JP2000131490A - シャドウ腐食を防止するための装置および方法 - Google Patents

シャドウ腐食を防止するための装置および方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 シャドウ腐食を低減する装置および方法を提
供する。 【解決手段】 ジルコニウム合金からなる第１の部品
と、該第１の部品に対して対電極を形成し得るような種
類の第２の部品とを具備し、該第１および第２の部品
が、それらの間に導電性媒体を配して相互に短い距離に
配置されかつ放射線場を通して放射線の照射を受ける装
置であって第２の部品の少なくとも一部を前記第１の部
品から電気的に絶縁するように配置された手段を設け
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、ジルコニウムを
主成分とする合金からなる第１の部品と、該第１の部品
に対して対電極を形成する第２の部品とを具備し、前記
第１および第２の部品が、導電性媒体を介して相互に近
接配置され、かつ、放射線場によって放射線の照射を受
ける装置に関するものである。
【０００２】この発明は、また、第１の部品におけるシ
ャドウ腐食(shadow corrosion)を防止するための方法に
も関連している。前記第１の部品は、ジルコニウムを主
成分とする合金からなり、該第１の部品に対して対電極
を形成し得るような種類の第２の部品から短い距離にお
かれて放射線場に配置されるように意図されており、前
記第１および第２の部品は、前記放射線場下で放射線照
射を受ける。
【０００３】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】今
日、上述した形式の装置は、原子力プラントにおいてし
ばしば使用されている。近年、例えば、原子力プラント
内部において、ステンレス鋼またはニッケルを主成分と
する合金からなる部品に対して近距離に配置されている
ジルコニウムを主成分とする合金は、同じ環境下で同じ
部品に対して大きな距離をあけて配置されている場合に
比較して、高い腐食傾向を示すことが知られている。こ
の環境下において、ジルコニウムを主成分とする合金
は、腐食性媒体のみならず、放射線の影響を受けること
になる。
【０００４】今日まで、シャドウ腐食と呼ばれるこの腐
食の原因は、合金の構成元素であるマンガンの核反応が
生起する非常に高いβ線場によって活発化した放射線分
解であると一般に理解されていた。
【０００５】したがって、この分野の従来技術は、何ら
かの方法で、合金の構成元素であるマンガンの核反応を
回避することによりシャドウ腐食の問題を解決すること
に、主として焦点が当てられていた。しかしながら、こ
のことは、商業的かつ実用的な、いかなる解決策にも帰
結しておらず、したがって、原子力プラント内の条件下
では、ステンレス鋼やニッケルを主成分とする合金から
なる部品に対して近距離に配されるジルコニウムを主成
分とする合金のシャドウ腐食は、不可避のものと了解さ
れてきた。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この発明の目的は、例え
ば、ステンレス鋼やニッケルを主成分とする合金からな
る第２の部品の近距離に配されるジルコニウムを主成分
とする合金からなる第１の部品のシャドウ腐食が、従来
技術による装置と比較して、実質的に低減される装置を
提供することである。
【０００７】この目的は、本明細書で明らかにされた種
類の装置によって達成され、該装置は、第１の部品にお
けるシャドウ腐食を回避するために、該第１の部品から
第２の部品の少なくとも一部を電気的に絶縁する手段を
具備することを特徴としている。
【０００８】このように、シャドウ腐食の問題を、従来
の研究を通して提案されたものとは実質的に異なる方法
によって解消する。この解決策は、発明者らが想到し
た、シャドウ腐食現象の原因に対する新たな洞察に基づ
くものである。それによれば、シャドウ腐食現象は、放
射線（主にγ線）と、シャドウ腐食を生ずるジルコニウ
ム材料から近距離にある（化学的観点からではなく、電
気化学的観点から）あまり不動態化されていない部品と
の組み合わせに起因するという結論に至った。γ線は、
時折、実質的に局所的に、また、この環境下においてジ
ルコニウムを主成分とする合金の表面に生じる酸化膜全
体にわたって、腐食を増加させる電荷の伝導チャネルを
生じる。シャドウ腐食を回避するために、第１の部品
は、第２の部品から、少なくとも、２つの部品が相互に
一定の最短距離以下で配置される領域では、電気的に絶
縁されるべきである。
【０００９】好ましい態様によれば、前記手段は、第２
の部品上に形成された絶縁コーティングからなってい
る。それによって、第１の部品におけるシャドウ腐食の
実際の原因または根源を有効に遮蔽することができる。
【００１０】また、好ましい態様によれば、前記コーテ
ィングは、窒化物、酸化物、セラミックコーティング、
ガラスまたはポリマー材料の内の少なくとも１つからな
っている。今日の技術によれば、これらのすべての種類
のコーティングは、問題の部品上に適当な方法で形成す
ることができる。これらは、原子力プラント内の腐食環
境、およびこれと同時に受ける、例えば、中性子線およ
びγ線のような放射線に十分に対抗する品質を有してい
る。コーティングが、例えば、ＰＶＤまたはＣＶＤによ
る堆積に関連して複数の層からなる場合には、１以上の
層が、例えば、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｔｉ、Ｃｕ、
Ｚｒからなるグループの中の概ね純粋な金属材料からな
っていてもよい。
【００１１】好ましい態様によれば、コーティングは、
０．０１〜１０００μｍの範囲の厚さを有している。厚
さの選択は、第２の部品の種類、該部品の位置、該部品
が配置されている環境を含む複数の要因に依存してい
る。一般にニッケルを主成分とする材料からなるスペー
サとスペーサスプリングに対しては、コーティングは
０．０１〜５０μｍの範囲の厚さを有することが好まし
い。
【００１２】前記層の電気抵抗は、良好な絶縁効果を得
るために、１×１０３〜１×１０１ ０Ωｃｍ２、好まし
くは、１×１０６〜１×１０１０Ωｃｍ２の範囲にある
べきである。
【００１３】この発明の他の目的は、ジルコニウムを主
成分とする合金からなり、第２の部品に対して近い距離
において高い放射線場に配置される第１の部品上のシャ
ドウ腐食を防止するための方法を提案することである。
ここで、第２の部品は、第１の部品に対して対電極を形
成することができるようなものであり、第１および第２
の部品は、前記放射線場の放射線を受ける。前記第２の
部品は、通常は金属であり、ステンレス鋼またはニッケ
ルを主成分とする材料からなっている。前記第２の部品
は、好ましくは、原子力プラント内に配置され、スペー
サ、スペーサスプリング、制御棒ブレード、ねじ継手、
沸騰水型原子炉および加圧水型原子炉の上部および下部
プレート、炉心グリッドおよび燃料集合体の基礎の内の
いずれのものでもよい。
【００１４】この目的は、第２の部品の少なくとも一部
が第１の部品から電気的に絶縁されることを特徴とす
る、最初に明らかにされた種類の方法によって達成され
る。
【００１５】この方法は、上述した装置における場合の
ように、γ線が第１および第２の部品の間に副次的な導
電チャネルを生じさせることについての新たな洞察の下
に開発された。部分的に周囲の環境によって、部品は、
それらの間で電荷が交換される２つの電極になる。一般
には、２つの部品が相互に近距離、一般には１０ｍｍ以
下に配置される場合には、第２の部品は、それによっ
て、第１の部品に対して電解による対電極を形成するこ
とになる。第１の部品のシャドウ腐食は、この発明によ
り提案されたように、第２の部品が第１の部品から電気
的に絶縁されることにより実質的に低減され得る。前記
第１および第２の部品が相互に非常に近接した距離、約
１０ｍｍ以下に配置されたときには、シャドウ腐食のみ
が問題になるので、第２の部品は第１の部品に対して、
好ましくは、相互の距離が前記最短距離以下となる領域
において、電気的に絶縁されるべきである。この結果、
前記最短距離は、まさに、その中に部品が配置される媒
体の種類のような異なる外的パラメータに依存している
ということがわかる。
【００１６】好ましい態様によれば、第２の部品は、該
第２の部品上に堆積された電気的絶縁コーティングによ
って第１の部品から絶縁される。このため、前記第２の
部品が前記コーティングによって絶縁されるべき領域
を、非常に正確に制御することができるようになる。厚
さや電気抵抗のようなコーティングの他の特性は、堆積
プロセス中で容易に制御され得る。また、そのような絶
縁を得るために、今日アクセス可能な多くの先進の堆積
技術を使用することができることも利点である。
【００１７】この方法の好ましい態様によれば、堆積
は、ＰＶＤ、ＣＶＤ、ガスまたはガス混合物内における
熱処理、ゲル内に供給された微粉末を部品上に堆積し熱
を加えることによって部品の表面上にコーティングとし
て焼結させた堆積、火炎溶射による堆積、および溶射皮
膜形成(spray deposition)の内の少なくとも１つの方法
によって行われる。これらの技術は、全て、詳細にわた
って実施され、コーティング厚さおよびコーティング内
に含められる材料を非常に正確に制御することができる
という利点を有している。また、それらの方法は、異な
る組成、または異なる材料構造を有し、一緒に前記コー
ティングを形成する複数の異なる層を配置することを可
能にしている。
【００１８】特に有利な技術は、液体および無機または
有機化合物とともに、いわゆるゾルゲルに混合された微
粉末、好ましくはセラミックの粉末を、その部品上に堆
積し、その後、熱を加えることによって部品の表面上に
コーティングとして焼結することが許容されるものであ
る。この発明の他の特徴および長所は、発明の異なる実
施形態についての以下の説明によって明らかにされる。
【００１９】
【発明の実施の形態】好ましくは、沸騰水型原子炉（Ｂ
ＷＲ）、あるいは加圧水型原子炉（ＰＷＲ）または他の
商業的もしくは非商業的な核分裂炉または核融合炉のよ
うな原子力プラント、または中性子、γ線またはβ線の
実質的な放射線場が存在する他の任意の環境において、
第１の部品と第２の部品とが相互に、好ましくは約１０
ｍｍ以下の近い距離に配置され、かつ、これらの部品が
導電性の媒体と接触状態に配置される。一般には、この
媒体は水である。
【００２０】第１の部品は、ジルコニウムを主成分とす
る合金からなり、かつ、そのようなジルコニウムを主成
分とする合金により構成される原子力プラントにおける
任意の部品の内の１つ、例えば、軽水炉におけるスペー
サのスペーサフレームでよい。
【００２１】第２の部品は、ステンレス鋼、ニッケル合
金、プラチナ、パラジウム、ロジウム、イリジウム、ま
たはそれらの合金または、外的に電場が与えられ、また
は電場が与えられずに、かつ、放射線場内にも配置され
た第１の部品に対して、電解的に対電極として機能する
ことができる他の任意の材料の内の少なくとも１つから
構成されている。
【００２２】第２の部品は、例えば、ＢＷＲおよびＰＷ
Ｒのためのニッケルを主成分とする材料からなるスペー
サ、ＢＷＲおよびＰＷＲのためのニッケルを主成分とす
る材料からなるスペーサスプリング、ＢＷＲ用制御棒ボ
タンおよび「ピンとローラ」、ステンレス鋼または他の
任意の材料からなる制御棒、ねじ継手、特に、ねじ頭、
および水にさらされかつ第１の部品に対して短い距離に
配置されるナット、ＢＷＲおよびＰＷＲ用の上部プレー
トおよび下部プレート、炉心グリッド、または燃料集合
体の基礎である。
【００２３】第２の部品には、窒化物、電気的に絶縁性
のある酸化物、二酸化ジルコニウム、ダイアモンド、酸
化アルミニウム、二酸化珪素、窒化ホウ素、窒化珪素等
のようなセラミック、ガラス、または、水、高温の蒸気
並びに中性子線およびγ線に対する耐性のあるポリマー
材料の内の少なくとも１つからなるコーティングが付与
されている。
【００２４】このコーティングは、０．０１〜１０００
μｍの厚さを有し、スペーサおよびスペーサスプリング
用には、０．０１〜５０μｍの厚さを有することが好ま
しい。その電気抵抗は、１×１０３〜１×１０１０Ωｃ
ｍ２、好ましくは、１×１０ ６〜１×１０１０Ωｃｍ２
であるべきである。
【００２５】もちろん、当業者には、特許請求の範囲に
明らかにされたようなこの発明の範囲を逸脱しない他の
複数の実施形態が明らかである。

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ジルコニウムを主成分とする合金からな
    る第１の部品と、該第１の部品に対して対電極を形成し
    得る第２の部品とを具備し、該第２の部品および前記第
    １の部品が、それらの間に導電性媒体を配して相互に近
    接して配置されかつ放射線場の下で放射線の照射を受け
    る装置であって、 前記第１の部品上におけるシャドウ腐食を防止するため
    に前記第２の部品の少なくとも一部を前記第１の部品か
    ら電気的に絶縁する手段を具備することを特徴とする装
    置。
  2. 【請求項２】 前記手段が、前記第２の部品上に配置さ
    れた電気的に絶縁性のコーティングであることを特徴と
    する請求項１記載の装置。
  3. 【請求項３】 前記コーティングが、窒化物、酸化物、
    セラミックコーティング、ガラスまたはポリマー材料の
    内の少なくとも１つからなることを特徴とする請求項２
    記載の装置。
  4. 【請求項４】 前記コーティングが、０．０１〜１００
    ０μｍの範囲の厚さを有することを特徴とする請求項２
    または請求項３記載の装置。
  5. 【請求項５】 前記コーティングが、０．０１〜５０μ
    ｍの範囲の厚さを有することを特徴とする請求項２また
    は請求項３記載の装置。
  6. 【請求項６】 前記コーティングが、１×１０３〜１×
    １０１０Ωｃｍ２、好ましくは、１×１０６〜１×１０
    １０Ωｃｍ２の範囲の電気抵抗を有することを特徴とす
    る請求項２から請求項５のいずれかに記載の装置。
  7. 【請求項７】 第１の部品におけるシャドウ腐食を防止
    するための方法であって、 前記部品が、ジルコニウムを主成分とする合金であっ
    て、第２の部品に近接して放射線場内に配置され、該第
    ２の部品が、前記第１の部品に対して対電極を形成し得
    るような種類のものであり、前記第１および第２の部品
    が放射線場の放射線にかけられ、 前記第２の部品の少なくとも一部が前記第１の部品から
    電気的に絶縁されることを特徴とする方法。
  8. 【請求項８】 前記第２の部品に電気的に絶縁性のある
    コーティングを設けることにより、該第２の部品を前記
    第１の部品から電気的に絶縁することを特徴とする請求
    項７記載の方法。
  9. 【請求項９】 前記コーティングが、窒化物、酸化物、
    セラミックコーティング、ガラスまたはポリマー材料の
    内の少なくとも１つからなることを特徴とする請求項８
    記載の方法。
  10. 【請求項１０】 前記コーティングが、ＰＶＤ、ＣＶ
    Ｄ、ガスまたはガス混合物内における熱処理、ゲル内の
    微粉末の混合物を部品上に堆積させ熱を加えて部品の表
    面上にコーティングとして焼結させること、火炎溶射に
    よるコーティングの堆積、溶射皮膜形成のうちの少なく
    とも１つにより与えられることを特徴とする請求項８ま
    たは請求項９記載の方法。
  11. 【請求項１１】 前記コーティングが、０．０１〜１０
    ００μｍの範囲の厚さを有することを特徴とする請求項
    ８から請求項１０のいずれかに記載の方法。
  12. 【請求項１２】 前記コーティングが、０．０１〜５０
    μｍの範囲の厚さを有することを特徴とする請求項８か
    ら請求項１０のいずれかに記載の方法。
  13. 【請求項１３】 前記コーティングが、１×１０３〜１
    ×１０１０Ωｃｍ２、好ましくは、１×１０６〜１×１
    ０１０Ωｃｍ２の範囲の電気抵抗を有することを特徴と
    する請求項８から請求項１２のいずれかに記載の方法。
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