、D_H2、δ_H2、C_H2 ^*、
［H⁺］、E、R、Tは、数３と同じである。

【００６２】

【化４】

【００６３】つぎに、ｉo_n(E)およびｉo_c(E)について説
明する。ｉo_n(E)は、貴金属上の冷却水中の酸素、過酸
化水素系が、ある電位Ｅにおいて電子を奪う速度を電流
で示したものである。ｉo_c(E)は、構造材上の冷却水中
の酸素、過酸化水素系が、ある電位Ｅにおいて電子を奪
う速度を電流で示したものである。上述した水素につい
てのｉh_n(E)、ｉh_c(E)は、貴金属上と構造材上とで、反
応速度が大きく異なるため、数３、数４で示したように
異なる扱いをする必要があるが、酸素、過酸化水素につ
いては、水素ほど大きな反応速度の変化はないと考えら
れる。そこで、本実施の形態では、ｉo_n(E)＝ｉo_c(E)＝
ｉ(E)と近似することにした。

【００６４】以下、このｉo_n(E)＝ｉo_c(E)＝ｉ(E)のｉ
(E)について詳細に説明する。

【００６５】ここでは、ｉ(E)を定める酸素および過酸
化水素の、電子移動反応および化学反応は、以下の化
５，化６，化７，化８，化９に示す過程を含んでいるも
のと仮定した。シミュレ−ションにおいては、化５〜化
９に示した個々の過程を素反応として扱った。

【００６６】

【化５】

【００６７】

【化６】

【００６８】

【化７】

【００６９】

【化８】

【００７０】

【化９】

【００７１】化５〜化９の相互関係を示したのが図３で
ある。図２０においては、化学式の一部を省略し、簡略
化して示している。

【００７２】なお、化５は、酸素の連続電子授受による
還元反応、および、酸素の電気化学的還元反応中間体と
しての過酸化水素の生成を示すものである。化６は、酸
素の電気化学的還元反応中間体としての過酸化水素の消
費過程、および、電気化学的な過酸化水素の分解反応過
程を示すものである。化７は、酸素の電気化学的還元反
応中間体としての過酸化水素の消費過程、および、酸素
の連続電子授受による還元反応、を示すものである。化
８は、酸素還元反応中間体過酸化水素の拡散過程での分
解反応である。化９は、構造材表面での過酸化水素の接
触分解反応過程を示すものである。

【００７３】電位Ｅにおける全反応の速度は、全電流密
度ｉ(A/cm²)で表される。ここで示した５つの過程（化
５〜化９）は、同時に進行するため、全電流密度ｉは、
下記数５で示される。

【００７４】

【数５】

【００７５】数５における、ｉ₁(E)、ｉ₂(E)、ｉ₃(E)、
ｉ₄(E)は、図２０中に示したｉ₁(E)、ｉ₂(E)、ｉ₃(E)、
ｉ₄(E)と対応したものである。数５においては、カソ−
ド反応（電子を受け取る反応）を正とした。

【００７６】従って、全電流密度ｉ(E)を全反応速度式
を用いて表すと、下記数６のようになる。

【００７７】

【数６】

【００７８】数６中の、Ｆはファラデー定数である。ｋ
₁、ｋ₂、ｋ₃、ｋ₂’は、後述する数１１、数１２、数１
３、数１４で示されるものである。

【００７９】数６には、酸素の界面濃度ＣAs、過酸化水
素の界面濃度ＣBs、および、電位Ｅが含まれている。酸
素、過酸化水素の界面濃度ＣAs、ＣBsは、実測すること
ができない。しかし、これらは、拡散についての微分方
程式を解くことで、酸素のバルクにおける濃度ＣA、過
酸化水素のバルクにおける濃度ＣB、の式として表現す
ることができる。

【００８０】以下において、酸素、過酸化水素の界面濃
度ＣAs、ＣBsを、バルクにおける濃度ＣA、ＣBで表すた
めの方法を述べる。

【００８１】構造材界面近傍における拡散は、線形拡散
である仮定すると、酸素、過酸化水素の拡散プロセス
は、数７、数８で表される。なお、ｘは、構造材界面か
らの距離であり、ｘ＝０は構造材界面の位置に相当す
る。

【００８２】

【数７】

【００８３】

【数８】

【００８４】ここに、Ａは酸素（Ｏ₂）、Ｂは過酸化水
素（Ｈ₂Ｏ₂）、Ｃｊはｊ化学種の濃度(ｍｏｌ／ｃ
ｍ³)、Ｄｊはｊ化学種の拡散係数(ｃｍ²／ｓ)、ｋ₅は拡
散過程における過酸化水素の分解速度定数(1/s)であ
る。

【００８５】また、構造材界面での物質収支（境界条
件）は、下記数９、数１０で表される。数９、数１０中
に含まれる文字式の詳細を、数１１、数１２、数１３、
数１４に示した。

【００８６】

【数９】

【００８７】

【数１０】

【００８８】

【数１１】

【００８９】

【数１２】

【００９０】

【数１３】

【００９１】

【数１４】

【００９２】ｋ₄は、材料表面での過酸化水素の分解速
度定数(cm/s)であり、ここでは、実際の材料表面に似せ
て作成した試料により実験により求めた数値６×１０^-3
(cm/s)を用いる。α₁，α₂，α₃は、各反応ステップ還
元方向の遷移係数である。プロトン濃度は、水の解離平
衡で決まる定数として取扱上問題はない。ｋ₁゜［Ｈ⁺］
⁴ (cm/s)，ｋ₂゜［Ｈ⁺］² (cm/s)，ｋ₂゜’(cm/s)，ｋ₃
゜［Ｈ⁺］² (cm/s)は、各反応ステップの速度に関する
定数項である。Ｅは、基準電極に対する構造材の電位
（Ｖ）である。Ｅ゜，Ｅ₁゜，Ｅ₂゜は、各反応ステップ
の標準電極電位(V)である。Ｆ，Ｒ，Ｔは、それぞれフ
ァラデ−定数、気体定数(8.32)、絶対温度である。

【００９３】腐食電位が時間的に定常状態レベルの情報
であることを勘案すれば、全反応速度式の導出は、定常
状態での取扱で充分であると考えられる。そのため、境
界条件として、以下の数１５〜数１９を採用することが
できる。

【００９４】

【数１５】

【００９５】

【数１６】

【００９６】

【数１７】

【００９７】

【数１８】

【００９８】

【数１９】

【００９９】ここで、δｊはｊ化学種の拡散層厚(cm)。
Ｃｊsはｊ化学種の材料界面（表面）濃度(ｍｏｌ／ｃｍ
³)。Ｃｊ^*はｊ化学種の冷却水沖合平衡濃度(ｍｏｌ／ｃ
ｍ³)である。

【０１００】以上の数７〜数１９から得られる連立方程
式を解くこととで、酸素、過酸化水素の界面濃度ＣAs、
ＣBsを、酸素、過酸化水素のバルク濃度ＣA、ＣBで書き
表すことができる。

【０１０１】数７〜数１９を用いて求めたＣAs、ＣBs
を、上記数６に代入した結果を、簡略化して表現したの
が、数２０である。

【０１０２】

【数２０】

【０１０３】該数２０中に含まれる文字、式の詳細は、
下記数２１〜数２５に示すとおりである。なお、Ξ₁、
Ξ₂は、濃度の次元を持つ項である（数２４，２５参
照）。

【０１０４】

【数２１】

【０１０５】

【数２２】

【０１０６】

【数２３】

【０１０７】

【数２４】

【０１０８】

【数２５】

【０１０９】下記数２６〜数３１は、数２１〜数２５に
含まれる文字、式の詳細を示したものである。

【０１１０】

【数２６】

【０１１１】

【数２７】

【０１１２】

【数２８】

【０１１３】

【数２９】

【０１１４】

【数３０】

【０１１５】

【数３１】

【０１１６】また、上記式中に含まれるｋ₁は、数１１
で定義されたものである。ｋ₂は数１２で定義されたも
のである。ｋ₂'は、数１３で定義されたものである。ｋ
₃は、数１４で定義されたものである。

【０１１７】以上により、本実施の形態の数２で用いる
ｉo_n(E)＝ｉo_c(E)＝ｉ(E)のｉ(E)を示すことができた。

【０１１８】つぎに、数２のｉc(E)について説明する。
ここでは、ｉc(E)として、予め実験により実測した電流
電位曲線を定式化したものを用いる。電流電位曲線の実
測方法としては、貴金属化合物を注入していない状態の
原子力プラントを用い、その腐食電位Ｅを図１８の電位
測定装置を用いて実測する。また、その腐食電位Ｅを測
定したときの酸素濃度、過酸化水素濃度、水素濃度、流
速等を測定もしくはラジオリシス計算コードにより推測
し、これをｉo(E)、ｉh(E)の計算式に代入することによ
り、ｉo、ｉhを計算により求める。このｉo、ｉhを数１
に代入することにより、ｉcを求める。これにより、腐
食電位Ｅと、そのときのｉcを求めることができる。こ
れを注入する水素濃度を変化させることにより、腐食電
位Ｅを変化させながら、複数の腐食電位Ｅについて行う
ことにより、ｉcとＥとの関係を示す電流電位曲線を得
ることができる。この電流電位曲線を定式化したものを
ここではｉc(E)として用いる。例えば、下記数３３のよ
うな数式を用いることができる。

【０１１９】

【数３３】

【０１２０】なお、ｉc(E)を求める際のｉo(E)の計算式
としては、数２０のｉ(E)を用いることができる。ま
た、ｉh(E)の計算式としては、数３のｉh_c(E)を用いる
ことができる。

【０１２１】つぎに、数２の反応速度倍率Ａ，θを説明
するために、発明者らが、数２をどのようにして導き出
してきたかをここで説明する。

【０１２２】まず、図２に構造材としてステンレス鋼を
用い、貴金属を注入していない原子力プラントの電流電
位曲線とそのときのＥＣＰを示す。また、図３に構造材
が白金板であるとした場合の電流電位曲線とそのときの
ＥＣＰを示し、図２と図３のＥＣＰを比較する。

【０１２３】図２において、ステンレス鋼上の水素の酸
化反応の理論電流電位曲線は、数３によって与えられる
ｉh_c(E)とした。また、酸素／過酸化水素混合系の電流
電位曲線は、数２０によって与えられるｉ(E)（＝ｉo
_c(E)）とした。ステンレス鋼の陽分極曲線（電流電位曲
線）は、上述の実測された腐食電位から逆算することに
よって求めたｉc(E)とした。ただし、炉内水素濃度は、
３７ｐｐｂ（給水系の注入水素濃度約３ｐｐｍ相当）で
ある。この水素注入した冷却水環境（ＨＷＣ）条件で酸
素／過酸化水素濃度は、それぞれ０．０４／８．７ｐｐ
ｂ水質に対応する。ＥＣＰ（腐食電位）は、その定義よ
り、構造材の電流値と水素の電流値との和が、酸素／過
酸化水素の電流値に一致する点の電位であるから、図２
中丸印で示した交点の交点の電位座標である。図２から
わかるように、水素の電流値ｉh_cはステンレス鋼の電流
値ｉcに比べかなり小さいことがわかる。なお、水素，
ステンレス鋼に関しては，電子を出す反応を正反応とし
ているため、電流符号のプラスが水素の酸化反応に対応
する。酸素／過酸化水素に関しては、電子を受け取る反
応を正としている。

【０１２４】一方、図３は、構造材が白金板（貴金属を
析出させた構造材ではなく，一枚の白金板）である場合
の水素および酸素／過酸化水素の理論電流電位曲線であ
る。水素の電流電位曲線ｉh_n(E)は、可逆系水素反応に
関する数４によるものである。酸素／過酸化水素の電流
電位曲線ｉo_n(E)は、上述のステンレス鋼の場合と同じ
く数２０によるｉ(E)とした。白金板上の酸素／過酸化
水素の電流電位曲線ｉo_n(E)は、厳密には、ステンレス
鋼上の電流電位曲線ｉo_c(E)とは異なるが、白金板上の
水素の電流電位曲線ｉh_n(E)が、ステンレス鋼の水素の
電流電位曲線ｉh_cとは大きく異なることに比べれば、酸
素／過酸化水素のｉo_n(E)の変化のオーダーは極めて小
さいため、ここでは、酸素／過酸化水素の電流電位曲線
ｉo_n(E)をステンレス鋼上と白金板上とで同じ数２０に
よって与えることにした。

【０１２５】図３からわかるように、白金板上の水素の
電流電位曲線ｉh_n(E)は、電位Ｅの変化に対して最大限
の反応速度（電流密度）を示し，電流値ｉh_nの立ち上が
りは急である。最終的には，可逆系の水素酸化反応速度
（電流密度）ｉh_nは微小な電位変化で，水素の濃度に比
例した限界電流値となって限界値に到達する。これは、
図２に示される水素の電流電位曲線ｉh_c(E)とは全く異
なる電位に対する応答である。これは、水素の電子移動
反応が、白金という触媒の存在により電気化学的な可逆
系になるためである。また、構造材である白金の電流電
位曲線ｉc(E)の電流値ｉcは、水素の電流電位曲線ｉh
_n(E)の電流値ｉh_nよりも２桁小さい数値となり無視でき
るため、図３では図示していない。よって、ＥＣＰは、
水素の電流電位曲線に大きく支配される挙動になる。す
なわち，図３の各電流電位曲線の交点がそれぞれの水質
に対応する白金のＥＣＰであり、ＥＣＰは水素濃度の増
大に伴い，急激に低下してゆくことがわかる。図３中矢
印で示したＥＣＰは水素濃度１６ｐｐｂ，酸素／過酸化
水素濃度がそれぞれ１０４／１１７ｐｐｂに対応するＥ
ＣＰである。水素濃度１６ｐｐｂ前後の微妙な濃度変化
に対する電流電位曲線の交点の電位座標変化は急激であ
り，水素反応の可逆化がいかにＥＣＰを低下させる力に
なっているかがわかる。図２の水素濃度，酸素／過酸化
水素濃度と図３のそれぞれの濃度を比較しても水素反応
の可逆化がＥＣＰに与える影響が大きいことがわかる。

【０１２６】この図３の方法で、すなわち、水素の電流
電位曲線ｉh_n(E)として電気化学的な可逆系から導いて
きた数４を用いる方法で、ＥＣＰを模擬的にシミュレー
ションした結果を図４に純白金板のグラフとして示す。
条件としては、酸素濃度を５０ｐｐｂで一定にし、水素
濃度を１から１００ｐｐｂまで変化させた。そして、計
算したＥＣＰを縦軸に、［Ｈ₂］／［Ｏ₂］モル比を横軸
にとり、図４に示した。これまで［Ｈ₂］／［Ｏ₂］モル
比が２レベルになると白金のＥＣＰが理論水素電極電位
を示すことが実験的に確かめられている。図４の純白金
のシミュレーションの結果のグラフは、［Ｈ₂］／
［Ｏ₂］モル比が２レベルから理論水素電極電位に近い
値をとっている。このことから、上記数４を水素の電流
電位曲線として用いることにより、白金板上のＥＣＰが
シミュレーションできているが確認できた。

【０１２７】つぎに、発明者らは、原子力プラントの冷
却水に貴金属化合物を注入して貴金属を析出させた構造
材（ＮＭＣＡ処理材）について、水素反応の可逆性の変
化を考慮したＥＣＰシミュレーションフロー（図５）に
より、シミュレーションすることを試みた。すなわち、
貴金属上の水素の電流電位曲線として上述の数４を用
い、かつ、貴金属の被覆率θを考慮するものである。具
体的には、貴金属が析出していないステンレス鋼上での
水素の電流電位曲線を数３のｉh_c(E)で与え、貴金属上
の水素の電流電位曲線を数４のｉh_n(E)で与え、それぞ
れ被覆率θと（１−θ）を係数とする。これを数式に表
すと数３２のようになる。数３２の方程式をＥについて
解くことにより、腐食電位Ｅをシミュレーションした。
ただし、数３２において酸素／過酸化水素の電流電位曲
線は、貴金属上もステンレス鋼上を数２０で与え、構造
材の電流電位曲線は、貴金属の腐食はほとんどないとし
て、ステンレス鋼部分のみを（１−θ）・ｉc(E)で与え
た。

【０１２８】

【数３２】

【０１２９】この数３２を用いるシミュレーション方法
で、被覆率θを０．００１、０．０１、０．１の３種類
でそれぞれＥＣＰを求めた結果を図４のグラフに示す。
図４からわかるように、このシミュレーション結果は、
最も被覆率の高いθ＝０．１のＮＭＣＡ処理材でも、
［Ｈ₂］／［Ｏ₂］モル比が１５以上にならないとＥＣＰ
が水素電極電位まで近づかない。被覆率θ＝０．０１，
０．００１の条件では、ＥＣＰの低下加速効果は現れな
い。したがって、このシミュレーション結果は、極わず
かな貴金属の析出で急激にＥＣＰが低下するという実測
結果とは一致しないことがわかった。これは、このよう
な被覆率θと、貴金属上での水素反応の可逆化（数４）
とを考慮するのみでは、貴金属を析出させた構造材（Ｎ
ＭＣＡ処理材）のＥＣＰ低下の加速効果は説明できない
ことを示している。よって、水素反応の可逆性以外の因
子が見落されていると発明者らは考えた。

【０１３０】ＮＭＣＡ処理材は、白金等貴金属でメッキ
されるというようなレベルのものではなく，１ｃｍ²あ
たり，マイクログラム前後の貴金属付着にすぎない。こ
れまでの評価実験では、析出している貴金属粒子は、観
測することすら困難なレベルの大きさの粒子であった。
したがって、メッキのような析出形態とは明らかに異な
る。このことと、全体が白金板の構造材についてのシミ
ュレーションが上述の数４を用いた方法で成功したこと
と考え合わせると、貴金属の被覆率θが極小であること
を考慮していないためにＮＭＣＡ処理材でのシミュレー
ションがうまくいかないと考えられる。

【０１３１】そこで、発明者らは、ＮＭＣＡ処理により
構造材表面に付着した貴金属がミクロ電極挙動を示すと
仮定して，ＮＭＣＡ処理材のＥＣＰシミュレーションを
行うことにした。析出している貴金属がミクロ電極挙動
を示すと考えた根拠は，ＮＭＣＡ処理材上の貴金属が観
察困難なレベルであること，付着量がマイクログラムレ
ベルであること，分散して付着していることなどから，
付着貴金属は小さく，拡散層厚よりも充分小さいと考え
られるためである。電極反応では、定常拡散層厚より
も、電極サイズが小さくなると，電極への酸素，水素等
の供給プロセスに変化が生じる。ミクロ電極表面の物質
移動に関する取り扱いは今日，Aoki, Osteryoungらによ
り定量化，体型化されている((K.Aoki and J.Osteryoun
g, J.Electroanal.Chem.,122, pp19-35(1981)), (L.Si
nru , J.Osteryoung, J.J.O'Dea, and R.Osteryoung, A
nal.Chem.,60,pp1135-1141(1988)))。

【０１３２】ミクロ電極は、拡散層厚よりも電極径が小
さくなるに従い，表面への物質移動は一方向からの拡散
ではなく，３次元拡散の形態になってゆく挙動を示す。
すなわち、図６に示したようにミクロ電極が電子のやり
とりをする機能，すなわち電極として働くときの電極表
面への物質拡散は、３次元拡散になっていく。

【０１３３】Ａｏｋｉらミクロ電極に関する解析結果に
よると、図８のように、電極径ｒが小さくなり，３次元
拡散の形態に変化してゆくと、拡散限界電流（反応速
度）ｉ₃は、図８の８１式のように表される。８１式に
おいて、定常状態（時間ｔ＝∞）場合、ｉ₃は、ｉ₃＝４
ｎＦＤＣ°ｒとなる。ただし、このモデルでは、ミクロ
電極を厚みのない半径ｒの円形と仮定している。このよ
うな厚みのない形状であっても、電極反応は３次元拡散
反応である。

【０１３４】一方、線形拡散の場合、一般的に知られて
いるように、定常状態の拡散限界電流ｉ_Lは、 ｉ_L＝ｎＦＤＣ°（πｒ²）／δ である。

【０１３５】したがって、ミクロ電極（３次元拡散）の
場合の拡散限界電流は、通常の線形拡散の場合の反応速
度のｉ₃／ｉ_L＝４δ／（πｒ）倍となる。よって、ミク
ロ電極上では、線形拡散の拡散形態と比べ，物質供給速
度が非常に大きくなる。例えば、δ＝０．００１ｃｍ，
ｒ＝０．１μｍとすれば４δ／（πｒ）＝１２７０にな
る。これは，ＮＭＣＡ処理材上の析出貴金属粒子がミク
ロ電極として機能した場合、析出貴金属粒子の半径をｒ
とすると、反応速度はこれまで取り扱った速度式の４δ
／（πｒ）倍，すなわち１２７０倍になることを意味す
る。本実施の形態では、この４δ／（πｒ）を反応速度
倍率Ａと定義する。

【０１３６】なお、析出した貴金属粒子（Ｎｏｂｌｅ
Ｍｅｔａｌ）の表面積をθ１とすると、構造材が、貴金
属粒子によって被覆される面積θは、図７のように、 θ＝θ１×（単位面積当たりの貴金属粒子の個数） となる。本モデルではこの面積θを被覆率（θ＝θ／単
位面積）と定義するつぎに、本発明者らは、析出した貴
金属粒子がミクロ電極として機能すると仮定し、ＥＣＰ
のシミュレーションを試みた。

【０１３７】貴金属粒子が析出した構造材（ＮＭＣＡ処
理材）において、貴金属粒子がミクロ電極として機能す
ると仮定した場合に、貴金属粒子が析出した構造材上の
電子ドナーとアクセプタを整理すると、図９のようにな
る。冷却水中の電子ドナーの水素は、析出した貴金属粒
子の上では可逆反応であるため、反応速度（電流値）は
数４のｉh_nで表される。一方、構造材（ステンレス鋼）
上では非可逆であるため、反応速度は、数３のｉh_cで表
される。また、もう一つの電子ドナーである構造材の反
応速度は、上述のｉcで表すことができる。電子アクセ
プタである酸素／過酸化水素の反応速度は、貴金属粒子
上では、ｉo_nで表され、構造材上では、ｉo_cで表され
る。このとき、ミクロ電極として機能する貴金属粒子上
の反応速度は、上述のように反応速度倍率Ａ＝４δ／
（πｒ）であるため、係数として、Ａをかける必要があ
る。また、貴金属粒子の面積は、被覆率θで表され、貴
金属粒子で被覆されていない構造材の面積は（１−θ）
であるから、これらも係数とする必要がある。

【０１３８】したがって、係数をかけた電子ドナーとア
クセプタの反応速度の関係は、図９に示したように、貴
金属粒子上では、電子を出す側の水素の反応速度ｉh
_nも、電子を奪う酸素／過酸化水素の反応速度ｉo_nもＡ
θ倍になる。一方、構造材上では、電子を出す側の水素
の反応速度ｉh_cおよび構造材の反応速度ｉc、ならび
に、電子を奪う酸素／過酸化水素の反応速度ｉo_cに、
（１−θ）倍の係数がかかることになる。これを、数式
に表したものが、上述の数２である。ここで、ｉh_nとｉ
h_cの差が非常に大きいため、ｉo_c＝ｉo_nとしてもＥＣＰ
のシミュレーション結果に大きな影響を与えないため、
本実施の形態では上述の数２の説明で述べたようにｉo_c
＝ｉo_n＝ｉ(E)とする。ｉ(E)は数２０で与える。また、
ｉh_cは、上述したように数３で、ｉh_nは数４で与える。
ｉcは、数３３のような実測した腐食電位から逆算で求
めた電流電位曲線を定式化したものを用いる。

【０１３９】数２を用いて、模擬的にＥＣＰをシミュレ
ーションした結果を図１１に示す。シミュレーション条
件としては、酸素濃度を５０ｐｐｂで一定にし、水素濃
度を１から１００ｐｐｂまで変化させた。貴金属粒子の
半径ｒは、０．１μｍで一定にした。被覆率θは、０．
１、０．０１、０．００１、０．０００１とした。図１
１からわかるように、被覆率０．１から０．００１まで
のＥＣＰはほとんど図４に示した白金板の構造材のＥＣ
Ｐ挙動に一致する。また、被覆率０．０００１のＥＣＰ
においてはモル比が１５以降で理論水素電極電位に一致
する。また、図１１のＥＣＰの変化は、ミクロ電極機能
を考慮していない数３２を用いた図４のＥＣＰの変化と
は明らかに異なる。この図１１のＥＣＰの変化は、極わ
ずかな貴金属の析出で急激にＥＣＰが低下するという実
測結果と一致しており、ミクロ電極機能を考慮した数２
を用いることにより、ＭＮＣＡ処理材に生じるＥＣＰ低
下加速現象がシミュレーションできることが確かめられ
た。

【０１４０】実際の原子力プラントについて、数２を用
いてＥＣＰシミュレーションを行う場合には、ＥＣＰを
シミュレーションする部位の被覆率θおよび析出した貴
金属粒子の半径ｒが必要である。しかしながら、析出し
た貴金属粒子は、観察が困難であるほど量がわずか粒径
も小さいため、本実施の形態では、つぎのようにしてθ
とｒを見積もることにした。

【０１４１】まず、原子力プラントのＥＣＰをシミュレ
ーションすべき部位（監視対象部位）の水質と、温度を
求める。水質としては、酸素濃度、過酸化水素濃度、水
素濃度、貴金属化合物の濃度をパラメータとする。酸素
濃度、過酸化水素濃度、水素濃度は、溶存酸素検出装置
１５０および過酸化水素検出装置１５１等の出力、水素
注入装置５の注入水素等の出力に基づき、ラジオリシス
計算コードから求める。貴金属化合物濃度は、貴金属化
合物注入装置１６０の注入量から求める。これら水質と
温度を実験室で再現して模擬環境を形成し、これに構造
材の試験片を接触させ、腐食電位を実測する。ただし、
流速は、予め定めた模擬環境として実施可能な一定値
（ここでは１ｃｍ／ｓ）に設定にする。

【０１４２】一方、上述模擬環境の酸素濃度、過酸化水
素濃度、水素濃度、温度、流速、ならびに、予め定めて
おいた数値の被覆率θ、半径ｒを数２に代入し、数２を
電位Ｅについて解くことにより、腐食電位Ｅを計算によ
り求める。これにより、上記被覆率θ、半径ｒと腐食電
位Ｅとの関係を求めることができる。この計算を、予め
定めておいた範囲の被覆率θ（θ₁＜θ＜θ_n）、およ
び、半径ｒ（ｒ₁＜ｒ＜ｒ_n）の各組み合わせについて行
うことにより、被覆率θの半径ｒのｎ個×ｎ個の組み合
わせについての腐食電位を求める。

【０１４３】そして、上述の模擬環境の実験により実測
した腐食電位を、被覆率θの半径ｒのｎ個×ｎ個の組み
合わせについての計算により求めた腐食電位と比較し、
最も実測値の腐食電位に近い腐食電位を与える被覆率θ
の値と半径ｒの値との組み合わせを見つける。これによ
り、この被覆率θの値と半径ｒの値とが、実際の原子力
プラントの監視対象部位の被覆率θの値と半径ｒの値で
あると見積もることができる。

【０１４４】なお、上述の模擬環境におけるＥＣＰ挙動
が、実際のＥＣＰ挙動を再現していることを確認するた
めに模擬環境のＥＣＰの測定を行った。

【０１４５】測定は，外部銀塩化銀電極，及び白金線を
用いて行い、水素電極電位の指示値を基に，通例に従い
処理材のＥＣＰを標準水素電極電位（ＳＨＥ）に換算し
た表示とした。図１５に、処理時間（貴金属化合物を含
む再現冷却水に構造材を接触させた時間）５０時間の構
造材試料の電位の経時変化を貴金属化合物（硝酸パラジ
ウム）の濃度ごとに示す。析出する貴金属は、パラジウ
ムである。また、構造材試料としては、ＳＵＳ３０４鋼
を用いた。図１５のように、本模擬環境条件下において
は硝酸パラジウム濃度１ｐｐｍの場合、構造材が純白金
板の時のＥＣＰとほぼ同様の挙動が現れた。なお、図１
５において、横軸は計測時間とそれぞれの時間領域にお
けるＤＯ／ＤＨすなわち溶存酸素濃度／溶存水素濃度条
件を示す（ただし、図１５において過酸化水素濃度は０
としている）。また、図１６に、処理時間１００の構造
材試料の電位の経時変化を貴金属化合物（硝酸パラジウ
ム）濃度ごとに示す。図１６においても、図１５に示さ
れる結果と同様に，硝酸パラジウム濃度１ｐｐｍにおい
て，構造材が純白金板の時のＥＣＰとほぼ同様の挙動が
現れた。横軸は同様に計測時間とそれぞれの時間領域に
おけるＤＯ／ＤＨすなわち溶存酸素濃度／溶存水素濃度
条件を示す（ただし、図１６において過酸化水素濃度は
０としている）。これにより、模擬環境におけるＥＣＰ
挙動が、実際のＥＣＰ挙動を再現していることを確認す
ることができた。

【０１４６】また、上述の方法で求めた貴金属粒子の半
径ｒおよび被覆率θから、析出している貴金属粒子の厚
さを求めることにより、貴金属粒子がミクロ電極として
機能するオーダーのサイズになっているかどうかを以下
のように確認した。

【０１４７】まず、上述の電位測定に用いた構造材試料
を５〜１０分間王水に浸漬すことにより、表面に付着し
ているパラジウムを表面の酸化皮膜ごと溶解する。次に
原子吸光光度法によりこの溶解液中のパラジウム量、つ
まり構造材試料表面に付着した全パラジウム量を測定
し、単位面積あたりの付着量を算出した。

【０１４８】この方法により、図１５，１６の測定に使
用した１ｐｐｍの硝酸パラジウム処理の構造材試料に析
出しているパラジウム量を測定したところ、それぞれ
０．８μｇ／ｃｍ²，１．０μｇ／ｃｍ²であった。これ
はパラジウムの密度を１２ｇ／ｃｍ³とすれば，それぞ
れが１ｃｍ²をまんべんなく層として被覆しているとし
た仮定した場合、析出しているパラジウムの層厚はそれ
ぞれ６．６７×１０^-8ｃｍ，８．３３×１０^-8ｃｍにな
る。実際のパラジウム析出層は、顕微鏡観察でも確認困
難なレベルに細かく分散していること，ミクロ電極機構
によるＮＭＣＡによるＥＣＰ低下効果が、被覆率０．０
００１レベルで明確に現れることを考慮すれば、実際の
平均析出層厚は、上記まんべんなく被覆しているとした
場合の層厚を被覆率θで割ることにより求められる。

【０１４９】１ｐｐｍ硝酸パラジウム処理されたこれら
構造材試料について、上述の計算方法で求めた被覆率θ
およびｒは、θ＝０．００１程度、ｒ＝０．５μｍ程度
である。よって、被覆率θ＝０．００１から求められる
析出パラジウムの平均層厚は、それぞれ６．６７×１０
^-8ｃｍ，８．３３×１０^-8ｃｍを０．００１で割った
６．６７×１０^-5ｃｍ，８．３３×１０^-5ｃｍとなる。
これは上述の平均半径ｒ＝０．５μｍ（５×１０^-5ｃ
ｍ）と同じオーダーの値であり、ミクロ電極として機能
する大きさになっていることが確認できた。

【０１５０】なお、上述の模擬環境により構造材試料に
貴金属（パラジウム）を付着させる前後に、構造材重量
を測定することにより、付着した貴金属の重さを測定し
た結果を図１３に示す。図３において、１００ｐｐｂお
よび１ｐｐｍの高濃度硝酸パラジウムの条件で、付着後
の重量が付着前よりも減少しているのは、貴金属化合物
として硝酸パラジウムを用いているために、硝酸イオン
の影響で水のＰＨが約３近くまで（室温付近での評価）
低下し、構造材のステンレス鋼を溶かし、これによる重
量減少が、付着による重量増加よりも大きいためである
と考えられる。図１３のデータは２つづつのサンプル値
を示している。また、図１４は、上述の王水を用いるて
付着したパラジウムを溶解して測定したパラジウムの付
着量を示したものである。これより，本試験条件下にお
いて硝酸パラジウムの濃度，処理時間が長いほど貴金属
付着量が高いことが示された。以上の各評価項目および
処理条件をまとめると図１２のようになる。

【０１５１】上述してきたように、本実施の形態のシミ
ュレーションに用いる数２では、貴金属がミクロ電極と
して機能することを考慮して、Ａ＝（４δ）／（πｒ）
およびθを係数として用いることにより、貴金属化合物
の注入により貴金属を析出させた構造材の腐食電位（Ｅ
ＣＰ）がシミュレーションできる理由を明らかにでき
た。また、Ａを求めるために必要なパラメータである
ｒ、およびθを求める方法も明らかにできた。

【０１５２】したがって、実際の原子力プラントの監視
対象部位の腐食電位をシミュレーションする場合には、
数２に、上述の方法で求めたｒ、θを代入し、ｉo_n(E)
＝ｉo_c(E)としてｉ(E)（数２０）を代入し、また、ｉh_n
(E)（数４）、ｉh_c(E)（数３）を代入し、ｉcとして数
３３のような実測から逆算した数式を代入する。ｉ(E)
（数２０）、ｉh_n(E)（数４）、ｉh_c(E)（数３）には、
必要な監視対象部位の水素濃度、酸素濃度、過酸化水素
濃度、温度、流速、拡散層厚等の必要なパラメータを代
入する。水素濃度、酸素濃度、過酸化水素濃度は、すで
に説明したラジオリシス計算プログラムにより、溶存酸
素濃度検出装置１５０、溶存過酸化水素濃度検出装置１
５１、水素濃度検出装置１５２の検出結果と、水素注入
装置５の注入水素量と、監視対象部位の放射線強度とに
基づいて求めた値を用いる。温度、流速は、監視対象部
位についての実測値または設計値を用いる。なお、拡散
層厚δは、下記数３４により求めた値を用いる。

【０１５３】

【数３４】

【０１５４】数３４において、ｖは流速(cm/s)，Ｄは拡
散係数(ｃｍ²/s),νは動粘性係数（ｃｍ²/s),ｄは水力
等価直径（cm),ｊは各化学種である。

【０１５５】これらを代入した数２の方程式を電位Ｅに
ついて解くプログラムをＣＰＵ３０に実行させることに
より、腐食電位Ｅを求めることができる。なお、ｉ(E)
（数２０）、ｉh_n(E)（数４）、ｉh_c(E)（数３）にふく
まれるに遷移係数、速度定数、拡散係数、標準電極電位
等の電気化学パラメ−タは、予めプログラム中に定数と
して書き込んでおく。なお、本実施の形態においては、
ニュートン法を用いて、数２の方程式を解いている。

【０１５６】本実施の形態の運転監視システムによっ
て、腐食電位のシミュレ−ションを実際に行った。

【０１５７】原子力プラントのタイプは、ＢＷＲ−３タ
イプであり、腐食電位をシミュレーションする監視対象
部位は、炉底部である。貴金属化合物としては、硝酸白
金が５０ｐｐｂレベルになるように注入されている。注
入は、プラント定格運転前に貴金属化合物注入装置１６
０により再循環系１０から実施する。これにより、原子
炉内の構造物に白金粒子を析出させた。

【０１５８】監視対象部位の構造物の白金の被覆率θ
は、上述の方法により０．００１から０．０００１、析
出している白金粒子の平均代表半径ｒは１μｍと求めら
れた。監視対象部位の温度は２８０℃，線流速２ｍ／
ｓ，水力等価直径２０ｃｍである。また、酸素，過酸化
水素，水素濃度はそれぞれラジオリシス計算コードより
もとめた値を用いた。

【０１５９】この条件で貴金属粒子のミクロ電極機能を
考慮した数２を用いて、腐食電位のシミュレ−ションプ
ログラムにより、腐食電位をシミュレーションした。そ
の結果を、図１に示す。図１の横軸には、水素注入装置
５から注入する水素濃度をとった。また、比較例とし
て、貴金属を注入しない単一水素注入の場合のＥＣＰシ
ミュレーション結果を合わせて示した。

【０１６０】図１より明らかなように，単一の水素注入
の場合には、ＥＣＰは、給水水素濃度０．５ｐｐｍ以上
においても緩やかな低下しか現われない。これに対し
て、貴金属注入した場合は、給水水素濃度が０．５ｐｐ
ｍにおいてすでに理論水素電極電位まで構造材料のＥＣ
Ｐが低下していることが示された。この結果から、この
条件で貴金属を注入した場合、給水水素濃度は０．５ｐ
ｐｍで充分であることがわかった。これに基づき、水素
注入装置５から水素を注入した。

【０１６１】つぎに、貴金属化合物として硝酸パラジウ
ムを注入した場合の腐食電位についてシミュレーション
を行った。

【０１６２】原子力プラントのタイプは、ＢＷＲ−３タ
イプであり、ＥＣＰをシミュレーションする監視対象部
位は、炉底部である。硝酸パラジウム等は、貴金属化合
物注入装置１６０により再循環系１０から注入する。注
入時は、燃料棒を抜き，炉水の電気伝導度をモニタリン
グしながら実施する。貴金属注入しない場合の炉底部の
腐食電位は、給水水素濃度０．５ｐｐｍ付近まで、ほと
んど低下しない。貴金属注入した腐食電位のシミュレー
ション結果は、給水水素濃度０．５ｐｐｍで約−５００
ｍＶ（ｖｓ．ＳＨＥ）であった。これは中性子計装管７
（図１８）内でボトムヘッド領域に設置されたＥＣＰセ
ンサの実測結果−４５０ｍＶ（ｖｓ．ＳＨＥ）とも対応
していることから，炉底部の腐食環境緩和は給水水素濃
度０．５ｐｐｍで、応力腐食割れを防止できる完全な腐
食環境緩和領域に到達していることが示された。

【０１６３】しかしながら、構造材には酸化被膜生成の
ためにある程度の酸化剤が必要である。炉底部に着目し
た場合−５００ｍＶのＥＣＰは、酸化被膜生成を考慮す
ると必ずしも最適な条件とは言えない面がある。極低Ｅ
ＣＰ領域においては，炉水がよどんだすき間部等にクラ
ッドが蓄積し，詰まり等の可能性等が発生するためであ
る。そのため、腐食電位は、構造材に応力腐食割れを生
じないようにするための敷居値である−２００ｍＶより
も低く、しかも、構造材表面に酸化被膜を生成するため
に必要な−４５０ｍＶよりも高くすることが望ましい。
なお、このときの構造材の温度は、原子炉内構造物およ
び原子炉周辺の配管の通常の温度（２７０〜２８８℃程
度）である。

【０１６４】この原子力プラントの場合、給水水素濃度
を０．３ｐｐｍにすることにより、炉底部ＥＣＰは−３
００ｍＶ（ｖｓ．ＳＨＥ）レベルにすることができる。
この電位ではステンレス鋼，インコネル鋼の粒界型応力
腐食割れが充分抑制される条件にある。これらのシミュ
レーション結果から、定常運転条件として給水水素濃度
０．３ｐｐｍを決定することができた。これに基づき水
素注入装置５から水素を注入した。

【０１６５】上述してきたように、本実施の形態では、
貴金属化合物の注入によりＥＣＰが低下する機構を明ら
かにし、これに基づいてＥＣＰシミュレーションのため
の新たな方程式を提供することができた。具体的には、
貴金属粒子が微量析出した構造材料においては、貴金属
がミクロ電極挙動を示し、貴金属上での酸素，水素，過
酸化水素の反応が、通常の線形拡散と異なる３次元拡散
を基本にした拡散挙動で支配されることを明らかにし
た。これに基づき、ミクロ電極挙動によるＥＣＰ解析の
ために，単位面積当たりの被覆率θおよび析出貴金属粒
子の代表半径ｒとを考慮し、ＥＣＰシミュレーションの
方程式に、Ａ＝（４δ）／（πｒ）およびθという係数
を導入した数２を提供することができた。

【０１６６】また、この数２により、貴金属化合物を注
入した原子力プラントの腐食電位をシミュレーションす
ることを可能にした。

【０１６７】これにより，本実施の形態の原子力プラン
ト監視システムは、監視対象部の貴金属粒子が析出した
構造材料のＥＣＰを計算で求めることができるため，貴
金属化合物を注入した水素注入環境における原子力プラ
ント材料のＥＣＰ低減効果を計算でもとめられるように
なった。この計算結果に基づき、適切な水素注入条件を
得ることができ，信頼性の高い原子力プラント一次冷却
系への金属化合物注入および原子力プラント一次冷却系
運用管理を行うことができる。なお、計算結果に基づき
ＥＣＰ低下のために冷却水に注入する物質としては、水
素のみに限られるものではない。たとえば、貴金属化合
物を注入することや、水素と貴金属化合物の両方を注入
することが可能である。

【０１６８】なお、上述の実施の形態において、被覆率
θおよび貴金属粒子の半径ｒを見積もる際に、流速を予
め定めた一定値（ここでは１ｃｍ／ｓ）に固定した模擬
環境を用いているが、析出する貴金属粒子の半径ｒは、
流速に依存する可能性がある。すなわち、析出する貴金
属粒子の半径ｒは、流速が大きくなるほど小さくなる可
能性がある。したがって、被覆率θおよび貴金属粒子の
半径ｒを見積もる際には、実際の流速に近い模擬環境を
形成して、上述の方法で被覆率θおよび半径ｒを見積も
りを行うことが望ましい。また、予め、複数段階に流速
をかえた模擬環境で、上述の腐食電位の測定と、腐食電
位のシミュレーションを行い、流速と半径ｒと被覆率θ
との関係を求めておくようにすることもできる。

【０１６９】また、上述の実施の形態では、ミクロ電極
の反応速度倍率Ａを求める際に、厚さのない半径ｒのデ
ィスク型のミクロ電極の３次元拡散限界電流を用いた
（図８）。しかしながら、実際の貴金属粒子ｒは、厚さ
があるため、ディスク型のミクロ電極の３次元拡散限界
電流よりもさらに大きな電流となっている可能性があ
る。したがって、実際のＥＣＰは、図１のようにシュミ
レーションで求めたＥＣＰよりもさらに少し低くなって
いると思われる。水素の注入量または貴金属の注入量を
定める際には、それを考慮して少なめの水素流入量また
は貴金属の注入量を決定するようにすることもできる。

【０１７０】また、上述の実施の形態では、ｉo_n(E)＝
ｉo_c(E)＝ｉ(E)として数２０のｉ(E)を用いたが、本実
施の形態で用いることのできるｉ(E)は、数２０で与え
られる反応速度式に限定されるものではない。例えば、
実験により模擬環境で実測した酸素／過酸化水素の電流
電位曲線を定式化したものや、上述の本実施の形態でｉ
c(E)を求める際に用いたような実測とシミュレーション
とを組み合わせた方法により電流電位曲線を定式化した
ものを用いることができる。また、ｉo_n(E)およびｉo
_c(E)は、本実施の形態ではシミュレーションへの影響が
少ないとしてｉo_n(E)＝ｉo_c(E)としたが、ｉo_n(E)およ
びｉo_c(E)にそれぞれ構造材の材質を考慮した異なる反
応速度式を用いることが可能である。

【０１７１】また、ｉh_n(E)、ｉh_c(E)についても数４、
数３に限られるものではなく、構造材の材質を考慮した
反応速度式であればそれを用いることができる。

【０１７２】なお、上述の実施の形態では、貴金属化合
物注入装置１６０から白金化合物またはパラジウム化合
物を注入する構成であったが、これら以外の貴金属化合
物、例えば、ロジウム化合物、イリジウム化合物、ルテ
ニウム化合物等を注入する構成にすることももちろん可
能である。

【０１７３】上述してきたように本実施の形態によれ
ば、炉水に貴金属化合物を注入した原子力プラントの腐
食電位を高精度に求めることのできるシミュレーション
方法を提供することができる。従って、水素注入等によ
る、腐食環境緩和効果、応力腐食割れの進展速度の変化
等を、腐食電位に基づいて理論的に検討することが可能
になる。つまり、プラントの運転条件を、腐食環境緩和
という観点から、理論的に検討した上で決定することが
できる。そのため、高精度、高信頼性のプラント運転が
可能となる。

【０１７４】

【発明の効果】本発明によれば、炉水に貴金属化合物を
注入した原子力プラントの腐食電位を高精度に求めるこ
とのできるシミュレーション方法を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態の原子炉プラント監視シ
ステムによりシミュレーションした、貴金属注入した原
子炉構造材の腐食電位（ＥＣＰ）と注入水素濃度との関
係を示すグラフ。

【図２】貴金属注入していない原子炉の構造材（ステン
レス鋼）の電流電位曲線、酸素／過酸化水素の電流電位
曲線、水素の電流電位曲線を示すグラフ。

【図３】原子炉構造材が白金板である場合の構造材の電
流電位曲線、水素の電流電位曲線を示すグラフ。

【図４】貴金属注入した原子炉の構造材の腐食電位（Ｅ
ＣＰ）を、ミクロ電極機能を考慮せずにシミュレーショ
ンした場合のＥＣＰと［Ｈ₂］／［Ｏ₂］との関係を示す
グラフ。

【図５】貴金属注入した原子炉の構造材の腐食電位（Ｅ
ＣＰ）をシミュレーションする場合に水素反応の可逆系
を考慮する考え方を示す説明図。

【図６】本発明の一実施の形態の原子炉プラント監視シ
ステムの腐食電位のシミュレーション方法において用い
る、析出貴金属のミクロ電極機能を説明する説明図。

【図７】本発明の一実施の形態の原子炉プラント監視シ
ステムの腐食電位のシミュレーション方法において用い
る、析出貴金属のミクロ電極のモデル形状を示す説明
図。

【図８】図７の形状のミクロ電極の３次元拡散限界電流
と、反応速度倍率とを示す説明図。

【図９】本発明の一実施の形態の原子炉プラント監視シ
ステムの腐食電位のシミュレーション方法において、電
子の供受の関係およびその係数を示す説明図。

【図１０】本発明の一実施の形態の原子炉プラント監視
システムの腐食電位のシミュレーション方法がミクロ電
極機能を考慮していることを示す説明図。

【図１１】本発明の一実施の形態の原子炉プラント監視
システムの腐食電位のシミュレーション方法により、貴
金属の析出した構造材の腐食電位を模擬的に計算した結
果を示すグラフ。

【図１２】本発明の一実施の形態において模擬環境の構
造材試料について行った評価およびそのときの処理条件
を示す説明図。

【図１３】本発明の一実施の形態において模擬環境の構
造材試料について行った重量変化の測定結果を示すグラ
フ。

【図１４】本発明の一実施の形態において模擬環境の構
造材試料について行った貴金属付着量の測定結果を示す
グラフ。

【図１５】本発明の一実施の形態において模擬環境の構
造材試料について行った電位測定の結果を示すグラフ。

【図１６】本発明の一実施の形態において模擬環境の構
造材試料について行った電位測定の結果を示すグラフ。

【図１７】本発明の一実施の形態の原子炉プラント監視
システムの腐食電位のシミュレーション方法によりシミ
ュレーションした、パラジウムを注入した原子炉の炉底
部の腐食電位を示す説明図。

【図１８】本発明の一実施の形態の原子炉プラント監視
システムおよびこれを取り付けた原子炉プラントの構成
を示すブロック図。

【図１９】本発明の一実施の形態の原子炉プラント監視
システムのコンピュータシステムのハードウエア構成を
示すブロック図。

【図２０】本発明の一実施の形態の原子炉プラント監視
システムで用いる酸素、過酸化水素の反応速度式の化学
反応モデルを示す説明図。

【符号の説明】

１…腐食電位センサあるいは白金電極、２…電位測定装
置、３…コンピュ−タシステム、４…制御室、５…水素
注入装置、７…中性子計装管、８…原子炉圧力容器、９
…給水系、１０…再循環系、１１…炉水浄化系、１２…
タ−ビン系、１３…炉底部、２０…信号ケーブル、２１
…信号ケーブル、３０…ＣＰＵ、３１…ＲＯＭ、３２…
ＲＡＭ、３３…外部記憶装置、３４…表示回路、３５…
表示装置、３６…入力インタフェース、３７…プリン
タ、３８…バス、４０…ホストコンピュータ、４２…表
示装置、９０…ポンプ、９２…復水器、１００…ポン
プ、１１０…ポンプ、１５０…溶存酸素検出装置、１５
１…過酸化水素検出装置、１５２…ＰＨ検出装置、１５
３…導電率検出装置、１５４…主蒸気中放射性窒素検出
装置、１５５…亀裂進展センサ、１５６…主蒸気系放射
線線量率検出装置、１６０…貴金属化合物注入装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ２１Ｄ 1/00 Ｇ２１Ｃ 17/02 Ｆ 3/08 Ｇ２１Ｄ 1/00 Ｘ Ｆターム(参考） 2G075 AA03 BA03 BA16 CA04 CA07 CA13 CA14 CA15 CA40 DA02 DA14 EA02 EA08 FA01 FA20 FB07 FB09 FB15 FC03 GA21 4K062 AA03 BA01 BA05 CA10 DA05 EA04 EA14 FA02 FA05 FA06 FA16 FA20 GA10

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】表面に貴金属粒子が析出した原子炉構造材
   の腐食電位のシミュレーション方法であって、 前記貴金属粒子に接触している冷却水を構成する化学種
   が電子を供給または受けとる速度として、前記貴金属が
   ミクロ電極として働くことを考慮して予め求めておいた
   係数Ａを前記化学種の化学反応速度にかけたものを用い
   ることを特徴とする腐食電位のシミュレーション方法。
2. 【請求項２】請求項１に記載のシミュレーション方法に
   おいて、前記予め定めておいた係数Ａとして、 Ａ＝４δ／（πｒ） ただし、δ：前記原子炉構造材に接する前記冷却水の拡
   散層厚さ ｒ：前記貴金属粒子の平均半径 を用いることを特徴とする腐食電位のシミュレーション
   方法。
3. 【請求項３】表面に貴金属粒子が析出した原子炉構造材
   の腐食電位のシミュレーション方法であって、 【数２】 ただし、 ｉo_n(E)：前記貴金属粒子上の冷却水中の酸素および過
   酸化水素系が、ある電位Ｅにおいて電子を奪う速度を表
   した電位Ｅについての関数 ｉo_c(E)：前記貴金属粒子が析出していない部分の前記
   構造材上の冷却水中の酸素および過酸化水素系が、ある
   電位Ｅにおいて電子を奪う速度を表した電位Ｅについて
   の関数 ｉh_n(E)：前記貴金属粒子上の冷却水中の水素が、ある
   電位Ｅで電子を供与する速度を表した電位Ｅについての
   関数 ｉh_c(E)：前記貴金属粒子が析出していない部分の前記
   構造材上の冷却水中の水素が、ある電位Ｅで電子を供与
   する速度を表した電位Ｅについての関数 ｉc(E)：前記貴金属粒子が析出していない部分の前記構
   造材が、ある電位Ｅで電子を供与する速度を表した電位
   Ｅについての関数 δ：前記構造材に接する冷却水の拡散層厚さ ｒ：前記貴金属粒子の平均半径 θ：前記貴金属粒子が、前記構造材表面を被覆している
   割合 で表される方程式をＥについて解き、そのＥを腐食電位
   とする腐食電位のシミュレーション方法。
4. 【請求項４】請求項３に記載の腐食電位のシミュレーシ
   ョン方法であって、前記ｉh_n(E)として、前記水素の電
   子移動反応が完全可逆であるとして求めた反応速度関数
   を用いることを特徴とする腐食電位のシミュレーション
   方法。
5. 【請求項５】請求項３に記載の腐食電位のシミュレーシ
   ョン方法であって、前記数２において、前記ｉo_n(E)＝
   ｉo_c(E)とすることを特徴とする腐食電位のシミュレー
   ション方法。
6. 【請求項６】原子力プラントの管理方法であって、 前記原子力プラントの冷却水に貴金属化合物を注入し、
   構造材表面に貴金属を析出させる貴金属処理工程と、 前記原子力プラントの構造材の予め定めた部位の腐食電
   位をシミュレーションにより求めるシミュレーション工
   程と、 前記シミュレーション結果にもとづき、前記腐食電位を
   予め定めた腐食電位まで低下させるために必要な注入物
   の量を求め、当該求めた量の注入物を前記冷却水に注入
   する注入工程とを有し、 前記シミュレーション工程は、前記貴金属粒子に接触し
   ている前記冷却水を構成する化学種が電子を供給または
   受けとる速度として、前記貴金属がミクロ電極として働
   くことを考慮して予め求めておいた係数を前記化学種の
   化学反応速度にかけたものを用い、 前記注入工程は、前記注入物として水素を用いることを
   特徴とする原子力プラントの管理方法。
7. 【請求項７】原子力プラントの管理方法であって、 前記原子力プラントの冷却水に貴金属化合物を注入し、
   構造材表面に貴金属を析出させる貴金属処理工程と、 前記原子力プラントの構造材の予め定めた部位の腐食電
   位をシミュレーションにより求めるシミュレーション工
   程と、 前記シミュレーション結果にもとづき、前記腐食電位を
   予め定めた腐食電位まで低下させるために必要な注入物
   の量を求め、当該求めた量の注入物を前記冷却水に注入
   する注入工程とを有し、 前記シミュレーション工程は、前記貴金属粒子に接触し
   ている前記冷却水を構成する化学種が電子を供給または
   受けとる速度として、前記貴金属がミクロ電極として働
   くことを考慮して予め求めておいた係数を前記化学種の
   化学反応速度にかけたものを用い、 前記注入工程は、前記注入物として前記貴金属化合物を
   用いることを特徴とする原子力プラントの管理方法。
8. 【請求項８】請求項７または８に記載の原子力プラント
   の管理方法であって、 前記注入工程では、前記腐食電位が、標準水素電極電位
   基準で−２００ｍＶ以下であって、−４５０ｍＶ以上に
   なるように、前記注入物の量を求めることを特徴とする
   原子力プラントの管理方法。
9. 【請求項９】請求項７または８に記載の原子力プラント
   の管理方法であって、前記貴金属処理工程は、前記原子
   力プラントの炉心の燃料棒を前記冷却水から引き上げた
   状態で行うことを特徴とする原子力プラントの管理方
   法。
10. 【請求項１０】原子力プラントの管理方法であって、 前記原子力プラントの構造物の腐食電位を予め定めた腐
    食電位まで低下させるために、予め定めた注入物を前記
    原子力プラントの冷却水に注入する注入工程を有し、 前記注入工程は、前記腐食電位が、標準水素電極電位基
    準で−２００ｍＶ以下であって、−４５０ｍＶ以上にな
    るように、注入する前記注入物の量を定めることを特徴
    とする原子力プラントの管理方法。
11. 【請求項１１】原子力プラントの管理方法であって、 前記原子力プラントの冷却水に貴金属化合物を注入し、
    構造材表面に貴金属を析出させる貴金属処理工程を有
    し、 前記貴金属処理工程は、前記原子力プラントの炉心の燃
    料棒を前記冷却水から引き上げた状態で行うことを特徴
    とする原子力プラントの管理方法。
12. 【請求項１２】構造材上に貴金属粒子が析出した原子力
    プラントを監視するシステムであって、 前記原子力プラントの予め定めた部位の腐食電位をシミ
    ュレーションするシミュレーション装置を有し、当該シ
    ミュレーション装置は、 【数２】 ただし、 ｉo_n(E)：前記貴金属粒子上の冷却水中の酸素および過
    酸化水素系が、ある電位Ｅにおいて電子を奪う速度を表
    した電位Ｅについての関数 ｉo_c(E)：前記貴金属粒子が析出していない部分の前記
    構造材上の冷却水中の酸素および過酸化水素系が、ある
    電位Ｅにおいて電子を奪う速度を表した電位Ｅについて
    の関数 ｉh_n(E)：前記貴金属粒子上の冷却水中の水素が、ある
    電位Ｅで電子を供与する速度を表した電位Ｅについての
    関数 ｉh_c(E)：前記貴金属粒子が析出していない部分の前記
    構造材上の冷却水中の水素が、ある電位Ｅで電子を供与
    する速度を表した電位Ｅについての関数 ｉc(E)：前記貴金属粒子が析出していない部分の前記構
    造材が、ある電位Ｅで電子を供与する速度を表した電位
    Ｅについての関数 δ：前記構造材に接する冷却水の拡散層厚さ ｒ：前記貴金属粒子の平均半径 θ：前記貴金属粒子が、前記構造材表面を被覆している
    割合 で表される方程式をＥについて解くことにより、そのＥ
    を腐食電位として求めることを特徴とする原子力プラン
    ト監視システム。
13. 【請求項１３】請求項１２に記載の原子力プラント監視
    システムにおいて、前記構造材上に前記貴金属粒子を析
    出させるために、前記冷却水中に前記貴金属の化合物を
    注入する装置を有することを特徴とする原子力プラント
    監視システム。
14. 【請求項１４】請求項１２に記載の原子力プラント監視
    システムにおいて、前記貴金属の化合物を注入する装置
    は、前記貴金属化合物として、白金化合物、パラジウム
    化合物、ロジウム化合物、イリジウム化合物、ルテニウ
    ム化合物のうちの少なくとも一つを注入することを特徴
    とする原子力プラント監視システム。
15. 【請求項１５】原子炉と、前記原子炉の冷却水に貴金属
    化合物を注入するための注入装置と、前記原子炉を監視
    する監視システムとを有する原子力プラントであって、 前記監視システムは、前記原子炉の予め定めた部位の腐
    食電位をシミュレーションするシミュレーション装置を
    有し、当該シミュレーション装置は、 【数２】 ただし、 ｉo_n(E)：前記貴金属粒子上の冷却水中の酸素および過
    酸化水素系が、ある電位Ｅにおいて電子を奪う速度を表
    した電位Ｅについての関数 ｉo_c(E)：前記貴金属粒子が析出していない部分の前記
    構造材上の冷却水中の酸素および過酸化水素系が、ある
    電位Ｅにおいて電子を奪う速度を表した電位Ｅについて
    の関数 ｉh_n(E)：前記貴金属粒子上の冷却水中の水素が、ある
    電位Ｅで電子を供与する速度を表した電位Ｅについての
    関数 ｉh_c(E)：前記貴金属粒子が析出していない部分の前記
    構造材上の冷却水中の水素が、ある電位Ｅで電子を供与
    する速度を表した電位Ｅについての関数 ｉc(E)：前記貴金属粒子が析出していない部分の前記構
    造材が、ある電位Ｅで電子を供与する速度を表した電位
    Ｅについての関数 δ：前記構造材に接する冷却水の拡散層厚さ ｒ：前記貴金属粒子の平均半径 θ：前記貴金属粒子が、前記構造材表面を被覆している
    割合 で表される方程式をＥについて解くことにより、そのＥ
    を腐食電位として求めることを特徴とする原子力プラン
    ト。