JP2000329895A

JP2000329895A - 原子炉プラントの運転方法及び原子炉プラントの廃液処理方法

Info

Publication number: JP2000329895A
Application number: JP11141139A
Authority: JP
Inventors: Shunsuke Uchida; 俊介内田; Yoshitaka Nishino; 由高西野; Katsumi Osumi; 克己大角
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1999-05-21
Filing date: 1999-05-21
Publication date: 2000-11-30

Abstract

(57)【要約】【課題】構造材の腐食電位を低減すると共に、プラント
の稼働率を向上する。【解決手段】不溶性貴金属微粒子は、炉浄化系配管２３
に接続される粒子供給管２４から炉浄化系配管２３内に
供給される。炉浄化系配管２３内に供給された不溶性貴
金属微粒子は、給水配管２０を経て原子炉圧力容器１内
に供給される。更に、不溶性貴金属微粒子は、ダウンカ
マ１４及び下部プレナム２に達する。注入される不溶性
貴金属微粒子は、粒径が１０μｍ以下であり、好ましく
は０.１μｍ以下である。構造材表面に付着した不溶性
貴金属微粒子の作用により、表面での水素酸化によるア
ノード電流が増加し、構造材の腐食電位が低減する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、原子炉プラントの
運転方法及び原子炉プラントの廃液処理方法に係り、特
に、沸騰水型原子力発電プラント（以下ＢＷＲプラント
と称する）の構造材の腐食損傷を抑制するのに好適な原
子炉プラントの運転方法及び原子炉プラントの廃液処理
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＢＷＲプラントにおいて、原子炉圧力容
器内、特に原子炉圧力容器下部の構造材の健全性（主と
して応力腐食割れの発生及び進展の抑制）を確保するた
めに、一次冷却材中に水素が注入されている（特開平5
−100087 号公報）。ＢＷＲプラントにおける水素注入
では、給水系に設けられた復水脱塩器の出口側で給水配
管内に水素が注入される。この水素は、給水と共に原子
炉圧力容器内に導かれる。結果として、水素は、原子炉
圧力容器内の一次冷却材（炉水）中に注入されることに
なる。原子炉圧力容器と炉心シュラウドとの間に形成さ
れる環状のダウンカマ部で、注入した水素と炉水に含ま
れた酸素（あるいは過酸化水素）との直接反応（あるい
はＯＨラジカルなどを介した間接反応）により、ダウン
カマ部、及び原子炉圧力容器内の下部炉心支持板よりも
下方の下部プレナムにおいて、炉水に含まれた酸素ある
いは過酸化水素の濃度が低減される。

【０００３】水素の注入量がある値以上に増加すると、
原子炉圧力容器内で短半減期の放射性物質（窒素１６）
の生成量が増加し、水蒸気に伴って原子炉圧力容器から
タービンに導かれる窒素１６の量も増加する。窒素１６
は炉心における水の放射化反応によって生成される。タ
ービンに導かれる窒素１６の増加は、タービンの表面線
量率の増加を招く。表面線量率の増加を抑制するため
に、最適な水素注入量が提案されている（文献１；S. U
chida et al., J. Nucl. Sci. Technol. 35, 301(199
8)）。

【０００４】原子炉圧力容器内の構造材の腐食抑制は、
水素注入量が多い程、効果が大きい。しかしながら、前
述したように、水素注入量の増加は、タービンの表面線
量率の増加につながる。タービンの表面線量率の増加
は、タービン系を中心としたプラント点検，保守および
環境線量率の観点から好ましいものではない。

【０００５】タービンの表面線量率の増加を抑制し、構
造材の腐食を抑制するために、炉水中に貴金属(白金，
ロジウム，パラジウム等）を注入する貴金属注入(ＮＭ
ＣＡ：noble metal chemical addition)が提案されてい
る(文献２；S. Hettiarachchi,et al., Proc.1998 JAIF
Int. Conf. Water Chem. In Nucl. Power Plants, 15
5, Japan Atomic Industrial Forum, Oct. 13-16, Kash
iwaki, Japan (1998)）。特開平8−226994 号公報も、
溶解性の貴金属化合物を用いたＮＭＣＡを記載する。

【０００６】ＮＭＣＡは、ＢＷＲプラントの停止時ある
いは起動時の低温時に、貴金属を錯体の形で原子炉浄化
系内の一次冷却水（炉水）に注入する。この一次冷却水
は、給水系を経由して原子炉圧力容器内に導かれる。貴
金属の錯体は加水分解され、原子状の貴金属が構造材の
接液表面に安定な状態でプレーティングされる。貴金属
錯体の加水分解温度の制約より、貴金属錯体は、原子炉
運転中での高温水中への注入は困難であるので、上記の
ようにＢＷＲプラントの停止時あるいは起動時の低温時
で注入する必要がある。ＢＷＲプラントは、燃料交換後
のＢＷＲプラント起動から、次回の燃料交換を行うため
のＢＷＲプラント停止までの期間は、運転サイクルと呼
ばれる。

【０００７】構造材表面では貴金属を触媒とした水素の
酸化が促進され、水素の酸化に伴う電流が流れる。この
結果、構造材表面での腐食電位が低減される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】文献２に記載されてい
るように、構造材表面に貴金属を一様にプレーティング
するために、ＢＷＲプラントの起動時あるいは停止時に
おける貴金属注入操作は約２日を要する。これは、ＢＷ
Ｒプラントの稼動率向上にとっては好ましいことではな
い。構造材表面にプレーティングされた貴金属は時間の
経過と共に溶出するので、以後の運転サイクルでも、Ｂ
ＷＲプラントの起動時あるいは停止時においてＮＭＣＡ
が適宜実行される。

【０００９】本発明の目的は、構造材の腐食電位を低減
すると共に、プラントの稼働率を向上できる原子炉プラ
ントの運転方法を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成する本
発明の特徴は、原子炉の冷却材に水素を注入する、原子
炉の運転中に、冷却材中に不溶性貴金属粒子を注入する
ことにある。

【００１１】冷却材に不溶性貴金属粒子を注入するの
で、加水分解を必要とせず高温の冷却材にも不溶性貴金
属粒子を注入することができ、原子炉の運転中であれば
いつでも冷却材に不溶性貴金属粒子を注入することがで
きる。これにより、１つの燃料サイクルにおける原子炉
の起動または停止に要する時間を、ＮＭＣＡを実施する
従来のＢＷＲの起動または停止に要する時間よりも短縮
できる。従って、プラントの稼働率が向上する。また、
不溶性貴金属粒子は、構造材表面への付着及びその表面
からの離脱を繰り返すが、構造材表面に設定値以上の表
面密度で付着している。このため、構造材の腐食電位を
低減できる。

【００１２】好ましくは、冷却材内の不溶性貴金属粒子
の濃度をモニタし、不溶性貴金属粒子の濃度が設定値を
下回った場合に不溶性貴金属粒子を注入する。

【００１３】常に構造材表面に設定値以上の表面密度で
不溶性貴金属粒子を付着させておくためには、冷却材中
にある量以上の不溶性貴金属粒子が存在する必要があ
る。計測された不溶性貴金属粒子の濃度が設定値を下回
った場合に不溶性貴金属粒子を注入するので、設定値以
上の表面密度で不溶性貴金属粒子を常に構造材表面に付
着させておくことができる。

【００１４】好ましくは、原子炉内の冷却材のｐＨを弱
アルカリに制御するとよい。弱アルカリにすることによ
り構造材表面に存在する亀裂先端部での腐食電位を低減
することができ、構造材の腐食を更に低減できる。

【００１５】好ましくは、貴金属を担体に添着させて不
溶性貴金属粒子を構成するとよい。担体は表面積が大き
いので添着された貴金属と冷却材との接触面積が増加す
る。従って、構造材の腐食電位が更に減少する。担体と
しては、シリカ，アルミナなどの酸化物粒子を用いると
よい。

【００１６】更に、好ましくは、不溶性貴金属粒子の粒
径は約０.１μｍ以下にするとよい。不溶性貴金属粒子
の粒径が約０.１μｍ以下であるので、この不溶性貴金
属粒子は、原子炉内の冷却材を浄化する原子炉浄化系の
浄化装置である脱塩器内の樹脂層によって除去されなく
この脱塩器を通過する。従って、冷却材に含まれた不溶
性貴金属粒子は構造材の腐食電位低減のために有効に活
用できる。

【００１７】貴金属としては、白金，パラジウム，ロジ
ウム，オスミウム，ルテニウム及びイリジウムなどの水
素酸化に寄与する白金族系の金属、及び非白金系金属で
あるジルコニウム及びチタニウムなど光反応の助けを借
りて水素酸化に寄与する金属のうちから選ばれた少なく
とも１つの金属を用いるとよい。

【００１８】本発明は以下に述べる検討結果に基づいて
なされたものである。この検討結果を以下に詳細に述べ
る。

【００１９】水素注入の原理を図４に示す。図中におい
て、白抜きの矢印は蒸気の流れを示し、黒の矢印は冷却
水の流れを示す。水素は給水系から原子炉に入り、原子
炉内の冷却水（炉水）に混じった後、ダウンカマ部に至
る。注入効果はダウンカマ部での水素濃度で決まるた
め、水素注入量の指標としては、給水内のその濃度より
もむしろダウンカマ部内でのその濃度、すなわち次の相
関で定義される炉心換算水素濃度［Ｈ₂］_effが採用され
る。

【００２０】［炉心換算水素濃度］＝［給水中の水素濃
度］×［給水流量］／［再循環流量］炉心換算水素濃度の増加とともに、図５に示すように、
炉水の酸素濃度（測定値）が低下する。酸素濃度計によ
って炉水中の酸素濃度が測定される。炉内雰囲気では酸
素とほぼ等濃度の過酸化水素が炉水中に存在する。サン
プリング系でサンプリングされた炉水が酸素濃度計まで
導かれる間に、サンプリングされた炉水に含まれた過酸
化水素の大半が熱分解して酸素に代わってしまう。この
ため、酸素濃度計で測定された酸素濃度に対応する酸素
が、原子炉内の炉水に含まれているわけではない。酸素
濃度計での測定値は、含まれている過酸化水素の影響を
受けた値である。このため、ここでは、測定された酸素
濃度を実効酸素濃度［Ｏ₂］_effと定義する。すなわち、
実効酸素濃度は次式のように表される。

【００２１】［実効酸素濃度］＝［酸素濃度］＋０.５
×［過酸化水素濃度］実効酸素濃度が２０ppb 以下の範囲において、ステンレ
ス鋼の応力腐食割れの発生及びその進展が抑制される。
水素注入量の目標値は、第１に、実効酸素濃度がこの目
標値（２０ppb ）以下になる値である。一方、ＢＷＲプ
ラントにおける水素注入においてはタービン系の表面線
量率を上昇させないことが望まれる。すなわち、炉心に
おいて以下に示す水の放射化反応によって生成される放
射性の窒素−１６(¹⁶Ｎ)の一部がボラタイルなアンモニ
ア形態となって、蒸気に同伴して¹⁶ Ｏ(ｎ,ｐ）¹⁶Ｎ［１０ＭｅＶ以上のｋ高エネルギー中
性子による反応］タービン系に移行する割合が増える。この結果、タービ
ン系の表面線量率が増大する。

【００２２】水素注入を行ったときにおけるタービン系
表面線量率（主蒸気系（ＭＳ）線量率）は、図５に示さ
れている。タービン系表面線量率の増大は、運転中にお
ける点検員が受ける放射線線量の増大を招く可能性があ
る。このため、許容ＭＳ線量を上限として、水素注入量
は制限される、この結果、図５に示すように最適な水素
注入量が決められる（文献１）。

【００２３】原子炉圧力容器内における炉水中の酸素及
び過酸化水素の各濃度を直接測定することは、サンプリ
ング配管内での過酸化水素の熱分解のために非常に難し
い。このため、実効酸素濃度の測定値、及びラジオリシ
スモデルによる水の放射線分解の理論解析に基づいて、
酸素及び過酸化水素の各濃度を計算により求めている。
炉水中の酸素濃度，水素濃度，過酸化水素濃度、及び腐
食電位（ＥＣＰ）の炉心換算水素濃度に対する変化を、
図６に示す。水素注入の結果、酸素濃度は急激に低下す
るが、過酸化水素濃度は炉心換算水素濃度が約１５ppb
になったときに減少する。しかし、過酸化水素濃度が十
分に低下しても腐食電位はなかなか低下せず水素注入量
が炉心換算水素濃度で約６０ppb を越えて急激に低下す
る。これは、腐食電位の低下が過酸化水素の減少よりも
水素量の増加によるものである。すなわち、水素によっ
て過酸化水素支配型の酸化被膜が還元され、新たな被膜
性状に変わるため、アノード分極特性に変化が生じる。
この結果、腐食電位が過酸化水素支配型を脱する。構造
材の亀裂進展速度は、過酸化水素雰囲気での酸化被膜支
配の場合には過酸化水素濃度に依存し難く、この被膜が
壊れて還元型あるいは酸素支配型の酸化被膜となると酸
化種濃度に依存するようになる。

【００２４】こうして、実効酸素濃度で注入量を決める
場合には、上記のようなプロセスで最適値を決めること
ができる。しかし、ステンレス鋼に対しては応力腐食割
れの水質環境の指標として、実効酸素濃度に代わって腐
食電位が主流となりつつある。

【００２５】ＳＣＣ発生と進展を抑制するための腐食電
位は−２３０ｍＶ−ＳＨＥである。腐食電位を指標にし
て水素注入を実施するためには、注入水素量を増大させ
ることが必要となる。しかし、これは放射性の¹⁶Ｎの主
蒸気への同伴を助長し、タービン系の線量率を増大させ
ることにつながり、タービン系を中心としたプラント点
検，保守および環境線量率の観点から好ましいものでは
ない。

【００２６】この水素注入による¹⁶Ｎの生成を抑制して
腐食電位の低減を図る技術として、前述したＮＭＣＡが
ある。ＮＭＣＡを実行した場合、注入された貴金属の錯
体は加水分解されて、貴金属が構造材表面に原子状で付
着される（プレーティングされる）。図７に示すよう
に、ＮＭＣＡによって、水素と酸素の濃度比（水素／酸
素）が増大すると、ＮＭＣＡを実施しない場合における
構造材（３０４ＳＳ）に比べてＮＭＣＡを実施した場合
における構造材（３０４ＳＳ(Ｐｄ)で示す）の腐食電位
が著しく低減する。

【００２７】しかしながら、前述したようにＮＭＣＡ
は、プラントの稼働率を低減させる。発明者等は、ＮＭ
ＣＡによる腐食電位の低減効果を損なわずに、この問題
を解消できる解決案を種々検討した。この結果、発明者
等は、前述した貴金属を不溶性粒子とすることにより、
炉水に注入されたこの不溶性貴金属粒子は、貴金属の錯
体に比べて構造材表面への付着性能が劣り、ミクロ的に
は構造材表面への付着、そこからの脱離を容易に繰り返
すが、マクロ的にはある表面密度で構造材表面に付着し
ているという現象を新たに見出した。この現象は、不溶
性貴金属粒子の粒径が細かくなるほど顕著に現れる。

【００２８】この新しく発見した現象を、図８を用いて
以下に具体的に説明する。給水系または原子炉浄化系か
ら注入された不溶性貴金属粒子は、原子炉内に導かれ
る。図８に示すように、厳密には、酸化皮膜が構造材表
面に存在する。炉水に含まれた不溶性貴金属粒子は、炉
水の流れに垂直方向の流れ揺らぎに乗って表面境界層を
よぎって、構造材表面（厳密には酸化皮膜の表面）に到
達し、付着速度係数δ(ｓ^-1)で構造材表面に付着する。
このような現象は、貴金属粒子，複数の貴金属で構成さ
れた粒子，貴金属酸化物の粒子，複数の貴金属酸化物の
混合体である粒子、及びアルミナジルコニウム酸化物な
どの酸化物粒子を担体としこれに貴金属を担持して構成
された粒子等の不溶性貴金属粒子を炉水に注入した場合
に生じる。付着速度係数とレイノルズ数Ｒｅの間には
（１）式の相関関係がある。

【００２９】 δ ∝ Ｒｅ^0.82…（１）不溶性貴金属粒子は構造材表面にファンデアワール力で
比較的弱い粘着力で緩やかに保持される。付着した不溶
性貴金属粒子は炉水の流れによるせん断力で機械的に剥
ぎ取られる形で、構造材表面から脱離する。脱離速度係
数ζ(ｓ^-1)とレイノルズ数Ｒｅの間には（２）式の相関
関係がある。

【００３０】 ζ ∝ Ｒｅ²…（２）炉水中および構造材表面でのマスバランスは（３）式及
び（４）式で表される。

【００３１】ｄＣ／ｄｔ＝−δＣ＋ζＡＳ／Ｖ …（３）ｄＡ／ｄｔＳ／Ｖ＝−ζＡＳ／Ｖ＋δＣ …（４）ここで、Ｃは炉水中の不溶性貴金属粒子の濃度（ppb，
ｍｇ／ｍ³）、Ａは構造材表面における不溶性貴金属粒
子の平衡付着量(μｇ／cm²）、Ｓは構造材の表面積、及
びＶは原子炉圧力容器内の炉水の容量である。

【００３２】付着した不溶性貴金属微粒子は、構造材表
面に発達した酸化皮膜表面に、ファンデアワール力で比
較的弱い粘着力で緩やかに乗っかっている。このため、
絶えず不溶性貴金属粒子そのものは酸化皮膜表面との間
で入れ替わるが、酸化皮膜表面に付着している不溶性貴
金属粒子は水素の酸化によりアノード電流を増加させる
ことに寄与する。この結果、水素の酸化によるアノード
電流と金属溶解反応によるアノード電流の和である全ア
ノード電流が付着した不溶性貴金属粒子により増大し、
構造材の腐食電位を低減させる。

【００３３】この理由を、図９を用いて以下に説明す
る。図９（ａ）に模式的に示すように、不溶性貴金属微
粒子が付着した構造材表面において、炉水中の酸素（あ
るいは過酸化水素）の還元による電流（カソード電流）
が炉水側から構造材側に流れる。一方、構造材の金属成
分が酸化されてイオンとして溶解する反応によって、電
流［アノード電流］が構造材側から炉水側に電流（アノ
ード電流）が流れる。また、通常運転時にはわずかでは
あるが炉水中の水素の酸化による電流がアノード電流に
加わる。カソード電流及びアノード電流は、構造材表面
でバランスしてお互いに打消し合う。このため、見かけ
上、構造材表面では電流は流れない。

【００３４】図９（ｂ）は、不溶性貴金属微粒子が構造
材表面に付着していない状態での構造材表面における電
流バランスを示している。図９（ｂ）では、カソード電
流は炉水側から構造材側へ流れるものを正として示す。
アノード電流については、逆に構造材側から炉水側へ流
れるものを正として示す。酸素(あるいは過酸化水素)の
還元による電流（カソード電流）は構造材表面の電位が
低下すると増大する。一方、金属の溶解反応による電流
は構造材表面の電位が増大すると増大する。また、水素
の酸化電流も構造材表面の電位が増大すると増大する
が、通常は水素の酸化電流はわずかであるため、アノー
ド電流は構造材の金属の酸化で決まる。こうして、全カ
ソード電流と全アノード電流が等しくなった点（図９
（ｂ）における両曲線の交点）に対応する電位が、自然
電位、すなわち当該環境、当該材料における腐食電位と
なる。炉水中の酸素（あるいは過酸化水素）の濃度が増
大すると全カソード電流が増大し、電流・電圧曲線が図
９（ｂ）において右側にシフトする。この結果、全カソ
ード電流と全アノード曲線との交点が高電位側にシフト
する。すなわち、構造材の腐食電位が高くなる。炉水中
の酸素（あるいは過酸化水素）の濃度が低下すると全カ
ソード電流が減少し、電流・電圧曲線が図９(ｂ)におい
て左側にシフトする。この結果、全カソード電流と全ア
ノード曲線との交点が低電位側にシフトする。すなわ
ち、構造材の腐食電位が低くなる。特に、構造材を構成
する金属の溶解反応は、構造材の表面状態によって異な
り、図９(ａ)に示す酸化被膜の厚さあるいは酸化物の性
状によって、電流・電圧曲線が変わる。

【００３５】構造材表面に不溶性貴金属微粒子が付着し
た場合には、貴金属の触媒反応により、炉水中の水素の
酸化反応が促進される。この水素の酸化反応による電流
が増大する。不溶性貴金属微粒子が付着した場合には、
図９（ｃ）に示すように、水素の酸電流がアノード電流
を支配するようになり、全アノード電流が図９（ｃ）に
おいて右側にシフトする。この結果、全アノード電流と
全カソードの交点は低電位側にシフトする。すなわち、
構造材の腐食電位が低くなる。

【００３６】ＢＷＲプラントの原子炉内における炉水の
流速は、対象とする場所によって異なるが、平均的には
１ｍ／ｓである。一方、レイノルズ数算出のために必要
な等価直径は、場所によって異なるが、平均的には乱流
域の１０⁴以上である。このため、付着速度係数δ及び
脱離速度係数ζはそれぞれ以下の値を持つ。

【００３７】δ＝１×１０^-4ｓ^-1 ζ＝３×１０^-6ｓ^-1 平均的なＳ／Ｖが７ｍ^-1であるので、平衡付着量Ａ(μ
ｇ／cm²）と炉水中の濃度Ｃ（ppb ，ｍｇ／ｍ³）とは
（５）式の相関がある。

【００３８】Ａ＝δ／ζＣＶ／Ｓ＝５×１０^-1Ｃ …（５）（５）式を用いて、炉水中の不溶性貴金属微粒子濃度と
構造材表面の付着密度を求めると、図１０に示すような
相関が得られる。常時、炉水中に１０ppb の不溶性貴金
属粒子を懸濁させておくことで、５μｇ／cmの不溶性貴
金属粒子を、常時、構造材表面に保持することができ
る。このように、わずかな濃度の不溶性貴金属粒子の懸
濁により、わずかな水素注入量で構造材の腐食電位を低
減することができる。

【００３９】更に、発明者等は、驚くべき現象、すなわ
ち、炉水中における不溶性貴金属粒子の濃度を変えた場
合、構造材表面に付着している不溶性貴金属粒子の量が
その濃度に対応して変化するという現象を発見した。こ
の現象を利用すれば、炉水中の不溶性貴金属粒子濃度の
制御、すなわち不溶性貴金属粒子の注入量の制御を行う
ことによって、希望とする表面密度で不溶性貴金属粒子
を構造材表面に常に付着させておくことが可能になる。

【００４０】

【発明の実施の形態】前述した新たに発見した現象を利
用した本発明の実施例を以下に説明する。

【００４１】ＢＷＲプラントに適用した本発明の好適な
一実施例である原子炉プラントの運転方法を、図１を用
いて説明する。復水器９で蒸気が凝縮して生じた凝縮水
は、給水として給水系の配管（給水配管）２０を通っ
て、原子炉圧力容器１内に供給される。給水は、原子炉
圧力容器１に達するまでに、給水配管２０に設けられた
復水脱塩器１０で浄化され、低圧給水加熱器１２及び高
圧給水加熱器１３で加熱される。ダウンカマ１４内の炉
水は、再循環系ポンプ２１の駆動によって再循環系配管
５を通り、下部プレナム２を経由して炉心３に供給され
る。炉心３内で発生した蒸気は、主蒸気系配管７を通っ
てタービン８に導かれ、復水器９に排出される。蒸気
は、原子炉圧力容器１内で炉水の放射線分解で生じた水
素を含んでいる。復水器９内のガスは、空気抽出器１５
によって吸引され、再結合器１６及び希ガスホールドア
ップ装置１７を通って外部に放出される。吸引されたガ
ス内に酸素が供給されるので、そのガスに含まれた水素
は、再結合器１６内で酸素と結合し、水になって除去さ
れる。

【００４２】原子炉浄化系（以後、単に炉浄化系とい
う）は、炉浄化系配管２３、及び炉浄化系配管２３に炉
浄化系脱塩器６を有する。炉浄化系配管２３は、再循環
系配管５と給水配管２０とに接続される。不溶性貴金属
微粒子は、炉浄化系配管２３に接続される粒子供給管２
４から炉浄化系配管２３内に供給される。炉浄化系配管
２３内に供給された不溶性貴金属微粒子は、給水配管２
０を経て原子炉圧力容器１内に供給される。更に、不溶
性貴金属微粒子は、ダウンカマ１４及び下部プレナム２
に達する。注入される不溶性貴金属微粒子は、粒径が１
０μｍ以下であり、好ましくは０.１μｍ以下である。

【００４３】他方、水素は、復水脱塩器１０の下流側で
注入配管２２により給水配管２０内に注入される。この
水素は、給水と共に原子炉圧力容器１内に導かれる。こ
のようにして、水素は炉水中に注入される。注入された
水素は、炉水と共に、ダウンカマ１４，再循環系配管５
を経て、下部プレナム２及び炉心３に達する。水素の注
入は、原子炉の定格出力運転時に行われる。

【００４４】原子炉圧力容器１内に導かれた不溶性貴金
属微粒子は、炉内構造物である炉心シュラウド，制御棒
案内管，ＣＲＤハウジング等の構造材の表面に付着す
る。しかしながら、この付着した不溶性貴金属微粒子
は、構造材の表面から脱離する。前述したように、不溶
性貴金属微粒子は、構造材表面への付着、そこからの脱
離を繰り返すが、常に、構造材表面に付着している状態
を維持する。炉水中の不溶性貴金属微粒子の濃度によっ
て、構造材表面に付着している不溶性貴金属微粒子の表
面密度が変化するので、以下のような不溶性貴金属微粒
子の注入量の制御を行う。

【００４５】炉水中の不溶性貴金属微粒子の濃度が第１
設定濃度(例えば１０ppb）に達したときに不溶性貴金属
微粒子の炉浄化系配管２３内への注入を停止し、炉水中
の不溶性貴金属微粒子の濃度が第１設定濃度よりも低い
第２設定濃度(例えば１ppb）まで低下したときに不溶性
貴金属微粒子の炉浄化系配管２３内への注入を行う。こ
のような制御の繰り返しによって、構造材接液表面にお
ける不溶性貴金属微粒子の付着量を所定の密度範囲に保
つことができる。構造材表面への不溶性貴金属微粒子の
付着速度が大きくないので、注入された不溶性貴金属微
粒子は炉水中にまんべんなく広がる。不溶性貴金属微粒
子の付着量は、厳密には、炉水中の不溶性貴金属微粒子
の濃度（この値は一次冷却系の場所によらずほぼ同じ）
のほか、炉水の流速（厳密にはレイノルズ数）、構造材
の表面状態によって異なる。しかし、炉水の流速が大き
くて不溶性貴金属微粒子の付着速度が大きい場所は、脱
離速度も大きい。この結果、不溶性貴金属微粒子の付着
量の場所依存性は、１０倍を越えない範囲でほぼ均一と
なる。

【００４６】構造材表面に付着した不溶性貴金属微粒子
の触媒作用によって、構造材表面付近に存在する炉水中
に含まれた水素は、酸化される。水素の酸化には、炉水
に含まれた酸素（または過酸化水素）が消費される。水
素の酸化によって発生する水素の酸化電流がアノード電
流を支配し、図９（ｃ）に示すように、全アノード電流
と全カソード電流との交点が、低電位側にシフトする。
従って、構造材の腐食電位が減少し、構造材の腐食が抑
制される。炉水中での水素の酸化によって、ダウンカマ
１４及び下部プレナム２における炉水中の酸素（あるい
は過酸化水素）の濃度が低減され、腐食環境が緩和され
る。

【００４７】貴金属は、イオンではなく不溶性貴金属微
粒子であるため、炉浄化系脱塩器６内のイオン交換樹脂
によって除去されることも少なく、また粒子径が小さい
ため樹脂層にトラップされにくい。炉心内に装荷されて
いる燃料棒表面においては、不溶性貴金属微粒子が沸騰
析出するものの、不溶性貴金属微粒子と鉄クラッドとの
相互作用も小さいので、不溶性貴金属微粒子は燃料棒表
面から容易に再離脱する。このように、不溶性貴金属微
粒子は炉水から取り除かれることが少ないので、一旦注
入すると長期間補給することなく、炉水中における不溶
性貴金属微粒子の濃度があるレベルに保たれる。この結
果、炉水中における不溶性貴金属微粒子の濃度とバラン
スする構造材表面の不溶性貴金属微粒子密度も望ましい
範囲に保たれる。従って、構造材の腐食電位を継続的に
低く保つことができる。

【００４８】炉水中の不溶性貴金属微粒子の濃度が低下
し、追加量の添加が必要になった場合には、前述の制御
により、原子炉の運転中で炉水が高温であっても炉浄化
系から不溶性貴金属微粒子を注入することができる。し
たがって、本実施例は、NMCAのように低温（約１４０〜
１５０℃）の状態を２日も維持する必要はないので、プ
ラントの稼働率を向上できる。不溶性貴金属微粒子は、
高温の炉水中に注入されても熱的に安定であるため、分
解することも少なく、炉水中に懸濁する。ステンレス鋼
を中心とした一次冷却系構造材表面にもわずかな量の不
溶性貴金属微粒子の付着はあるが、これも炉水の流れに
よる脱離の影響が大きく、炉水から除去される不溶性貴
金属微粒子の量はわずかで、付着と脱離がバランスし
て、わずかな量の付着が期待される。

【００４９】本実施例は、ＮＭＣＡに比べて不溶性貴金
属微粒子の注入操作も簡単である。本発明の他の実施例
である原子炉プラントの運転方法を、図２に用いて説明
する。本実施例は、図１の実施例のように不溶性貴金属
微粒子を圧力の高い炉水浄化系から注入するのではな
く、圧力の低い復水系から注入するものである。復水系
の給水配管２０から注入された不溶性貴金属微粒子の一
部は復水フィルタ（図示せず）及び復水脱塩器１０でト
ラップされる。しかし、元々が中性の不溶性貴金属微粒
子であるため、時間遅れはあっても復水フィルタ及び復
水脱塩器１０を通過し、原子炉圧力容器１内に流入す
る。

【００５０】本実施例も、図１の実施例と同じ効果を生
じる。更に、本実施例は、復水昇圧ポンプ入口から注入
することにより、より低い圧力での注入が可能となり、
注入効率の向上及び信頼性の向上が図られる。

【００５１】本発明の他の実施例である原子炉プラント
の運転方法を図３を用いて以下に説明する。本実施例
は、図２の実施例の構成において、炉浄化系脱塩器６及
び復水脱塩器１０に、Ｎａ型カチオン樹脂を充填したも
のである。Ｎａ型カチオン樹脂を用いることによって、
原子炉圧力容器１内の炉水は、弱アルカリとなる。本実
施例は、不溶性貴金属微粒子の注入と弱アルカリ制御と
を併用している。

【００５２】炉水が弱アルカリとなることによって、構
造材表面に存在する亀裂先端部での腐食電位を減少する
ことができる。このため、亀裂の進展が抑制される。本
実施例は、図２の実施例で生じる効果も得ることができ
る。

【００５３】不溶性貴金属微粒子は復水あるいは炉水浄
化系の脱塩器あるいはフィルタで補足されにくく、その
結果、注入された不溶性貴金属微粒子が効果的に構造材
表面に付着するので、構造材の腐食電位低減に効果的で
ある。しかしながら、原子炉圧力容器１内の炉水をボト
ムドレイン配管４を通して排出する場合、排出する炉水
中への不溶性貴金属微粒子の移行を阻止することが困難
になる。０.１μｍ以下という非常に微小な不溶性貴金
属微粒子ではあるが、ボトムドレイン配管４に活性炭充
填塔（図示せず）を設置することによって、排出された
炉水に含まれた不溶性貴金属微粒子を活性炭で取り除く
ことができる。活性炭を用いることによって、不溶性貴
金属微粒子を炉水から効率よく除去できる。不溶性貴金
属微粒子を補足したあとの活性炭は、活性炭充填塔から
取り出され、焼却装置で焼却処理される。活性炭の焼却
は、放射性廃棄物を著しく減容することができる。

【００５４】また、注入された不溶性貴金属微粒子は構
造材のみでなく、燃料棒表面にも付着して放射化され、
その後、容易に炉水中に戻るため、放射化されて有害な
放射性物質を生成する核種を、不溶性貴金属微粒子に用
いることは得策ではない。

【００５５】Ｐｔ，Ｐｄなどはその放射化娘核に有害な
核種を持たないため、不溶性貴金属微粒子に用いるのに
好適である。また、担体としても例えばシリカ，アルミ
ナなどにおいては長半減期の核種を生成しないとの理由
で好適である。

【００５６】

【発明の効果】本発明によれば、原子炉の構造材の腐食
電位を減少できると共に、プラントの稼働率を向上でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の好適な一実施例である原子炉プラント
の運転方法を適用する原子炉プラントの構成図である。

【図２】本発明の他の実施例である原子炉プラントの運
転方法を適用する原子炉プラントの構成図である。

【図３】本発明の他の実施例である原子炉プラントの運
転方法を適用する原子炉プラントの構成図である。

【図４】原子炉プラントにおける炉水の放射線分解を示
す説明図である。

【図５】水素注入効果を示す特性図である。

【図６】注入水素量に対する原子炉内での酸素，水素，
過酸化水素濃度の変化を示す特性図である。

【図７】ＮＭＣＡによる腐食電位低減効果を示す特性図
である。

【図８】不溶性貴金属微粒子注入によるＥＣＰ低減効果
を示す説明図である。

【図９】構造材表面における発生電流の流れを示す説明
図であり、（ａ）はカソード反応及びアノード反応にお
ける電流の流れを示し、（ｂ）は不溶性貴金属微粒子が
付着していないときの電流密度と電位との関係を示す特
性であり、（ｃ）は不溶性貴金属微粒子が付着していな
いときの電流密度と電位との関係を示す特性である。

【図１０】炉水中の不溶性貴金属微粒子の濃度と構造材
表面における不溶性貴金属微粒子の付着量の相関を示す
特性図である。

【符号の説明】

１…原子炉圧力容器、２…下部プレナム、３…炉心、６
…炉浄化系脱塩器、１０…復水脱塩器、１４…ダウンカ
マ、２０…給水配管、２２…注入配管、２３…炉浄化系
配管、２４…粒子供給管。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】原子炉の冷却材に水素を注入する、原子炉
の運転中に、冷却材中に不溶性貴金属粒子を注入するこ
とを特徴とする原子炉プラントの運転方法。
【請求項２】原子炉の運転中に、原子炉の冷却材に不溶
性貴金属粒子を注入し、前記冷却材に水素を注入するこ
とを特徴とする原子炉プラントの運転方法。
【請求項３】前記冷却材内の前記不溶性貴金属粒子の濃
度を計測し、計測された前記不溶性貴金属粒子の濃度が
設定値を下回った場合に前記不溶性貴金属粒子を注入す
る請求項１または請求項２の原子炉プラントの運転方
法。
【請求項４】原子炉内の前記冷却材のｐＨを弱アルカリ
に制御する請求項１または請求項２の原子炉プラントの
運転方法。
【請求項５】前記不溶性貴金属粒子が原子炉内の前記冷
却材を浄化する原子炉浄化系に注入される請求項１乃至
請求項４のいずれかの原子炉プラントの運転方法。
【請求項６】前記不溶性貴金属粒子が原子炉に接続され
る給水系に注入される請求項１乃至請求項４のいずれか
の原子炉プラントの運転方法。
【請求項７】前記不溶性貴金属粒子は担体に貴金属を添
着したものである請求項１乃至請求項６のいずれかの原
子炉プラントの運転方法。
【請求項８】前記不溶性貴金属粒子は粒径が約０.１μ
ｍ以下である請求項１乃至請求項７のいずれかの原子
炉プラントの運転方法。
【請求項９】原子炉から排出された、不溶性貴金属粒子
を含む冷却材を、活性炭層を通し、前記不溶性貴金属粒
子を前記活性炭によって除去する原子炉プラントの廃液
処理方法。
【請求項１０】前記活性炭を焼却する請求項９の原子炉
プラントの廃液処理方法。