JP2015114251A - 溶存水素濃度の測定方法、溶存水素濃度測定装置および原子力プラントの運転方法 - Google Patents

Abstract

【課題】原子力プラントの運転中において溶存水素濃度をより精度良く測定できる溶存水素濃度測定装置を提供する。【解決手段】溶存水素濃度測定装置１の、貴金属（例えば、白金）製の作用極３および対極４を有する測定部２が、配管１２に取り付けられた分岐管１３内に配置される。冷却水が配管１２、分岐管１３内に存在する。ポテンショスタット７により、それらの電極間の電位差を測定し、この電位差に交流電圧を重畳させた電圧を印加する。周波数応答解析装置８を用いて、交流電圧の周波数を変えて電極間の交流インピーダンスを測定する。演算装置９は、交流インピーダンスに基づいて水素電極反応の抵抗を算出し、さらに、水素電極反応の抵抗に基づいて冷却水中の溶存水素濃度を求める。このため、原子力プラントの運転中において溶存水素濃度をより精度良く測定できる。【選択図】図１

Description

本発明は、溶存水素濃度の測定方法、溶存水素濃度測定装置および原子力プラントの運転方法に係り、特に、沸騰水型原子力プラントに適用するのに好適な溶存水素濃度の測定方法、溶存水素濃度測定装置および原子力プラントの運転方法に関する。

原子力プラントとして、例えば、沸騰水型原子力プラント（ＢＷＲプラント）および加圧水型原子力プラント（ＰＷＲプラント）が知られている。例えば、ＢＷＲプラントは、原子炉圧力容器の内部に核燃料を格納した炉心を有し、核燃料を核分裂させて熱エネルギーを発生させる。再循環ポンプ、またはインターナルポンプによって炉心に供給された冷却水は、核分裂で生じた熱エネルギーにより加熱され、一部が蒸気になる。この蒸気は、原子炉からタービンに導入され、蒸気タービン発電機の駆動に利用される。

原子力プラントにおいて、ステンレス鋼およびニッケル基合金等は構造材料と呼ばれ、原子炉機器および配管等の構造部材に用いられる。ステンレス鋼（またはニッケル基合金）で製造された構造部材は、特定の条件下で応力腐食割れ（ＳＣＣ）の感受性を示す。例えば、ＢＷＲプラントでは、炉心に装荷された複数の燃料集合体の各燃料棒内の核燃料物質から放出される放射線が照射されることにより各燃料集合体内を流れる冷却水が分解され、酸素および過酸化水素などの酸化剤が冷却水中に生成される。これらの酸化剤が冷却水中に存在すると、この冷却水と接触する構造部材の腐食電位（ＥＣＰ）が高くなり、その構造部材に応力腐食割れ（ＳＣＣ）を生じる確率が高くなる。

ＢＷＲプラントでは、ＳＣＣ防止策の１つとして、前述の構造材料で構成された構造部材に接触する冷却水の腐食環境を改善するために、水素注入技術が広く用いられている。水素注入技術の例が、特許第２６８７７８０号公報に記載されている。原子炉を構成する原子炉圧力容器内の冷却水は、冷却水に含まれる酸素および過酸化水素などの酸化剤によって腐食環境を形成している。水素注入は、給水配管等を通して原子炉圧力容器内の冷却水に水素を注入し、冷却水に含まれている酸素および過酸化水素を注入された水素と反応させて水に戻す技術である。この反応により冷却水中の酸素および過酸化水素の濃度が低減される結果、冷却水に接触する構造部材の腐食電位が低下し、構造部材のＳＣＣが緩和される。

構造部材の腐食電位の低減度合いは、原子炉圧力容器内の冷却水への水素の注入量が多くなるほど大きくなる。しかしながら、ＢＷＲプラントでは、原子炉圧力容器内の炉心で発生した蒸気を用いて、直接、タービンを回転させている関係上、冷却水への水素注入量を多くすると、冷却水に溶けていた放射性窒素化合物が水素により還元されて、蒸気へ放出され易くなる。この結果、放射性窒素（例えば、Ｎ−１６）が蒸気と共にタービンに供給され、タービンが設置されているタービン建屋内の線量率が増大する。いずれのＢＷＲプラントにおいても、給水中の水素濃度が約０．４ｐｐｍを超えると、タービン建屋の線量率の上昇が始まり、高水素濃度では線量率は４倍から５倍にまで達する。これは、作業員の被ばく低減および原子力発電所の敷地境界での線量率管理の上から望ましくない。したがって、ＳＣＣの発生および進展を抑えるためには、放射性窒素の蒸気への放出量を増加させずに腐食電位を低下させる技術が必要であった。

水素注入時の腐食電位の低下をさらに促進させる技術として、例えば、特開平４−２２３２９９号公報に記載された貴金属元素（例えば、白金、パラジウム等）を冷却水に注入する技術（貴金属注入技術）が知られている。この貴金属注入技術は、水素注入技術と併用され、貴金属元素が有する水素の電気化学反応への触媒作用を利用して、水素注入による腐食電位の低減効果をさらに大きくする。

水素注入および貴金属注入を実施する際には、冷却水への水素の注入量を制御するために、原子力プラントに溶存水素濃度センサを設置し、冷却水の溶存水素濃度を測定する必要がある。溶存水素濃度センサとしては、特開平５−２３２０８２号に記載された隔膜型ポーラログラフ式の溶存水素濃度センサが実用化されている。この溶存水素濃度センサは、円筒状のセンサ本体、隔膜、スペーサ、支持管、作用極および対極を有する。撥水性多孔質膜のようなガス透過性の良好な隔膜が、センサ本体の先端部に取り付けられてその先端部を塞いでいる。スペーサがセンサ本体内で隔膜に接して配置され、作用極がスペーサに接して配置される。作用極を支持する支持管が本体内に配置され、対極が支持管内に取り付けられる。支持管とセンサ本体の間に電解液を充填している。センサ本体の先端部に存在する隔膜を通して溶存水素をセンサ本体内部の電解液中に取り込み、電解液中の作用極と対極の間で水素ガスの酸化反応を生じさせる。この酸化反応によって生じた電流値に基づいて溶存水素濃度を求める。

特開２０１１−２３２１４５号公報には腐食電位センサの例が記載されている。特開平９−９００８７号公報には中性子束モニタハウジング内に中性子束計測器を配置した状態が記載されている。特開２０１２−２４７３２２号公報には白金メッキ処理の方法が記載されている。

特許第２６８７７８０号公報 特開平４−２２３２９９号公報 特開平５−２３２０８２号公報 特開２０１１−２３２１４５号公報 特開平９−９００８７号公報 特開２０１２−２４７３２２号公報

特開平５−２３２０８２号公報に記載された溶存水素濃度センサは、隔膜および電解液が劣化するため、長期間使用する場合には隔膜および電解液を交換しなければならなく、また、劣化が激しい高温環境での使用は難しい。このため、従来、その溶存水素濃度センサは、高温高圧の冷却水が存在する炉底部および再循環系での水素濃度の測定には使用されず、低温部のサンプリング系での溶存水素濃度の測定に使用されていた。しかし、冷却水がサンプング系に到達するまでに溶存水素が反応し消費されてしまうため、サンプリング系での測定では溶存水素濃度が低めに指示される。特に、貴金属注入実施時では、配管に付着した白金族貴金属によって溶存水素の消費が加速されるため、サンプリング系における溶存水素濃度の測定値はより低い値を示している。このため、隔膜型ポーラログラフ式の溶存水素濃度センサを用いた場合には、過大な量の水素を原子炉圧力容器内の冷却水に注入する必要があった。

特開２００３−１３９８８９号公報、特開平９−９００８７号公報および特開２０１２−２４７３２２号公報は溶存水素濃度の測定方法について言及していない。

本発明の目的は、運転中において溶存水素濃度をより精度良く測定できる溶存水素濃度の測定方法、溶存水素濃度測定装置および原子力プラントの運転方法を提供することにある。

上記した目的を達成する本発明の特徴は、冷却水と接触する原子力プラントの構造部材に取り付けられた保持部材に設けられて表面が貴金属である一対の電極間に、冷却水がその一対の電極の表面に接触している状態で、これらの電極間に交流電圧を印加し、電極間の交流インピーダンスを測定し、測定された交流インピーダンスに基づいて電極表面の水素電極反応の抵抗を求め、求められた水素電極反応の抵抗に基づいて冷却水の溶存水素濃度を求めることにある。

原子力プラントの運転中に、冷却水と接触する表面が貴金属である一対の電極間の交流インピーダンスを測定し、測定した交流インピーダンスに基づいて電極表面の水素電極反応の抵抗を求め、得られた水素電極反応の抵抗に基づいて冷却水中の溶存水素濃度を求めているため、原子力プラントの運転中において、冷却水中の溶存水素濃度をより精度良く求めることができる。

上記した目的は、保持部材に互いに対向して取り付けられて表面が貴金属である一対の電極と、それぞれの電極にリード線により接続されたポテンショスタットと、ポテンショスタットに接続された周波数応答解析装置と、周波数応答解析装置から出力される交流インピーダンスに基づいてその電極の表面の水素電極反応の抵抗を求める第１演算装置と、この水素電極反応の抵抗に基づいて電極が接触する冷却材中の溶存水素濃度を求める第２演算装置とを備えたことによっても達成できる。

本発明によれば、原子力プラントの運転中において、より精度良く冷却材中の溶存水素濃度を求めることができる。

本発明の好適な一実施例である実施例１の溶存水素濃度測定方法を適用した原子力プラントの運転方法の手順を示すフローチャートである。 本発明の好適な一実施例である実施例１の溶存水素濃度測定方法に用いられる溶存水素濃度測定装置の構成図である。 沸騰水型原子力プラントにおける、図２に示す溶存水素素濃度測定装置の測定部の設置位置を示す説明図である。 溶存水素濃度の測定手順を示すフローチャートである。 電極間の交流インピーダンスを解析するための等価回路を示す説明図である。 図５に示す等価回路によって描かれるナイキスト線図を示す説明図である。 溶存水素濃度と水素電極反応抵抗の関係を示す説明図である。 実験で得られた交流インピーダンスのナイキスト線図を示す説明図である。 本発明の他の好適な実施例である実施例２の溶存水素濃度測定方法を適用した原子力プラントの運転方法の手順を示すフローチャートである。 本発明の他の好適な実施例である実施例３の溶存水素濃度測定方法に用いられる溶存水素濃度測定装置の構成図である。 本発明の他の好適な実施例である実施例４の溶存水素濃度測定方法を示す説明図である。

発明者らは、冷却水中の溶存水素濃度を所定範囲内に保持することができる原子力プラントの運転方法を実現するために、より精度良く、冷却水中の溶存水素濃度を測定できる溶存水素濃度測定装置および方法について検討を行った。この検討の内容および検討により得られた結果を以下に説明する。

発明者らは、原子炉圧力容器の炉底部および原子炉圧力容器に接続された再循環系配管を流れる冷却水の溶存水素濃度を直接測定するために、式（１）の水素電極反応に着目した。溶存水素濃度の増加に伴い水素電極反応の抵抗が減少するため、発明者らは、原子力プラントの運転中において、冷却水中における水素電極反応の抵抗を測定することができれば、冷却水中の溶存水素濃度を求めることができると考えた。

１／２Ｈ₂ → Ｈ⁺＋ｅ^- …（１）
発明者らは、種々の検討を行った結果、測定対象個所の、原子力プラントの構造部材（例えば、炉内構造物および配管）に接触する冷却水内に一対の電極を配置し、これらの電極間に交流電圧を印加し、交流周波数を変化させて電極間のインピーダンスを測定し、測定したインピーダンスから水素電極反応の抵抗を分離し、分離した水素電極反応の抵抗に基づいて溶存水素濃度を求めることにより、得られた溶存水素濃度の精度をより向上させることができることを見出した。その詳細を以下に説明する。

運転中の原子力プラントにおいて、冷却水中の溶存水素は、溶存酸素および過酸化水素といった酸化剤と再結合反応を起こし水に戻る。この再結合反応は、酸化剤を含む冷却水に接触する貴金属元素が存在すると加速される。これは、貴金属が式（１）の水素電極反応の触媒であり、貴金属の表面では溶存水素が活性なプロトンと電子に解離するためである。ここで、貴金属表面における再結合反応のインピーダンスは、最も抵抗の低い反応のインピーダンスに支配される。つまり、貴金属表面における再結合反応のインピーダンスは、触媒作用によって加速される抵抗の低い水素電極反応のインピーダンスと等しいとみなせる。水素電極反応は単純な電子の授受であるため、水素電極反応のインピーダンスは単純な抵抗として表わすことができる。また、貴金属表面における水素電極反応の抵抗は冷却水中の溶存水素濃度に依存し、溶存水素濃度が増加すると水素電極反応の抵抗が低下する。このため、冷却水中の貴金属表面における水素電極反応の抵抗を測定することができれば、その水素電極反応の抵抗を基に冷却水中の溶存水素濃度を求めることができる。

溶存水素濃度を求める方法を、以下に説明する。溶存水素濃度を求めるために、図２に示すように、一対の電極（作用極３および対極４）を、測定点において、原子力プラントの構造部材、例えば、原子炉圧力容器に接続されて冷却水が流れる配管内に、その冷却水と接触するように配置する。この一対の電極は、水素電極反応を起こす材料である貴金属、例えば白金で構成される。貴金属としては、白金以外に、パラジウム、ロジウム、ルテニウム、イリジウムおよびオスミウムのいずれかを用いてもよい。また、それらの電極は、貴金属以外の金属板（例えば、ステンレス鋼製の板材）の表面を白金等の貴金属で覆ってもよい。一対の電極である作用極と対極は、配管内で互いに対向して配置される。これらの電極はポテンショスタットに接続されている。発明者らが考えた溶存水素濃度測定方法の概念を図４に基づいて以下に説明する。

電極間の交流インピーダンスを測定する（ステップＳ１）。例えば、それぞれ貴金属（例えば、白金）で製作された作用極および対極を、原子炉圧力容器に接続されて内部に冷却水が流れる配管内に配置する。作用極と対極の間には、配管内を流れる冷却水が存在する。原子力プラントが運転されている状態で、作用極と対極の間に発生する電位差をポテンショスタットにより測定する。次に、測定した電位差に交流電圧を重畳させた電圧を作用極に印加する。この印加する交流電圧は、作用極と対極の間の交流インピーダンスが測定可能で且つ可能な限り低い値の交流電圧とする。作用極に印加する交流電圧の値が大きすぎると、電極の表面で電気化学反応が起こり、電極の表面状態が変化するなどの問題が生じる。また、その交流電圧の値が低すぎるとＳＮ比が低下し、交流インピーダンスの測定が不正確になる。このため、作用極と対極の間に印加する電圧は、具体的には、５〜１０ｍＶが適切である。

そして、周波数応答解析装置を用いて、印加する交流電圧の周波数を変えて作用極と対極の間の交流インピーダンスを測定する。この周波数の可変範囲は０．１ｍＨｚから１００ｋＨｚの範囲が適切である。しかし、低周波数の領域ほど、交流インピーダンスの測定に時間が必要となり、測定間隔が長くなってしまうため、周波数の下限は１ｍＨｚ程度が望ましい。また、周波数が増大するとノイズの影響を受け易く、また、溶存水素濃度を測定するには交流インピーダンスのうち１０Ｈｚ以下の周波数に対する応答を用いる。このため、交流電圧の実用上の周波数範囲は１ｍＨｚ〜１０Ｈｚで十分である。

水素電極反応の抵抗を算出する（ステップＳ２）。図５は電極間のインピーダンスを解析するための等価回路を示している。図５において、Ｒ₁は作用極と対極の間の導電抵抗、Ｃはそれぞれの電極表面の電気容量、Ｒ₂は水素電極反応の抵抗である。

配管内に配置された作用極および対極を同じ大きさの平行な平板とした場合、それぞれの電極表面の幾何学的条件および水化学的条件は等しく、電極表面の交流インピーダンスも両者で同じと考えることができる。測定された交流インピーダンスを、図５に示す等価回路を基に解析する。図６は、この解析によって得られた結果に基づいて描かれるナイキスト線図を示している。図６において、半円の左側の実部軸との交点は電極間の導電抵抗Ｒ₁となる。一方、半円の右側の実部軸との交点は電極間の液抵抗と両電極表面における水素電極反応の抵抗の和である（Ｒ₁＋２Ｒ₂）となる。よって、半円と実数軸との２つの交点から、水素電極反応の抵抗Ｒ₂を求めることができる。すなわち、半円（高ＤＨ）の左側と実部軸との交点の値がｎ１、および半円（高ＤＨ）の右側と実部軸との交点の値がｎ２であるとき、水素電極反応の抵抗Ｒ₂は、（ｎ２−ｎ１）／２となる。なお、導電抵抗Ｒ₁はｎ１である。

溶存水素濃度を算出する（ステップＳ３）。水素電極反応の抵抗は冷却水中の溶存水素濃度に依存し、溶存水素濃度が増加すると水素電極反応の抵抗が低下する。図７に示すように抵抗Ｒ₂と溶存水素濃度の相関を示す特性図を予め作成し、この特性図を用いて、求めた水素電極反応の抵抗Ｒ₂に基づいて溶存水素濃度を求めることができる。

発明者らは、ステンレス鋼製の配管にステンレス鋼製分岐管を取り付け、作用極および対極をステンレス鋼製分岐管内に配置した実験装置（図２に示す配管１２、分岐管１３および測定部２を含む構造）を作製し、この実験装置を用いて、特開２０１２−２４７３２２号公報に記載の方法で白金被覆処理をしたステンレス鋼の作用極および対極の間のインピーダンスの測定を行った。ステンレス鋼製の分岐管の一端は開放されてステンレス鋼製の配管に連絡され、ステンレス鋼製分岐管の他端は封鎖されている。作用極および対極はステンレス鋼製分岐管内に配置され、作用極に接続されたリード線および対極に接続されたリード線が、ステンレス鋼製分岐管の封鎖された端部から外部に取り出され、ポテンショスタットに接続される。

作用極および対極は、特開２０１２−２４７３２２号公報に記載の方法で白金被覆処理をした面積１５ｍｍ×４ｍｍ、厚さ１ｍｍのステンレス鋼の平板を用い、作用極と対極の間の間隔は０．５ｍｍとした。ＢＷＲプラントの冷却水と同じ条件である２８０°Ｃの純水をステンレス鋼製配管に通水し、ステンレス鋼製分岐管内もこの純水で満たした。ステンレス鋼製分岐管内に配置された作用極および対極のそれぞれの表面は、その純水に接触している。ステンレス鋼製配管内に純水を通水しながら、作用極および対極に印加した交流電圧の周波数を１ｍＨｚ〜１ｋＨｚの範囲内で変化させ、作用極と対極の間の交流インピーダンスを測定した。

測定された交流インピーダンスは、作用極と対極の間に存在する冷却水である純水の抵抗を含む。純水の２８０°Ｃにおける抵抗率は約４×１０⁵Ω・ｃｍと大きいため、作用極と対極の間に存在する純水の抵抗の影響により、作用極と対極の間を流れる電流が小さくなって、外来ノイズの影響を受けやすくなり、測定誤差が大きくなる。この測定誤差を低減するためには、作用極と対極の間隔を狭くし、冷却水の抵抗による影響を低減する必要がある。一方、作用極と対極が接触すると交流インピーダンスの測定が不可能となるため、裕度を考慮する必要がある。例えば、今回のように表面積１５ｍｍ×４ｍｍの作用極と対極を用いた場合、作用極と対極の間隔は具体的には０．５〜３．０ｍｍが望ましい。

作用極および対極は、水素電極反応を示す材料、例えば、貴金属、または表面に貴金属をめっきしたステンレス鋼で作製される。また、作用極および対極は、測定した交流インピーダンスの解析を簡単にするため、同一面積の平行平板であることが望ましい。異種間の金属接触による腐食および熱起電力の発生を抑制するため、前述の２本のリード線は、少なくともステンレス鋼製分岐管内の高温部においては、作用極および対極と同じ材料であることが望ましい。

上記の実験装置を用いて測定した、特開２０１２−２４７３２２号公報に記載の方法で白金被覆処理をしたステンレス鋼の作用極と対極の間の交流インピーダンスの一例を、図８に示す。図８に示すように、交流インピーダンスの測定結果には一つの半円が現れ、この半円の半径Ｒ₂が水素電極反応の抵抗を表わしている。ＤＨ＜５ｐｐｂの半円ではＲ₂＝１２ｋΩ、ＤＨ＝５０ｐｐｂの半円ではＲ₂＝０．７ｋΩとなり、溶存水素濃度の増加に伴い前記半円の半径は減少した。この結果から分かるように、水素電極反応の抵抗Ｒ₂の値から、図７の相関を用いて溶存水素濃度を求めることができる。

以上に述べたように、原子力プラントの運転中に、交流インピーダンスを測定することにより、サンプリング系に到達するまでに溶存水素が消費され、溶存水素濃度が低下した冷却水ではなく、溶存水素濃度を知りたい高温部での溶存水素濃度を直接測定できるため、過大な量の水素注入を実施する必要がなく、水素注入量を減らすことができる。

以上に述べた検討結果を反映した、本発明の実施例を以下に説明する。

本発明の好適な一実施例である実施例１の溶存水素濃度測定方法を、図１及び図２を用いて説明する。

本実施例の溶存水素濃度測定方法に用いられる溶存水素濃度測定装置１は、図２に示す電極ホルダ（保持部材）５に取り付けられた一対の電極である作用極３および対極４、ポテンショスタット７、周波数応答解析装置８および演算装置９を有する。電極ホルダ５が筺体６に取り付けられる。作用極３、対極４および電極ホルダ５は、溶存水素濃度測定装置１の測定部２を構成する。作用極３は電極ホルダ５および筺体６内を通るリード線１０に接続され、リード線１０はポテンショスタット７に接続される。対極４は電極ホルダ５および筺体６内を通るリード線１１に接続され、リード線１１はポテンショスタット７に接続される。ポテンショスタット７が周波数応答解析装置８に接続され、周波数応答解析装置８が演算装置９に接続される。

溶存水素濃度を測定する溶存水素濃度測定装置１が設置されるＢＷＲプラントを、図３を用いて説明する。

ＢＷＲプラントは、炉心１６を内蔵した原子炉圧力容器１５、タービン２３、復水器２４、再循環系、給水系、原子炉浄化系、水素注入装置４６および制御装置４８を備えている。原子炉圧力容器１５は原子炉格納容器３０内に設置されている。

炉心１６の上方に配置された気水分離器１７および気水分離器１７の上方に配置された蒸気乾燥器１８が、原子炉圧力容器１５内にそれぞれ設置されている。核燃料物質を含む複数の燃料棒を有する複数の燃料集合体が、炉心１６に装荷されている。再循環系は再循環ポンプ２１および再循環系配管２０を有する。再循環ポンプ２１がそれぞれ設けられた２系統の再循環系配管２０が、原子炉圧力容器１５に接続される。

原子炉圧力容器１５に接続された主蒸気配管２２が、タービン２３に接続される。タービン２３は復水器２４の上に設置される。給水系は、給水配管２５および給水ポンプ２６等を有する。給水ポンプ２６が設けられた給水配管２５が、復水器２４および原子炉圧力容器１５に接続される。水素注入装置４６が給水配管２５に接続される。

原子炉浄化系は、再循環系配管２０と給水配管２５を接続する浄化系配管２７を有し、浄化系ポンプ２８および浄化装置２９を浄化系配管２７に設けている。原子炉圧力容器１５の底部に接続されたドレン配管４４が、浄化系配管２７に接続される。貴金属注入装置４７が浄化装置２９の下流で浄化系配管２７に接続される。

ＢＷＲプラントの運転中、原子炉圧力容器１５内で炉心１６の周囲に形成されたダウンカマ１９内の冷却水が、再循環ポンプ２１の駆動により再循環系配管２０内に流入し、原子炉圧力容器１５内でダウンカマ１９内に配置されたジェットポンプ（図示せず）に供給される。ジェットポンプから吐出された冷却水は、炉心１６に供給される。この冷却水は、炉心１６に装荷された燃料集合体内の燃料棒に含まれた核燃料物質の核分裂で発生する熱によって加熱され、一部が蒸気になる。蒸気は、気水分離器１７および蒸気乾燥器１８で水分を分離した後、主蒸気配管２２を通してタービン２３に供給され、タービン２３を回転させる。タービン２３に連結された発電機（図示せず）も回転し、電力が発生する。

タービン２３から排気された蒸気は、復水器２４で凝縮されて水になる。この水は、給水として、給水ポンプ２６で昇圧され、給水配管２５を通して原子炉圧力容器１５に供給される。再循環系配管２０内を流れる冷却水の一部は、浄化系配管２７内に流入し、浄化装置２９で浄化される。浄化された冷却水は、浄化系配管２７および給水配管２５を通って原子炉圧力容器１５に戻される。

ＢＷＲプラントの運転中において、水素注入装置４６から給水配管２５に注入された水素は、給水と共に原子炉圧力容器１５内に導かれ、冷却水に注入される。また、貴金属（例えば、白金）の注入は、ＢＷＲプラントの運転中において、貴金属注入装置４７によって行われる。白金を含む溶液が、浄化装置２９の下流において貴金属注入装置４７から浄化系配管２７内を流れる冷却水に注入される。白金を含む冷却水が、給水配管２５を通って原子炉圧力容器１８内に導かれる。供給された冷却水に含まれる白金は、炉心１６を取り囲む炉心シュラウド等の炉内構造物の表面、および原子炉圧力容器１８に連絡されて冷却水が流れる再循環系配管２０および浄化系配管２７のそれぞれの内面に付着する。

気水分離器１７で蒸気と分離された冷却水は、ダウンカマ１９内に導かれて給水配管２５から供給される給水と混合され、ジェットポンプにより炉心１６に供給される。

ＢＷＲプラントにおいて、溶存水素濃度測定装置１は、図３に示す測定点Ａ〜Ｅのそれぞれに設置される。測定点Ａ〜Ｅは原子炉格納容器３０内のドライウェルに配置されている。測定点ＡおよびＢは１本の再循環系配管２０に設定され、測定点ＣおよびＤは他の１本の再循環系配管２０に設定される。測定点ＢおよびＣは再循環ポンプ２１の上流に位置し、測定点ＡおよびＤは再循環ポンプ２１の下流に位置する。測定点Ｅは浄化系ポンプ２８の上流で浄化系配管２７に設定される。測定点Ａ〜Ｅでは、一端部が封鎖された分岐管（電極支持管状部材）１３が該当する配管１２に取り付けられる（図２参照）。分岐管１３内は、配管１２と連通している。

配管１２は、原子炉圧力容器１５に連絡されており、内部を冷却水が流れている。分岐管１３内も冷却水で満たされている。筺体６に取り付けられた電極ホルダ５は分岐管１３内に配置される。筺体６は、気密性を保って分岐管１３の封鎖された端部を貫通し、この端部に取り付けられる。電極ホルダ５に取り付けられた作用極３および対極４は、分岐管１３に形成されて配管１２内に連通する開口部に配置され、その冷却水と接触する。

電極ホルダ５は、作用極３および対極４の間隔を一定に維持するとともに、これらの電極間に十分な電気抵抗を確保する。電極ホルダ５は、例えば、２８０°Ｃの冷却水中でも使用可能で且つ耐放射線の高い樹脂（ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリイミド樹脂など）および無機絶縁材料（アルミナ、ジルコニアなど）のいずれかで作製される。電極ホルダ５は、作用極３および対極４を固定するため、例えば、電極を挿入するためのスリットを有する。

作用極３および対極４のそれぞれは、同じ面積を有する平板である。配管１２内を流れる冷却水と接触する作用極３および対極４の間の水質を、測定部２が配置される位置での配管１２を流れる冷却水の水質と等しくするため、作用極３および対極４の間で冷却水を流動させる必要がある。このため、作用極３および対極４は配管１２の軸方向において配管１２の軸心に平行に配置される。作用極３および対極４は互いに平行に配置され、作用極３と対極４の間の間隔は０．５ｍｍになっている。また、作用極３および対極４は、白金で作られている。作用極３および対極４にそれぞれ接続されたリード線１０および１１は、異種間金属接触による腐食および熱起電力の発生を抑制するため、少なくとも分岐管１３内では、作用極３および対極４と同じ材料、すなわち、白金であることが望ましい。

リード線１０および１１と筺体１２との間には、電気絶縁体（図示せず）が配置され、リード線１０および１１と筺体１２とが電気的に接続されることを防止している。この電気絶縁体は、上記の２８０°Ｃの冷却水中でも使用可能かつ耐放射線の高い樹脂および無機絶縁材料のいずれかで作製される。

溶存水素濃度測定装置１を用いた本実施例の原子力プラントの運転方法を、図１に示す手順に基づいて以下に説明する。本実施例の原子力プラントの運転方法は、ＢＷＲプラントに適用された運転方法である。測定部２が、前述したように、測定点Ａ〜Ｅにそれぞれ配置されている。本実施例の溶存水素濃度測定方法の、図１に示すステップＳ１〜Ｓ７の各工程は、ＢＷＲプラントの運転中に行われる。このため、測定点Ａ〜Ｅが設定された再循環系配管２０および浄化系配管２７内には冷却水が流れており、各測定点に配置された作用極３および対極４は流動している冷却水と接触している。

まず、測定点Ａ〜Ｅのそれぞれにおける本実施例の溶存水素濃度の測定方法を、ステップＳ１〜Ｓ３の各工程に基づいて説明する。ステップＳ２およびＳ３の各演算は、各測定点に対応して配置されたそれぞれの溶存水素濃度測定装置１の演算装置９で行われる。

電極間の交流インピーダンスを測定する（ステップＳ１）。ポテンショスタット７は、測定点Ａ〜Ｅのそれぞれに配置された作用極３と対極の間に発生する電位差を測定し、測定された電位差に交流電圧を重畳させた、５〜１０ｍＶの範囲内の電圧（例えば、１０ｍＶ）を作用極３に印加する。周波数応答解析装置８を用いて、作用極３に印加した交流電圧の周波数を変えて作用極３と対極４の間の交流インピーダンスを測定する。変化させる周波数の範囲は、例えば、１ｍＨｚ〜１０Ｈｚである。周波数を変化させて測定された交流インピーダンスは周波数応答解析装置８から演算装置９に入力される。

測定された交流インピーダンスに基づいて水素電極反応の抵抗を算出する（ステップＳ２）。演算装置９は、入力された交流インピーダンスを、図５に示す等価回路を基に解析する。前述したように、水素電極反応の抵抗Ｒ₂は、この等価回路を用いた交流インピーダンスの解析結果に基づいて得られたナイキスト線図である、図６に示す半円（低ＤＨ）と、実数軸との二つの交点のそれぞれの値（ｎ１およびｎ２）を求め、これらの値を用いて算出される。

算出した水素電極反応の抵抗を用いて溶存水素濃度を算出する（ステップＳ３）。演算装置９は、算出した水素電極反応の抵抗Ｒ₂と、図７に示す水素電極反応の抵抗Ｒ₂と溶存水素の関係から、溶存水素濃度を算出する。

演算装置９は、ステップＳ２において、周波数応答解析装置８から出力される交流インピーダンスに基づいてそれぞれの電極の表面の水素電極反応の抵抗を求める第１演算装置、および求められた水素電極反応の抵抗に基づいて電極が接触する冷却水中の溶存水素濃度を求める第２演算装置を有していると言える。

溶存水素濃度が設定溶存水素濃度の下限値未満であるかを判定する（ステップＳ４）。演算装置９においてステップＳ３で求めた溶存水素濃度が、制御装置４８に入力される。制御装置４８は、入力した溶存水素濃度が設定溶存水素濃度の下限値未満であるとき、すなわち、ステップＳ４の判定が「Ｙｅｓ」であるとき、ステップＳ５の工程の制御を実施する。設定溶存水素濃度の下限値は３０ｐｐｂである。冷却水の溶存水素濃度が３０ｐｐｂ未満になると、冷却水の放射線分解により生成される酸化剤（酸素及び過酸化水素）が水素との再結合反応により除去されずに残る可能性がある。水素注入により冷却水の溶存水素濃度を３０ｐｐｂ以上にすると、冷却水中に酸化剤が残る確率が極めて小さくなる。また、入力した溶存水素濃度が設定溶存水素濃度の下限値以上であるとき、すなわち、ステップＳ４の判定が「Ｎｏ」であるとき、制御装置４８はステップＳ６の工程の制御を実施する。

水素の注入量を増加させる（ステップＳ５）。溶存水素を含む溶液が、復水器２４の下流において水素注入装置４６から給水配管２５内を流れる冷却水に注入されている。給水配管２５への水素の注入量は、制御装置４８により、水素注入装置４６と給水配管２５を接続する注入配管に設けられた制御弁（図示せず）の開度を調節することによって制御される。溶存水素を含む冷却水が、給水配管２５を通って原子炉圧力容器１５内に導かれる。供給された溶存水素を含む冷却水は、炉心１６、再循環系配管２０、ドレン配管４４、さらには、浄化系配管２７に導かれる。ステップＳ４の判定が「Ｙｅｓ」であるとき、制御装置４８による上記の制御弁の開度を増加させることによって、水素注入装置４６から給水配管２５に注入する水素の注入量を増加させる。この結果、測定点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅのそれぞれにおける溶存水素濃度が増加する。つまり、測定点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅのそれぞれに配置された溶存水素濃度測定装置１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄおよび１Ｅのそれぞれの作用極３および対極４に接触する冷却水の溶存水素濃度が増加する。その後、ステップＳ１〜Ｓ３の各工程が実施されて、水素の注入量増加後における測定点Ａ〜Ｅのそれぞれで冷却水中の溶存水素濃度が測定され、水素濃度の測定値に基づいてステップＳ４の判定が行われる。

溶存水素濃度が設定溶存水素濃度の上限値以上であるかを判定する（ステップＳ６）。ステップＳ３で求めた溶存水素濃度が設定溶存水素濃度の上限値（例えば、７０ｐｐｂ）以上であるとき、制御装置４８で行われるステップＳ４の判定が「Ｎｏ」になる。このとき、制御装置４８は、ステップＳ６の判定、すなわち、「溶存水素濃度が設定溶存水素濃度の上限値以上であるか」の判定を行う。ステップＳ６の判定が「Ｙｅｓ」であるとき、制御装置４８は、ステップＳ７の工程の制御を実施する。制御装置４８が、演算装置９から入力した溶存水素濃度が設定溶存水素濃度の上限値未満であるとき、すなわち、ステップＳ６の工程での判定が「Ｎｏ」であるとき、ステップＳ１〜Ｓ３の各工程が実施されて、水素の注入量増加後における測定点Ａ〜Ｅのそれぞれで冷却水中の溶存水素濃度が測定され、水素濃度の測定値に基づいてステップＳ４の判定が行われる。

原子炉圧力容器１５内の冷却水中の溶存水素濃度が７０ｐｐｂ以上になると、蒸気と共にタービン２３に供給される放射性窒素の量が著しく増加し、タービン建屋内の線量率が４倍から５倍に増加する。このため、原子炉圧力容器１５内の冷却水中の溶存水素濃度が７０ｐｐｂ未満になるように、給水配管２５を通して原子炉圧力容器１５内の冷却水に水素を注入する必要がある。

水素注入量を減少させる（ステップＳ７）。制御装置４８がステップＳ６における「溶存水素濃度が設定溶存水素濃度の上限値以上であるか」の判定を行った結果、ステップＳ６の判定が「Ｙｅｓ」になったとき、制御装置４８は水素注入装置４６と給水配管２５を接続する注入配管に設けられた制御弁（図示せず）の開度を減少させる。水素注入装置４６から給水配管２５への水素注入量を減少させる。この結果、測定点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅのそれぞれに配置された溶存水素濃度測定装置１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄおよび１Ｅのそれぞれの作用極３および対極４に接触する冷却水の溶存水素濃度が減少する。その後、ステップＳ１〜Ｓ３の各工程が実施されて、水素の注入量増加後における測定点Ａ〜Ｅのそれぞれで冷却水中の溶存水素濃度が測定され、水素濃度の測定値に基づいてステップＳ４の判定が行われる。

このように、本実施例の原子力プラントの運転方法では、ＢＷＲプラントの運転中、ステップＳ１〜Ｓ７の各工程を繰り返し実施する。

本実施例では、原子力プラントの運転中に、冷却水と接触する表面が貴金属（例えば、白金）である電極間の交流インピーダンスを測定し、測定した交流インピーダンスに基づいて電極表面の水素電極反応の抵抗Ｒ₂を求め、得られた水素電極反応の抵抗Ｒ₂に基づいて冷却水中の溶存水素濃度を求めているため、原子力プラントの運転中において冷却水中の溶存水素濃度をより精度良く求めることができる。特に、作用極３および対極４が貴金属（例えば、白金）製であるため、冷却水中の水素が作用極３および対極４との反応性が良くなり、それだけ、測定される交流インピーダンスの値が大きくなる。これは、冷却水の溶存水素濃度の測定精度のさらなる向上に貢献する。

作用極３と対極４の間の交流インピーダンスは、原子炉の運転中における２８０°Ｃ、７ＭＰａの高温高圧条件下で直接冷却水の溶存水素濃度を測定することが可能であり、溶存水素濃度測定装置１を低温部のサンプリング系に設置する必要がない。そのため、冷却水が測定部に到達するまでに溶存水素が反応し消費されてしまうことがなく、運転中のプラントにおいて、冷却水中の溶存水素濃度をより精度良く測定することができる。

本実施例では、溶存水素濃度測定装置１により冷却水の溶存水素濃度を測定するため、冷却水の溶存水素濃度の増減をより精度良く検知することができる。このため、ＢＷＲプラントの原子炉圧力容器１５内の冷却水への水素の注入量の制御の精度がさらに向上し、適切な水素注入量で冷却水に含まれる酸化剤の濃度を効率良く低減することができる。

上記の実施例では、制御装置４８を用いて水素注入装置４６と給水配管２５を接続する注入配管に設けられた制御弁の開度を増加または減少する制御を行うことにより、ステップＳ５での水素注入量の増加またはステップＳ７での水素注入量の減少を行っている。しかし、制御装置４８を設置しないで、手動にてその制御弁の開度を調節し、ステップＳ５での水素注入量の増加またはステップＳ７での水素注入量の減少を行ってもよい。

本発明の他の好適な実施例である実施例２の原子力プラントの運転方法を、図９を用いて説明する。本実施例の原子力プラントの運転方法では、実施例１と同様に、溶存水素濃度測定装置１が用いられ、溶存水素濃度測定装置１の測定部２の健全性を判断し、さらに、導電率を評価することができる。本実施例では、溶存水素濃度測定装置１が、実施例１と同様に、ＢＷＲプラントの図３に示す測定点Ａ〜Ｅにそれぞれ取り付けられる。

本実施例の原子力プラントの運転方法において実施される図９に示された手順は、実施例１の原子力プラントの運転方法で実施される図１に示された手順において、ステップＳ２をステップＳ２Ａに替え、そしてステップＳ３ＡおよびＳ３Ｂの各工程を新たに追加している。図９に示された手順は図１に示されたステップＳ１及びＳ３〜Ｓ７の各工程を含んでいる。

ステップＳ１，Ｓ２Ａ，Ｓ３Ａ，Ｓ３Ｂ及びＳ３Ｃの各工程は、測定点Ａ〜Ｅのそれぞれに配置された各溶存水素濃度測定装置１で測定された交流インピーダンスを用いて演算装置９で行われる。本実施例の溶存水素濃度の測定方法は、ステップＳ１，Ｓ２Ａ，Ｓ３Ａ，Ｓ３Ｂ及びＳ３Ｃの各工程を含んでいる。

実施例１と同様に、電極間の交流インピーダンスを測定する（ステップＳ１）。

測定された交流インピーダンスに基づいて導電抵抗および溶存水素電極反応の抵抗を算出する（ステップＳ２Ａ）。演算装置９は、入力された交流インピーダンスを、図５に示す等価回路を基に解析する。水素電極反応の抵抗Ｒ₂は、実施例１と同様に、交流インピーダンスの解析結果に基づいて得られたナイキスト線図である、図６に示す半円（低ＤＨ）と、実数軸との二つの交点のそれぞれの値（ｎ１およびｎ２）を求め、これらの値を用いて算出される。作用極３と対極４との間、すなわち、電極間の導電抵抗Ｒ₁は、図６に示す半円（低ＤＨ）と実数軸との左側の交点の値（例えば、ｎ１）から算出される。

導電抵抗を用いて測定部の健全性を評価する（ステップＳ３Ａ）。溶存水素濃度測定装置１の測定部２の健全性の評価は、ステップＳ２Ａで求められた電極間の導電抵抗Ｒ₁を用いて行われる。例えば、測定部２に含まれる作用極３および対極４のそれぞれの表面積が６０ｍｍ²であり、作用極３と対極４の間隔が０．５ｍｍであり、さらに、炉水の導電率が１０μＳ／ｃｍ以下に管理されているとする。測定部２が健全であれば導電抵抗Ｒ₁は８．３ｋΩ以上になる。測定部２が故障して電極ホルダ５または筺体６内に配管１２内を流れる冷却水が浸入した場合には、浸入した冷却水を介してリード線１０とリード線１１がショートするため、導電抵抗Ｒ₁は８．３ｋΩ未満になる。このため、ステップＳ２Ａで求められた導電抵抗Ｒ₁の値に基づいて測定部２の健全性（または故障）を判断することができる。演算装置９は、求めた導電抵抗Ｒ₁の値が８．３ｋΩ以上であるか、または８．３ｋΩ未満であるかを判定する。判定結果は、表示装置（図示せず）に表示される。

導電抵抗を用いて冷却水の導電率を求める（ステップＳ３Ｂ）。ステップＳ２Ａで求められた導電抵抗Ｒ₁を式（２）に代入することによって、冷却水の導電率σを求めることができる。ここで、Ｓは電極の表面積、Ｌは電極間の間隔である。

σ＝Ｓ／（Ｌ×Ｒ₁） …（２）
本実施例で用いられる演算装置９は、ステップＳ２Ａにおいて、周波数応答解析装置８から出力される交流インピーダンスに基づいて、それぞれの電極の表面の水素電極反応の抵抗を求め、一対の電極間の導電抵抗を求める第１演算装置、ステップＳ３Ｃにおいて、求められた水素電極反応の抵抗に基づいて電極が接触する冷却水中の溶存水素濃度を求める第２演算装置、ステップＳ３Ａにおいて、第１演算装置で求められた導電抵抗に基づいて一対の電極を保持する保持部材の健全性を評価する評価装置、およびその導電抵抗に基づいて一対の電極に接触する冷却水の導電率を求める第３演算装置を有していると言える。

本実施例において、ステップＳ３Ｂの工程の後に実施されるステップＳ３Ｃの工程は、実施例１のステップＳ３の工程と同じ処理が、演算装置９で実施される。ステップＳ３Ｃの工程の後に実施されるステップＳ４〜Ｓ７の各工程は、実施例１と同様に、実施される。本実施例の原子力プラントの運転方法では、ＢＷＲプラントの運転中、ステップＳ１〜Ｓ７の各工程を繰り返す。測定点Ａ〜Ｅにそれぞれ配置された溶存水素濃度測定装置１の測定部２の健全性の評価は、ＢＷＲプラントの運転中において、繰り返し実施される。

本実施例は、実施例１で生じる各効果を得ることができる。本実施例では、原子力プラントの運転中において、測定部２の健全性を継続的に判断することができる。さらに、本実施例では、前述したように冷却水の導電率を得ることができる。ＢＷＲプラントの原子炉圧力容器１５内、および原子炉圧力容器１５に連絡される配管（例えば、再循環系配管２０等）内を流れる冷却水の導電率が上昇すると、原子力プラント、例えば、ＢＷＲプラントのステンレス鋼製の構造部材（炉内構造物及び配管）にＳＣＣを発生させ、ＳＣＣによる構造部材のき裂を進展させることが知られている。実施例２では、溶存水素濃度と共に、同じ測定点における冷却水の導電率を測定することができるため、それらの測定値に基づいてＢＷＲプラントに対してより適切な水質管理が可能となる。例えば、貴金属注入を実施しているときに、本実施例により導電率を連続測定し、導電率が設定基準値を超えた場合、貴金属注入量を低下させる、または貴金属注入を停止する。このような操作を行うことにより、冷却水の導電率の上昇を抑えることができ、この結果として、構造部材におけるＳＣＣの発生、およびＳＣＣによるき裂の進展を抑制することができる。

本発明の他の好適な実施例である実施例３の溶存水素濃度測定装置を、図１０を用いて説明する。本実施例の溶存水素濃度測定装置１Ａは、実施例１の溶存水素濃度測定装置１にエレクトロメータ４９を追加した構成を有している。エレクトロメータ４９は、作用極４に接続されたリード線１１に１本のリード線により接続され、分岐管１３が取り付けられる配管１２に他のリード線により接続されている。エレクトロメータ４９は、リード線１１の替りに、作用極３に接続されたリード線１０に接続してもよい。溶存水素濃度測定装置１Ａの他の構成は実施例１の溶存水素濃度測定装置１と同じである。

溶存水素濃度測定装置１Ａは、図３に示すＢＷＲプラントの測定点Ａ〜Ｅにそれぞれ設置されている。溶存水素濃度測定装置１Ａの作用極３および対極４は、水素電極反応を示し、冷却水中において所定の電位（基準電位）を発生する材料、例えば、貴金属である白金で作製される。

溶存水素濃度測定装置１Ａを用いた本実施例の原子力プラントの運転方法では、実施例１と同様に、図１に示されたステップＳ１〜Ｓ７の各工程が繰り返し実施される。

溶存水素濃度測定装置１Ａでは、エレクトロメータ４９が、対極４（または作用極３）が示す基準電位と、配管１２が接触する冷却水の温度、この冷却水に含まれる溶存水素、溶存酸素および過酸化水素のそれぞれの濃度、および流れている冷却水の流速の条件下で、溶存水素濃度測定装置１Ａが設置された配管１２が有する電位との電位差を測定する。測定されたこの電位差に基づいて、その配管１２の腐食電位を求める。

本実施例は実施例１で生じる各効果を得ることができる。さらに、本実施例は、作用極３と対極４の間に発生する交流インピーダンスに基づいて配管１２内を流れる冷却水の溶存水素を求めると共に、同じ測定点における構造部材、すなわち、配管１２の腐食電位を測定することができる。このため、溶存水素濃度に基づく水素注入量の制御とともに、水素注入によるＳＣＣ抑制効果を、測定された腐食電位を指標に確認することができる。

溶存水素濃度測定装置１Ａを用いた本実施例の原子力プラントの運転方法では、実施例１で実施される、図１に示されたステップＳ１〜Ｓ７の各工程の替りに、実施例２で実施される、図９に示されたステップＳ１，Ｓ２Ａ，Ｓ３Ａ，Ｓ３Ｂ，Ｓ３Ｃ及びＳ４〜Ｓ７の各工程を実施してもよい。この場合には、実施例２で生じる各効果を得ることができる。

本発明の他の好適な実施例である実施例４の溶存水素濃度測定方法を、図１１を用いて説明する。本実施例の溶存水素濃度測定方法では、溶存水素濃度測定装置として実施例１で用いられる溶存水素濃度測定装置１が使用される。本実施例では、溶存水素濃度測定装置１の測定部２は、ＢＷＲプラントの原子炉圧力容器１５内に設置された局所出力領域モニタ（中性子検出器）３５内に配置される。

局所出力領域モニタ３５の配置構造は、例えば、特開平９−９００８７号公報に記載されているが、概要を以下に説明する。複数の局所出力領域モニタ３５が、炉心１６に装荷された複数の燃料集合体の間に配置される。各局所出力領域モニタ３５は、原子炉圧力容器１５内で、炉心１６の下端部に配置された炉心支持板３４の下方に設置された複数の局所出力領域モニタ外管（以下、ＬＰＲＭ外管という）３８内まで別々に伸びている。すなわち、局所出力領域モニタ３５は、各ＬＰＲＭ外管３８内にそれぞれ配置されている。炉心支持板３４より上方に位置する上部孔３６および炉心支持板３４より下方に位置する下部孔３７が各局所出力領域モニタ３５に形成される。外管孔４０がＬＰＲＭ外管３８の上端部に形成される。各ＬＰＲＭ外管３８は、原子炉圧力容器１５の下鏡３３を貫通し、下鏡３３に溶接にて取り付けられた複数の局所出力領域モニタハウジング（以下、ＬＰＲＭハウジングという）４１に接続される。ハウジング孔３９が、原子炉圧力容器１５内でＬＰＲＭハウジング４１の上端部に形成される。局所出力領域モニタフランジ（以下、ＬＰＲＭフランジという）４２が、ＬＰＲＭハウジング４１の下端に取り付けられ、ＬＰＲＭハウジング４１を封鎖する。局所出力領域モニタ３５はＬＰＲＭフランジ４１を貫通して下方に伸びる。

局所出力領域モニタ３５内に配置された測定部２は、電極ホルダ５の下端に取り付けられた筺体６を局所出力領域モニタ３５の内面に取り付けることによって、測定部２と局所出力領域モニタ３５が接触しない状態で固定される。筺体６の下面に気密性を保って取り付けられたケーブル管４５が、局所出力領域モニタ３５、ＬＰＲＭ外管３８およびＬＰＲＭハウジング４１内を通ってＬＰＲＭフランジ４２を貫通し、ＬＰＲＭハウジング４１の外部に達している。作用極３に接続されたリード線１０および対極４に接続されたリード線１１が、ケーブル管４５内に配置され、ＬＰＲＭハウジング４１の外部に達している。リード線１０，１１はポテンショスタット７に接続される。

原子炉圧力容器１５内の冷却水は、ハウジング孔３９からＬＰＲＭハウジング４１内に流入し、ＬＰＲＭ外管３８内を上昇する。この冷却水は、下部孔３７から局所出力領域モニタ３５内を通って上昇し、その後、局所出力領域モニタ３５の上部孔３６から流出する。

測定部２の作用極３および対極４は、局所出力領域モニタ３５内を上昇する冷却水に接触する。この冷却水中の溶存水素濃度は、水素注入量増加時には上昇し、水素注入量減少時には低下する。ＢＷＲプラントの運転中において、実施例１と同様に、ステップＳ１〜Ｓ３の各工程が実施され、作用極３および対極４が配置された位置での局所出力領域モニタ３５内の溶存水素濃度を求めることができる。

本実施例の溶存水素濃度測定方法を適用した原子力プラントの運転方法では、ステップＳ１〜Ｓ３の各工程と共に、ステップＳ４〜Ｓ７の各工程も実施される。

本実施例は、実施例１で生じる各効果を得ることができる。本実施例は、作用極３および対極４を局所出力領域モニタ３５内に配置することによって、局所出力領域モニタ３５を分岐管１３の替りに用いることができる。

本実施例において、実施例１で実施される、図１に示されたステップＳ１〜Ｓ７の各工程の替りに、実施例２で実施される、図９に示されたステップＳ１，Ｓ２Ａ，Ｓ３Ａ，Ｓ３Ｂ，Ｓ３Ｃ及びＳ４〜Ｓ７の各工程を実施してもよい。この場合には、実施例２で生じる各効果を得ることができる。

さらに、本実施例において、溶存水素濃度測定装置１の替りに、溶存水素濃度測定装置１Ａを局所出力領域モニタ３５内に配置してもよい。この場合には、実施例３で生じる各効果を得ることができる。この場合には、エレクトロメータ４９が原子炉圧力容器１５外に配置され、エレクトロメータ４９は、原子炉圧力容器１５外において、リード線１０または１１および局所出力領域モニタ３５に接続される。

実施例１乃至４は、加圧水型原子力プラントに適用することができる。

１，１Ａ…溶存水素濃度測定装置、２…測定部、３…作用極、４…対極、５…電極ホルダ、６…筐体、７…ポテンショスタット、８…周波数応答解析装置、９…演算装置、１２…配管、１３…分岐管、１５…原子炉圧力容器、１９…ダウンカマ、２０…再循環系配管、２７…浄化系配管、３４…炉心支持板、３５…局所出力領域モニタ、３８…局所出力領域モニタ外管、４１…局所出力領域モニタハウジング、４６…水素注入装置、４９…エレクトロメータ、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ…測定点。

Claims (10)

1. 冷却水と接触する原子力プラントの構造部材に取り付けられた保持部材に設けられて表面が貴金属である一対の電極間に、前記冷却水が前記一対の電極の表面に接触している状態で、前記電極間に交流電圧を印加し、前記電極間の交流インピーダンスを測定し、前記測定された交流インピーダンスに基づいて前記電極表面の水素電極反応の抵抗を求め、求められた前記水素電極反応の抵抗に基づいて前記冷却水の溶存水素濃度を求めることを特徴とする溶存水素濃度の測定方法。
2. 前記構造部材が前記原子力プラントの原子炉圧力容器に接続された配管であり、前記一対の電極が設けられた前記保持部材が、前記配管に連通して前記配管に取り付けられた電極支持管状部材に取り付けられ、前記一対の電極が前記電極支持管状部材内に配置されて前記配管内を流れる前記冷却水と接触しているとき、前記求められる溶存水素濃度が前記配管を流れる冷却水の溶存水素濃度である請求項１に記載の溶存水素濃度の測定方法。
3. 前記測定された交流インピーダンスに基づいて前記一対の電極間の導電抵抗を求め、前記導電抵抗に基づいて前記一対の電極を保持する前記保持部材の健全性を評価する請求項１または２に記載の溶存水素濃度の測定方法。
4. 前記測定された交流インピーダンスに基づいて前記一対の電極間の導電抵抗を求め、前記導電抵抗に基づいて前記冷却材の導電率を求める請求項１に記載の溶存水素濃度の測定方法。
5. 前記構造部材の測定点に配置された前記一対の電極のうちの１つの前記電極を用いて前記測定点での前記構造部材の腐食電位を測定する請求項１に記載の溶存水素濃度測定方法。
6. 前記構造部材が、前記原子力プラントの原子炉圧力容器内に配置された中性子検出器であり、前記中性子検出器内に、前記保持部材に設けられた前記一対の電極が配置されているとき、前記求められる溶存水素濃度が前記中性子検出器内を流れる冷却水の溶存水素濃度である請求項１に記載の溶存水素濃度測定方法。
7. 保持部材に互いに対向して取り付けられて表面が貴金属である一対の電極と、それぞれの電極にリード線により接続されたポテンショスタットと、前記ポテンショスタットに接続された周波数応答解析装置と、前記周波数応答解析装置から出力される交流インピーダンスに基づいて前記電極表面の水素電極反応の抵抗を求める第１演算装置と、前記水素電極反応の抵抗に基づいて前記電極が接触する冷却材中の溶存水素濃度を求める第２演算装置とを備えたことを特徴とする溶存水素濃度測定装置。
8. 前記周波数応答解析装置から出力される交流インピーダンスに基づいて、前記水素電極反応の抵抗および前記一対の電極間の導電抵抗を求める前記第１演算装置、前記導電抵抗に基づいて前記一対の電極を保持する前記保持部材の健全性を評価する評価装置、および前記導電抵抗に基づいて前記冷却材の導電率を求める第３演算装置を有する請求項７に記載の溶存水素濃度測定装置。
9. 前記一対の電極相互間の間隔が０．５〜３．０ｍｍの範囲内である請求項７または８に記載の溶存水素濃度測定装置。
10. 原子力プラント運転中に、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の溶存水素濃度測定方法によって求められた前記溶存水素濃度が設定溶存水素濃度の下限値未満であるとき、前記原子力プラントの冷却水に注入する水素の量を増加させ、前記溶存水素濃度測定方法によって求められた前記溶存水素濃度が前記設定溶存水素濃度の上限値以上であるとき、前記原子力プラントの冷却水に注入する水素の量を減少させることを特徴とする原子力プラントの運転方法。

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