JP2008202972A - Waste disposal container corrosion monitoring device and monitoring method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、原子力施設から発生する放射性廃棄物の埋設処分において使用する廃棄物処分容器腐食モニタリング装置及びモニタリング方法に関する。 The present invention relates to a waste disposal container corrosion monitoring apparatus and monitoring method used in the disposal of radioactive waste generated from nuclear facilities.
放射性廃棄物はその放射能レベルにより処分の方法が異なるが、低レベル廃棄物は炭素鋼等の容器に収納し地中に埋設処分することが決まっている。放射性核種は容器、コンクリート、ベントナイト、岩盤等のバリアにより生活圏から隔離されるが、長時間の後には減衰後の極微量放射能がこれらのバリアを通過して生活圏に達する可能性を想定して安全性の評価を行っている。種々のケースごとに安全性を評価しているが、いずれも容器の保護性はあまり期待せず、地下水が浸水すると同時に腐食孔が貫通するような想定となっている。
炭素鋼といえども、pHの高いセメント飽和水や酸素を消費した還元雰囲気では腐食速度は極めて低く長期間の保護性が期待できる。処分容器に対し過度の保守性のもとに耐食性を低く見積もって評価を行うと他のバリアに対する期待を高める必要がある。処分容器については埋設環境での腐食速度を評価し適切な保護性能を想定し評価することにより、合理的な廃棄物埋設システムの設計を行うことができる。しかしながら、実環境における腐食データは存在せず、実験室試験のデータによる評価に基づいて設計を行うのが実情である。 Even in the case of carbon steel, the corrosion rate is extremely low and long-term protection can be expected in a reducing atmosphere in which high saturated pH cement saturated water or oxygen is consumed. It is necessary to raise the expectation for other barriers if the evaluation is made by estimating the corrosion resistance of the disposal container under excessive maintainability. For disposal containers, it is possible to design a rational waste burying system by evaluating the corrosion rate in the buried environment and assuming appropriate protection performance. However, there is no corrosion data in the actual environment, and the actual situation is to design based on the evaluation based on laboratory test data.
本発明は、上記課題を鑑み初期の埋設体を利用し、実環境において腐食データを採取することのできる廃棄物処分容器腐食モニタリング装置及びモニタリング方法を得ることにある。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a waste disposal container corrosion monitoring apparatus and monitoring method capable of collecting corrosion data in an actual environment using an initial buried body.
本発明に係る廃棄物処分容器腐食モニタリング装置は、廃棄物処分容器の外表面に容器本体と絶縁して配置し電気化学センサーとなる金属電極と、この金属電極と廃棄物処分容器間の電気化学信号を検出し廃棄物処分容器外部の腐食環境及び廃棄物処分容器の腐食速度をモニターするモニター装置とを有することを特徴とする。 The waste disposal container corrosion monitoring apparatus according to the present invention is a metal electrode that is disposed on the outer surface of a waste disposal container, insulated from the container body, and serves as an electrochemical sensor, and the electrochemical between the metal electrode and the waste disposal container. And a monitoring device for detecting a signal and monitoring a corrosive environment outside the waste disposal container and a corrosion rate of the waste disposal container.
また、本発明に係る廃棄物処分容器腐食モニタリング方法は、廃棄物処分容器の外表面に容器本体と絶縁して設置された電気化学センサーとなる金属電極と前記廃棄物処分容器間の電気化学信号を検出し、廃棄物処分容器外部の腐食環境及び容器の腐食速度をモニターすることを特徴とする。 Further, the waste disposal container corrosion monitoring method according to the present invention includes an electrochemical signal between a metal electrode serving as an electrochemical sensor installed on the outer surface of the waste disposal container and insulated from the container body, and the waste disposal container. And the corrosive environment outside the waste disposal container and the corrosion rate of the container are monitored.
本発明においては、電位変動の形から腐食の形態を知ることができる。また、電位と電流を同時に測定することにより腐食抵抗、即ち腐食速度を推定することができる。 In the present invention, the form of corrosion can be known from the form of potential fluctuation. Further, the corrosion resistance, that is, the corrosion rate can be estimated by simultaneously measuring the potential and the current.
(第1の実施形態)
発明の第1の実施形態を図1を参照して説明する。図1は廃棄物処分容器1の外表面例えば容器全体が浸水した時点で測定を開始するとした場合はその容器上部1aに容器1と同一材料の炭素鋼電極2を絶縁部材3を介して取り付けたものである。この炭素鋼電極2と廃棄物処分容器1との間の電気抵抗をリード線4,5を介して測定することにより導電率が測定される。
(First embodiment)
A first embodiment of the invention will be described with reference to FIG. In FIG. 1, when the measurement is started when the outer surface of the
処分容器1周辺の導電率を測定することにより、処分容器1埋設後どの時点で地下水が浸水したかを知ることができる。導電率は2電極間の電気抵抗を測定することにより求められる。浸水前は、大気中なので絶縁された2電極間の抵抗はほぼ無限大と考えてよい。 浸水後2電極は電解質溶液に浸された状態すなわち電気抵抗は所定値以下となる。電解質溶液の中にはイオン(プラスの電気を持った陽イオンとマイナスの電気を持った陰イオン)が存在する。1対の金属板を電解質溶液中に入れ電池をつなぐと、陽イオンは電池のマイナス側へ、陰イオンは電池のプラス側へ動き溶液中に電流が生じ、導電率は以下の1式で求められる。
By measuring the electrical conductivity around the
導電率=(電流/電圧)×(電極間距離/面積)・・・・・・・(1)
処分容器1を一方の電極5とし、本発明で設置した電極4を対電極として両者の間の抵抗を連続的に測定することにより、浸水の時期を知ることが可能となる。
Conductivity = (Current / Voltage) x (Distance between electrodes / Area) ... (1)
By using the
この場合、電極と対極容器の間の面積効果は1式のように単純な形では表せないが、正確な導電率を測定する必要はなく、抵抗の急激な低下から浸水したことを検知することが重要なので、電極同士を対抗させたような形にせず、平面状に並べたような形で十分である。
In this case, the area effect between the electrode and the counter electrode container cannot be expressed in a simple form as shown in
図2に廃棄物処分施設10の全体図を示す。処分容器1は、充填材15、コンクリートピット16、ベントナイト16等のバリアにより囲まれており、このベントナイト16の外部には処分空洞構築17を介して岩盤14により囲まれており、埋設後短時間で浸水することは考えられない。
FIG. 2 shows an overall view of the
処分容器1と図1に示した電極2間の電気化学的な信号は、リード線4、5から信号ケーブル19を介して処分体管理ビル18等に設置された測定器11およびデータ収集用コンピュータ12に取り込まれ、必要に応じて遠隔の図示しない管理センター等に送られる。
Electrochemical signals between the
処分容器1周辺の導電率を測定することにより、処分容器埋設後どの時点で地下水が浸水したかを知ることができる。浸水した後には炭素鋼電極2と処分容器1の相対的な電位および炭素鋼電極2と処分容器1間の電流を測定することにより、容器の腐食傾向を知ることができる。
By measuring the electrical conductivity around the
ここで炭素鋼電極2と処分容器1の相対的な電位の測定について説明する。
Here, the measurement of the relative potential between the
腐食している金属の表面を微視的に捉えると、局部的に溶解反応に寄与するアノード部と、酸化剤が還元され電子を捕らえる反応に寄与するカソード部に分けることができる。このアノード、カソード対は常に揺らいでいることから、腐食している材料の電位はミクロ的に変動しており、この変動を電気化学的ノイズとして解析することにより、腐食の状態を推定することができる。図3に、温度80℃、3.5%NaCl溶液に浸漬したSUS304鋼の時間を横軸で示した腐食電位(mVSCE)の変化の例を示す。図3に示すように鋭角的な卑方向の電位振動は微小な損傷発生を捉えており、急激な電位低下は損傷が定常的に進行していることを示している。このように電位振動を観察することにより、腐食の形態や進行の様子、処分容器の溶出速度を推定することができる。 When the surface of the corroding metal is microscopically captured, it can be divided into an anode part that locally contributes to the dissolution reaction and a cathode part that contributes to the reaction in which the oxidizing agent is reduced to capture electrons. Since the anode / cathode pair always fluctuates, the potential of the corroding material fluctuates microscopically, and the state of corrosion can be estimated by analyzing this fluctuation as electrochemical noise. it can. FIG. 3 shows an example of the change in corrosion potential (mVSCE) in which the time of the SUS304 steel immersed in a 3.5% NaCl solution at a temperature of 80 ° C. is shown on the horizontal axis. As shown in FIG. 3, the acute-angled potential oscillation in the base direction captures the occurrence of minute damage, and the rapid potential drop indicates that the damage is steadily progressing. By observing the potential oscillation in this way, it is possible to estimate the form and progress of corrosion and the elution rate of the disposal container.
電位変動の形からは、図3に示すように腐食の形態を知ることができる。また、電位と電流を同時に測定することにより腐食抵抗、即ち腐食速度を推定することができる。 From the shape of the potential fluctuation, the form of corrosion can be known as shown in FIG. Further, the corrosion resistance, that is, the corrosion rate can be estimated by simultaneously measuring the potential and the current.
次に、炭素鋼電極2と処分容器1間の電流の測定について説明する。
Next, the measurement of the current between the
上記電位の測定においても説明したように、局部的なアノード、カソード対は常に揺らいでいることから、炭素鋼電極2と処分容器1間に流れる腐食電流を測定すると、電流ノイズが得られる。この変動を電気化学的ノイズとして解析することにより、腐食の状態を推定することができる。また、電位変動と電流変動を同時に測定することにより、2式で腐食抵抗Rpを求めることができる。
As described in the measurement of the electric potential, since the local anode / cathode pair always fluctuates, current noise is obtained when the corrosion current flowing between the
Rp=DE/Di ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(2)
ここで、DE:電位変動の偏差値、Di:電流変動の偏差値である。
Rp = DE / Di (2)
Here, DE: deviation value of potential fluctuation, Di: deviation value of current fluctuation.
以上に示したように、浸水の時期と実環境における容器の腐食速度または、処分容器の溶出速度を知ることにより、放射性核種の溶出や拡散を過度の保守性を排して見積もることができ、合理的な廃棄物埋設システムの設計を行うことができる。 As shown above, by knowing the timing of inundation and the corrosion rate of the container in the actual environment or the dissolution rate of the disposal container, the elution and diffusion of the radionuclide can be estimated without excessive maintainability, A reasonable waste burial system can be designed.
また、上記前記電位または電流の測定間隔を10秒以下とする。これは測定間隔を10秒以下にすることによって処分容器の腐食の形態として示される電気化学的ノイズである電位振動または電流振動を正確に測定することができるからである。 The measurement interval of the potential or current is 10 seconds or less. This is because by setting the measurement interval to 10 seconds or less, it is possible to accurately measure the potential vibration or current vibration, which is an electrochemical noise shown as a form of corrosion of the disposal container.
さらに、検出した電気化学信号を処分場内の計算機であるデータ収集用コンピュータ12に取り込み、データ収集用コンピュータ12から有線または無線にて遠隔監視施設に送信することによって、常に容易に遠隔監視施設で廃棄物処分容器の腐食をモニタリングすることができる。
Further, the detected electrochemical signal is taken into the
(第2の実施形態)
本発明の第2の実施形態を図4に示す。なお、図4において図1と同一部分には同一符号を付しその構成の説明を省略する。
(Second Embodiment)
A second embodiment of the present invention is shown in FIG. In FIG. 4, the same parts as those in FIG.
この図4に示す本発明の第2の実施形態は廃棄物処分容器1の上部1aに不活金属電極、たとえば白金電極6を絶縁して取り付けたものであり、その他の構成は第1の実施形態と同様である。
In the second embodiment of the present invention shown in FIG. 4, an inactive metal electrode, for example, a
不活金属である例えば白金を電極として用いることにより、高温環境、水没した環境においても腐食がなく長時間での安定した情報を取得することができる。 By using, for example, platinum, which is an inert metal, as an electrode, stable information can be acquired over a long period of time without corrosion even in a high temperature environment or a submerged environment.
この実施例では不活金属として白金の例を示したが金で構成してよいのはもちろんである。 In this embodiment, platinum is shown as an inactive metal, but it is needless to say that it may be made of gold.
よって上記本発明の第2の実施形態においては例え水没したとしても腐食の恐れも無く浸水の時期と実環境における容器の腐食速度を知ることができ、放射性核種の溶出や拡散を過度の保守性を排して見積もることにより、合理的な廃棄物埋設システムの設計を行うことができる。 Therefore, in the second embodiment of the present invention, even if submerged, there is no risk of corrosion, and it is possible to know the timing of inundation and the corrosion rate of the container in the actual environment, and the elution and diffusion of radionuclides are excessively maintainable. This makes it possible to design a rational waste burying system.
1・・・廃棄物処分容器
2・・・炭素鋼電極
3・・・絶縁部材
4、5・・・リード線
6・・・白金電極
10・・・廃棄物処分施設
11・・・計測器
12・・・データ収集用コンピュータ
13・・・コンクリートピット
14・・・岩盤
15・・・充填材
16・・・ベントナイト
17・・・処分空洞構築
18・・・管理ビル
19・・・信号ケーブル
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JP2007036715A JP2008202972A (en) | 2007-02-16 | 2007-02-16 | Waste disposal container corrosion monitoring device and monitoring method |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011203083A (en) * | 2010-03-25 | 2011-10-13 | Kobe Steel Ltd | Method for estimating corrosion rate of metal material |
JP2012093175A (en) * | 2010-10-26 | 2012-05-17 | Ihi Corp | Corrosion testing apparatus and corrosion testing method |
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