JP2000162383A - 原子力発電プラントの運転方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】炉水中への亜鉛の添加が容易でかつ亜鉛と共
に、持ち込まれる対イオンによる原子炉構造材や炉水水
質への影響を少なくできる亜鉛溶解液を提供することで
ある。 【解決手段】常圧１００℃以下の水に対しての溶解度が
高く、高温水中では亜鉛に付随する対イオンが気相へ移
行して炉水水質への影響の少ない炭酸亜鉛，塩基性炭酸
亜鉛，蓚酸亜鉛，蟻酸亜鉛，亜鉛酸塩を亜鉛溶解液を調
製するために使用することにより、構造材への影響の少
ない高濃度の亜鉛溶解液を調整することができ、亜鉛溶
解液注入量を減らして注入装置を簡素化できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は沸騰水型原子力発電
プラント（以下ＢＷＲと略記する）の原子炉炉水中への
亜鉛の注入方法に係り、特に常温常圧下における水への
溶解度が酸化亜鉛よりも高い亜鉛化合物を使うことで、
非常に簡単な装置で高濃度の亜鉛溶解液を調製し、原子
炉炉水中へ亜鉛を注入する方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ＢＷＲでは燃料で発生した熱を効率的に
原子炉圧力容器内の冷却水に移して蒸気にするため、冷
却水は再循環ポンプやインターナルポンプによって強制
循環される。原子炉内で発生した蒸気は炉心上部に設け
られたセパレータ及びドライヤで湿分を除去した後ター
ビンへ送られ、一部はタービン抽気として取り出され高
圧及び低圧ヒータの熱源として利用されるが、他の大部
分の蒸気は発電に利用された後復水器で凝縮されて水に
戻る。

【０００３】復水器内で復水はほぼ完全に脱気され、そ
の際、炉心での水の放射線分解によって発生した酸素及
び水素もほぼ完全に除去される。復水は再び給水として
原子炉に供給されるが、その際、原子炉での放射性腐食
生成物の発生を抑制するため復水中の主として金属不純
物を除去する目的で復水全量を脱塩基などのイオン交換
樹脂濾過装置で処理し、続いて多段の低圧及び高圧ヒー
タで２００℃近くまで加熱される。

【０００４】一方、腐食生成物の発生は圧力容器内や再
循環系等の接水部からも起こり、炉内を循環する放射性
腐食生成物の源となるため、これらの主要な一次系構造
材は腐食の少ないステンレス鋼，ステライト鋼などの不
銹鋼の使用が原則となっている。

【０００５】また、炭素鋼製の原子炉圧力容器にはステ
ンレス鋼の内面肉盛りがなされ、炭素鋼が直接炉水と接
触することを防いでいる。この様な材料上の配慮に加え
て、炉水の一部を炉水浄化装置によって浄化し、炉水中
に僅かに生成する金属不純物を積極的に除去している。

【０００６】しかし、この様な材料及び水質管理による
腐食抑制対策にも関わらず、炉水中の極僅かな金属不純
物の存在は避けられないため、一部の金属不純物は金属
酸化物として燃料棒の沸騰表面に付着する。燃料棒表面
に付着した金属元素は燃料から放射される中性子の照射
を受けて原子核反応を起こしコバルト６０，コバルト５
８，クロム５１，マンガン５４等の放射性核種を生成す
る。

【０００７】これらの放射性核種は大部分が酸化物の形
態で燃料棒表面に付着したままであるが、一部は取り込
まれている酸化物の溶解度に従って溶出したり、クラッ
ドと呼ばれる不溶性固体として炉水中に再放出される。
これらの放射性物質は炉水浄化系によって取り除かれる
が、除去できなかったものは炉水とともに再循環系など
を循環している間に構造材接水部表面に蓄積して行く。

【０００８】このため構造材表面から放射線が放射さ
れ、定検作業時の従事者の放射線被曝が生じる。作業被
曝の量は各人毎に規定値を超えないように管理されてい
るが、近年この規定値が引き下げられ、各人の被曝量を
経済的に可能な限り低くする必要が生じてきている。

【０００９】そこで、配管への放射性核種付着を低減す
る様々な方法や、配管への放射性核種付着の駆動力とな
る炉水放射性核種濃度を低減する様々な方法が検討され
ている。

【００１０】このような方法の一つとして、亜鉛などの
金属イオンを炉水中に共存させ、炉水と接触する配管内
面や構造材表面に亜鉛を含む緻密な酸化皮膜を形成させ
ることで、酸化皮膜中へのコバルト６０やコバルト５８
等の放射性核種の取り込みを抑制する方法が特開昭58−
79691 号公報に記載されている。また特開昭63−172999
号公報では酸化亜鉛の懸濁液を注入する技術や、特開平
8−86899号公報では亜鉛化合物を溶かす溶媒として二酸
化炭素をバブリングして作った炭酸水の使用を提案して
いる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では使用
する試薬として硝酸塩や硫酸塩，塩化物塩を使用した場
合、構造材料の腐食加速や応力腐食われの懸念される問
題がある。また、このような問題のない酸化物や水酸化
物では溶解度が低いため、必要な炉水中濃度を得るため
には多量の溶解液を注入しなければならなくなる問題が
ある。酸化亜鉛や水酸化亜鉛の懸濁液を注入する場合で
は注入配管やポンプが詰まってしまう問題が生じる。

【００１２】また亜鉛化合物を溶かす溶媒として二酸化
炭素をバブリングして作った炭酸水を使用する場合で
は、亜鉛の溶解液を作る装置が大掛かりになってしまう
ことと、過剰の炭酸が炉内に供給されるため、炉水水質
バランスが大きく崩れ、材料の腐食挙動や放射能濃度挙
動が変化することが問題となる。

【００１３】本発明の目的は、炉水中への亜鉛の添加が
容易でかつ亜鉛と共に持ち込まれる対イオンによる原子
炉構造材や炉水水質への影響を少なくできる亜鉛溶解液
を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明では上記課題を解
決するため常圧１００℃以下の水に対しての溶解度が高
く、高温水中では亜鉛に付随する対イオンが気相へ移行
して炉水水質への影響の少ない炭酸亜鉛，塩基性炭酸亜
鉛，蓚酸亜鉛，蟻酸亜鉛，亜鉛酸塩を亜鉛溶解液を調製
するために使用したものである。

【００１５】酸化亜鉛の常温における水への飽和溶解度
は１０ppm 程度なのに対して、炭酸亜鉛では炭酸バブリ
ングによってｐＨを酸性側にさせなくても、１２０ppm
程度の飽和溶解度があるので、炭酸亜鉛による亜鉛溶解
液を使用した場合では使用容量を１／１０以下に減らす
ことができ、その分注入装置も小さく簡単なものにでき
る。また亜鉛溶解液を調製する際に、炭酸バブリングを
しないので余分な炭酸が炉内に持ち込まれることがな
く、炉水水質や構造材料に与える余分な影響は少ない。
更に対イオンとして持ち込まれる必要最小限の炭酸イオ
ンも炉内の高温水中では、気相へ移行してしまうため、
影響は更に少なく、気相への移行量も余分に炭酸が持ち
込まれる炭酸バブリングの場合に比較して非常に少な
い。

【００１６】塩基性炭酸亜鉛や蓚酸亜鉛の常温水に対す
る飽和溶解度も炭酸亜鉛と同程度であり、亜鉛溶解液の
使用容量を減らすことができる。対イオンの影響も塩基
性炭酸亜鉛では炭酸亜鉛と同じである。蓚酸亜鉛では炉
水のような高温水中に持ち込まれると蓚酸基部分が分解
して二酸化炭素となり、その後は炭酸亜鉛の場合と同様
に気相へ移行してしまうので炉水水質や構造材料への影
響は少ない。

【００１７】蟻酸亜鉛を亜鉛溶解液調製のために使用し
た場合では、その飽和溶解度が炭酸亜鉛の１０倍以上も
あるため使用容量を更に減らすことができる。また蓚酸
亜鉛の場合と同様に炉水のような高温水中に持ち込まれ
た蟻酸亜鉛は、蟻酸基部分が高温により分解して、最終
的に二酸化炭素となって気相へ移行してしまうので、炉
水や構造材料への影響は少ない。

【００１８】亜鉛酸ナトリウムや亜鉛酸カリウム等の亜
鉛酸塩は常温水に対する飽和溶解度が高いので、これら
を亜鉛溶解液調製のために使用することでも使用容量を
減らすことができる。またこれらの亜鉛酸塩では溶解液
がアルカリ性となるため、炉水がアルカリ性側にシフト
して燃料棒表面に付着している放射性核種を含む金属酸
化物の溶解度が減少して、炉水放射能濃度が低くなる。
これによって配管等の炉水と接触する構造材料表面に蓄
積する放射性核種の量を減らして、定検時の作業被曝を
抑制することができる。

【００１９】亜鉛溶解液調製のために使用される試薬中
に含まれる亜鉛の同位体の内、亜鉛６４は炉内で中性子
照射を受けて定検作業時の被曝が問題となる程度の半減
期を有する放射性の亜鉛６５となる。これを防ぐため、
使用する試薬中に含まれる亜鉛の同位体の内、亜鉛６４
の含有率を低くしたものを使う。

【００２０】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態１を図１によ
り説明する。この図は原子炉内での給水，炉水、そして
蒸気の流れを簡単に表したもので、給水系１から原子炉
圧力容器２へ持ち込まれた炉水は、核燃料３の核分裂に
よる熱によって加熱され蒸気となって、タービン４へ送
られ発電を行う。炉水は核燃料３から効率的に熱を取る
ため再循環系５によって強制循環される一方、一部は炉
水浄化系６へ導入され熱交換器７で冷却された後、濾過
脱塩装置８によって不純物を取り除かれてから給水側に
戻されている。また発生した蒸気の一部は高圧給水ヒー
タ９及び低圧給水ヒータ１０で給水の予熱に使用され
る。発電を行った後の蒸気は復水器１１で水に戻され、
給水系１から腐食生成物が持ち込まれることをできるだ
け抑制するため、復水浄化系１２で不純物の除去を行っ
ている。

【００２１】炉水の水質については再循環系５或いは炉
水浄化系６の入口に接続したサンプリングライン１３か
らサンプリングを行って、導電率，ｐＨ，溶存酸素濃
度，溶存水素濃度、及び鉄，ニッケル，クロム，コバル
ト，亜鉛等の不純物のイオン濃度，クラッド濃度，放射
能濃度が必要に応じて測定される。炉水中での亜鉛濃度
が最大でも５ppb 程度となるように亜鉛溶解液槽１４、
または亜鉛溶解液槽１５から亜鉛溶解液注入ポンプ１６
によって、高圧給水ヒータ９の後の給水系１に注入す
る。亜鉛溶解液槽１４と亜鉛溶解液槽１５は亜鉛溶解槽
切り替えバルブ１７を介して、亜鉛溶解液注入ポンプ１
６に繋がっており、最初は両方のタンクに水を満たして
から飽和溶解量の炭酸亜鉛を添加して攪拌し溶解させ
る。

【００２２】溶解後、亜鉛溶解液槽１４からのみ亜鉛溶
解液を注入しするようにバルブ１７を操作し、空になっ
たところでもう一方の亜鉛溶解液槽１５から亜鉛溶解液
を供給するようにバルブ１７を切り替える。空になった
亜鉛溶解液槽１４には再び水を入れて、飽和溶解量の炭
酸亜鉛を添加して攪拌し溶解させるという方法で亜鉛溶
解液を注入する。

【００２３】この方法では炭酸亜鉛よりも溶解度の高い
蟻酸亜鉛或いは亜鉛酸ナトリウム，亜鉛酸カリウムを用
いると、亜鉛溶解液の調整はより容易になり、高濃度の
亜鉛溶解液が得られることから注入容量をさらに減らす
ことができる。

【００２４】本発明の別の実施の形態２として図１の亜
鉛溶解液調製部分を図２のようにしたものがある。炭酸
亜鉛または蓚酸亜鉛の粉末或いはペレット状にしたもの
を充填層１８に詰めて、ポンプ１９で水を供給する。充
填層中では炭酸亜鉛または蓚酸亜鉛が水中に溶出し、最
終的に充填層出口で飽和溶解度になるように流速や充填
層体積を調整して空間速度を調整する。

【００２５】出て来た亜鉛溶解液中に含まれる可能性の
あるサブミクロンオーダーの不溶解粒子は、注入系配管
を目詰まりさせる恐れがあるのでフィルター２０で除去
する。フィルター２０は２つ用意しておき、どちらか一
方を使用して差圧が上昇した場合は他方に切り替えるこ
とで連続使用が可能となる。フィルター２０を出た亜鉛
溶解液は亜鉛溶解液槽に貯蔵して使用する。

【００２６】また本発明の別の実施の形態として図３の
ような亜鉛溶解液調整方法がある。すなわち亜鉛溶解液
槽１４に図２で示した装置をループ状に取り付けたもの
である。亜鉛溶解液槽１４の水はポンプ１９で炭酸亜
鉛、或いは蓚酸亜鉛の粉末またはペレット状にしたもの
を充填した充填層１８に供給される。充填層中では炭酸
亜鉛または蓚酸亜鉛が水中にする。出て来た亜鉛溶解液
中に含まれる可能性のあるサブミクロンオーダーの不溶
解粒子は注入系配管を目詰まりさせる恐れがあるのでフ
ィルター２０で除去する。

【００２７】フィルター２０は２つ用意しておき、どち
らか一方を使用して差圧が上昇した場合は他方に切り替
えることで連続使用が可能となる。フィルター２０を出
た亜鉛溶解液は再び亜鉛溶解液槽に戻る。こうして循環
させているうちに充填層１８から溶け出す亜鉛の濃度が
飽和溶解度に近づいていき、高濃度の亜鉛溶解液を得る
ことができる。ループ式で再循環させているこの場合は
充填層１８とポンプ１９による水の流量による空塔速度
は充填層出口で飽和溶解度になるように調整する必要は
ない。

【００２８】

【発明の効果】本発明によれば、ＢＷＲの一次冷却水が
接する構造材表面への放射性核種の付着を抑制するため
に行う亜鉛注入に使用する亜鉛溶解液の調製において、
過剰な炭酸や構造材への悪影響が懸念される対イオンの
炉水への導入なしに酸化亜鉛を用いた場合の１０倍から
１００倍程度の濃度の亜鉛溶解液を調整することがで
き、亜鉛溶解液の注入容量を減らす効果と注入設備を簡
素化できる効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の亜鉛溶解液注入を行うＢＷＲ系統図。

【図２】図１の流通式亜鉛溶解液調製部分を示す図。

【図３】図１の再循環式亜鉛溶解液調製部分を示す図。

【符号の説明】

１…給水系、２…原子炉圧力容器、３…核燃料、４…タ
ービン、５…原子炉冷却材再循環系、６…原子炉炉水浄
化系、７…熱交換器、８…濾過脱塩装置、９…高圧ヒー
タ、１０…低圧ヒータ、１１…復水器、１２…復水浄化
系、１３…炉水サンプリングライン、１４，１５…亜鉛
溶解液槽、１６…亜鉛溶解液注入ポンプ、１７…亜鉛溶
解槽切り替えバルブ、１８…充填層、１９…ポンプ、２
０…フィルター。

Claims (2)

【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炉水中へ亜鉛
   を注入するために使用する亜鉛溶解液の調製において、
   常圧の水に二酸化炭素のバブリングなしで炭酸亜鉛，塩
   基性炭酸亜鉛，蓚酸亜鉛，蟻酸亜鉛，亜鉛酸塩の内、１
   種類以上を溶解させた亜鉛溶解液を使用することを特徴
   とする原子力発電プラントの運転方法。
2. 【請求項２】請求項１において、使用する薬剤中に含ま
   れる亜鉛中の亜鉛６４の存在割合が、天然亜鉛中の亜鉛
   ６４の存在割合よりも低くしてある薬剤を溶解させた亜
   鉛溶解液を使用することを特徴とする原子力発電プラン
   トの運転方法。