JP2016102727A - 原子力プラントの炭素鋼部材への放射性核種付着抑制方法及び皮膜形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】炉水と接触する、原子力プラントの炭素鋼部材への放射性核種の付着をさらに低減できる原子力プラントの炭素鋼部材への放射性核種付着抑制方法を提供する。【解決手段】皮膜形成装置の循環配管をＢＷＲプラントの炭素鋼部材である浄化系配管に接続するＳ１。浄化系配管の内面の還元除染を実施するＳ２。その還元除染が終了した後、循環配管に、亜鉛イオン、クロム酸イオン及びｐＨを増加できる還元剤（例えば、ヒドラジン）を注入するＳ７，Ｓ８及びＳ９。亜鉛イオン、クロム酸イオン及び還元剤を含み、ｐＨが４．８〜１１．４の範囲内に存在する皮膜形成水溶液を、浄化系配管に供給するＳ１０。この皮膜形成水溶液が浄化系配管の内面に接触することによって、亜鉛クロマイト皮膜が浄化系配管の内面に形成されるＳ１１。皮膜形成装置の循環配管を浄化系配管から取り外すＳ１３。【選択図】図１

Description

本発明は、原子力プラントの炭素鋼部材への放射性核種付着抑制方法及び皮膜形成装置に係り、特に、沸騰水型原子力プラントに適用するのに好適な原子力プラントの炭素鋼部材への放射性核種付着抑制方法及び皮膜形成装置に関する。

原子力発電プラントとして、例えば、沸騰水型原子力発電プラント（以下、ＢＷＲプラントという）及び加圧水型原子力発電プラント（以下、ＰＷＲプラントという）が知られている。例えば、ＢＷＲプラントは、原子炉圧力容器（ＲＰＶと称する）内に炉心を内蔵した原子炉を有し、炉心に装荷された燃料集合体に冷却水を供給する再循環ポンプ（またはインターナルポンプ）を備えている。

ＢＷＲプラント及びＰＷＲプラント等の原子力発電プラントでは、原子炉圧力容器などの主要な構成部材は、腐食を抑制するために、水が接触する部分をステンレス鋼及びニッケル基合金などで構成する。また、原子炉冷却材浄化系、余熱除去系（残留熱除去系）、原子炉隔離時冷却系、炉心スプレイ系、給水系及び復水系などの構成部材は、原子力プラントの製造所要コストを低減する観点、及び給水系及び復水系を流れる高温水に起因するステンレス鋼の応力腐食割れを避ける観点から、主として炭素鋼部材が用いられる。

また、放射性腐食生成物の元となる腐食生成物は、ＲＰＶ及び再循環系配管等の接水部からも発生するため、主要な一次系の構成部材には腐食の少ないステンレス鋼、ニッケル基合金などの不銹鋼が使用されている。また、低合金鋼製のＲＰＶは内面にステンレス鋼の肉盛りが施され、低合金鋼が、直接、炉水（ＲＰＶ内に存在する冷却水）と接触することを防いでいる。さらには、炉水の一部を原子炉浄化系のろ過脱塩装置によって浄化し、炉水中に僅かに存在する金属不純物を積極的に除去している。

しかし、上述のような腐食対策を講じても、炉水中における極僅かな金属不純物の存在は避けられないため、一部の金属不純物が、金属酸化物として、燃料集合体内の燃料棒の表面に付着する。燃料棒表面に付着した金属不純物に含まれる金属元素は、燃料棒内の核燃料から放出される中性子の照射により原子核反応を起こし、コバルト６０、コバルト５８、クロム５１、マンガン５４等の放射性核種になる。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、一部の放射性核種は、取り込まれている酸化物の溶解度に応じて炉水中にイオンとして溶出したり、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たりする。炉水中の放射性物質は、原子炉浄化系によって取り除かれる。しかしながら、除去されなかった放射性物質は炉水とともに再循環系などを循環している間に、構成部材の炉水と接触する表面に蓄積される。その結果、構成部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の原因となる。その従業者の被曝線量は、各人毎に規定値を超えないように管理されている。近年この規定値が引き下げられ、各人の被曝線量を経済的に可能な限り低くする必要が生じている。

そこで、配管への放射性核種の付着を低減する方法、及び炉水中の放射性核種の濃度を低減する方法が様々検討されている。例えば、亜鉛などの金属イオンを炉水に注入して、炉水と接触する再循環系配管内面に亜鉛を含む緻密な酸化皮膜を形成させることにより、酸化皮膜中へのコバルト６０及びコバルト５８等の放射性核種の取り込みを抑制する方法が提案されている（特開昭５８−７９１９６号公報参照）。

また、一度、ＲＰＶに連絡される配管の内面に形成された酸化皮膜に取り込まれたコバルト６０及びコバルト５８等の放射性核種を、化学薬品を用いて配管内面から溶解して除去する化学除染法が提案されている（特開平１１−３４４５９７）。

さらに、化学除染後の原子力プラント構成部材の炉水と接触する表面にフェライト皮膜であるマグネタイト皮膜を形成することによって、原子力プラントの運転後においてその構成部材の表面に放射性核種を付着することを抑制する方法が、特開２００６−３８４８３号公報及び特開２００７−１９２７４５号公報に提案されている。この方法は、鉄（II）イオンを含むギ酸水溶液、過酸化水素及びヒドラジンを含み、常温から１００℃の範囲に加熱された処理液を、その構成部材の表面に接触させてその表面にフェライト皮膜を形成するものである。さらに、マグネタイト皮膜よりも安定なニッケルフェライト皮膜もしくは亜鉛フェライト皮膜を原子力プラント構成部材の表面に形成し、原子力プラントの運転後においてその構成部材の表面に放射性核種が付着することをさらに抑制する方法が提案されている。

炭素鋼部材の表面に放射性核種が付着することを抑制する方法としては、アルカリ水を注入して、炭素鋼部材である炭素鋼製の配管に接する炉水温度を２５０℃以上に１００時間以上保持して、その配管の内面に酸化皮膜を形成する方法が提案されている（特開平９−１６６６９４号公報参照）。

また、特開２００１−９１６８８号公報は、原子力発電プラントの構造部材の応力腐食割れの発生、及び応力腐食割れによるき裂進展のそれぞれを抑制し、構造部材の健全性を維持するために、亜鉛クロマイと及びクロム酸化物が混在する亜鉛及びクロムの複合酸化物皮膜を、構造部材の、炉水と接触する表面に形成することを記載している。

特開２０００−１０５２９５号公報は、運転を経験した原子力プラントの配管の内面に対して化学除染を実施することを記載する。この化学除染では、過マンガン酸カリウム水溶液（酸化除染液）を用いる酸化除染及びヒドラジンを含むシュウ酸水溶液（還元除染液）を用いる還元除染が実施される。

特開昭５８−７９１９６号公報 特開平１１−３４４５９７号公報 特開２００６−３８４８３号公報 特開２００７−１９２７４５号公報 特開平９−１６６６９４号公報 特開２００１−９１６８８号公報 特開２０００−１０５２９５号公報

特開昭５８−７９１９６号公報に記載されたように、原子炉圧力容器内に存在する炉水に亜鉛を注入することによって、亜鉛を含む炉水が再循環系配管等のステンレス鋼製配管の内面に接触することによって、炉水に含まれている放射性核種（例えば、Ｃｏ―６０）ステンレス鋼製の配管の内面への付着が抑制される。この結果、原子炉圧力容器に接続されたステンレス鋼製の配管の表面線量率が低下し、このステンレス鋼製配管の周囲で保守点検を行う従事者の被ばく線量が低減される。

しかしながら、亜鉛などの金属イオンを炉水中に注入する場合では、原子炉圧力容器に連絡される炭素鋼製配管（例えば、原子炉浄化系及び残留熱除去系等の各配管）の内面への放射性核種の付着抑制効果は、ステンレス鋼製配管の内面へのその付着抑制効果よりも低減される。このため、原子炉圧力容器に連絡される炭素鋼製配管、すなわち、原子力発電プラントの、炉水と接触する炭素鋼製部材への放射性核種の付着をさらに抑制することが望まれる。

特開２００１−９１６８８号公報は構造部材の表面に亜鉛クロマイと及びクロム酸化物が混在する亜鉛及びクロムの複合酸化物皮膜を形成することを記載しているが、この亜鉛クロマイと及びクロム酸化物が混在する亜鉛及びクロムの複合酸化物皮膜の形成は構造部材の応力腐食割れの発生及び応力腐食割れによるき裂進展を抑制するためである。応力腐食割れは、炭素鋼製の構造部材ではなく、炉水と接触するステンレス鋼製の構造部材で発生する。このため、特開２００１−９１６８８号公報においてその複合酸化物皮膜を形成する構造部材はステンレス鋼製の構造部材であり、特開２００１−９１６８８号公報は、炭素鋼部材への放射性核種の付着抑制について言及していない。

本発明の目的は、炉水と接触する、原子力プラントの炭素鋼部材への放射性核種の付着をさらに低減することができる原子力プラントの炭素鋼部材への放射性核種付着抑制方法及び皮膜形成装置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、クロム酸イオン、亜鉛イオン及び還元剤を含む皮膜形成液を原子力プラントの炭素鋼部材の表面に接触させ、
その皮膜形成液が接触する、炭素鋼部材の表面に、亜鉛クロマイト（ＺｎＣｒ₂Ｏ₄）の皮膜を形成し、
炭素鋼部材表面への皮膜形成液の接触、及び炭素鋼部材の表面への亜鉛クロマイト皮膜の形成のそれぞれは、原子力プラントが運転されていないときに行われることにある。

原子力プラントが運転されていないときに、クロム酸イオン、亜鉛イオン及び還元剤を含む皮膜形成液を原子力プラントの炭素鋼部材の表面に接触させることにより、原子力プラントが運転されていないときに炭素鋼部材の表面に亜鉛クロマイト（ＺｎＣｒ₂Ｏ₄）皮膜を形成することができる。このため、次の運転サイクルで原子力プラントの運転を行うために、原子力プラントの起動を開始した直後から炭素鋼部材の表面への放射性核種の付着をさらに抑制することができる。また、皮膜形成液に含まれる還元剤の作用によって、皮膜形成液に接触する、炭素鋼部材の表面の電位が低下されるため、その表面への亜鉛クロマイト皮膜の付着が容易に行われ、亜鉛クロマイト皮膜が炭素鋼部材の表面に効率良く形成される。この結果、亜鉛クロマイト皮膜によるその表面への放射性核種の付着をさらに抑制することができる。

好ましくは、炭素鋼部材の表面に接触される皮膜形成液のｐＨが４．８〜１１．４の範囲内に存在することが望ましい。

さらに好ましくは、還元剤として皮膜形成液のｐＨを増加する還元剤を用いることが望ましい。

本発明によれば、炉水と接触する、原子力プラントの炭素鋼部材への放射性核種の付着をさらに低減することができる。

本発明の好適な一実施例である実施例１の原子力プラントの炭素鋼部材への放射性核種付着抑制方法の手順を示すフローチャートである。 図１に示す原子力原子力プラントにおける炭素鋼部材への放射性核種付着抑制方法を実施する際に用いられる皮膜形成装置を沸騰水型原子力発電プラントの原子炉浄化系の浄化系配管に接続した状態を示す説明図である。 図２に示す皮膜形成装置の詳細構成図である。 炭素鋼試験片表面におけるＦｅに対するＣｒの割合の変化によるその表面へのＣｏ−６０の付着量を示す説明図である。 表面におけるＦｅに対するＣｒの割合が１９％及び２２％であるそれぞれの炭素鋼試験片の、Ｃｏ−６０付着試験後に形成された酸化皮膜のレーザーラマンスペクトル分析結果を示す説明図である。 Ｃｒを中心に見た場合における９０℃でのＣｒ−Ｚｎ−Ｈ_２Ｏ系の電位−ｐＨ図である。 Ｚｎを中心に見た場合における９０℃でのＣｒ−Ｚｎ−Ｈ_２Ｏ系の電位−ｐＨ図である。 本発明の好適な他の実施例である実施例２の原子力プラントの炭素鋼部材への放射性核種付着抑制方法の手順を示すフローチャートである。 図１に示す原子力原子力プラントにおける炭素鋼部材への放射性核種付着抑制方法を実施する際に用いられる皮膜形成装置の構成図である。 本発明の好適な他の実施例である実施例３の原子力プラントの炭素鋼部材への放射性核種付着抑制方法の手順を示すフローチャートである。 図１０に示す原子力原子力プラントにおける炭素鋼部材へのフェライト皮膜形成方法を実施する際に用いられる皮膜形成装置を沸騰水型原子力発電プラントの再循環系配管及び原子炉浄化系の浄化系配管に接続した状態を示す説明図である。 本発明の好適な他の実施例である実施例４の原子力プラントの炭素鋼部材への放射性核種付着抑制方法の手順を示すフローチャートである。 本発明の好適な他の実施例である実施例５の原子力プラントの炭素鋼部材への放射性核種付着抑制方法の手順を示すフローチャートである。 図１３に示す原子力原子力プラントにおける炭素鋼部材へのフェライト皮膜形成方法を実施する際に用いられる皮膜形成装置の構成図である。 本発明の好適な他の実施例である実施例６の原子力プラントの炭素鋼部材への放射性核種付着抑制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７の原子力原子力プラントにおける炭素鋼部材への放射性核種付着抑制方法を実施する際に用いられる皮膜形成装置を沸騰水型原子力発電プラントの残留熱除去系の残留熱除去系配管に接続した状態を示す説明図である。

原子力プラントを対象にした、亜鉛を炉水に注入する放射性核種付着抑制方法では、ステンレス鋼製の構造部材の炉水と接触する表面に亜鉛を含む酸化皮膜を形成することによってその構造部材の腐食を抑制し、その構造部材への放射性核種の付着を抑制している。しかしながら、炉水への亜鉛注入による構造部材への放射性核種の付着抑制効果は、前述したように、ステンレス鋼製の構造部材よりも、炭素鋼製の構造部材（以下、炭素鋼部材という）で低下する。

そこで、発明者らは、炭素鋼部材の水の接する表面への放射性核種の付着を抑制するために種々の検討を行った。

発明者らは、原子力プラントの運転条件を模擬した水質環境下での原子力プラントの構造部材（炉水と接触する構造部材）への放射性核種、例えば、Ｃｏ−６０の付着に及ぼす炉水の水質及び構造部材の材料の影響を調べた。その結果、構造部材の表面へのＣｏ−６０の付着は、構造部材の表面に形成される酸化皮膜にＣｏ−６０が取り込まれることによって生じることが分かり、発明者らは、酸化皮膜へのＣｏ−６０の取り込みを抑制するためには酸化皮膜形成の元になる構造部材の腐食を抑制すれば良いとの結論に達した。

発明者らは、このような考察に基づき、原子力プラントの運転条件における炭素鋼部材へのＣｏ−６０の付着を抑制する方法を検討した。この検討結果を以下に説明する。

発明者らは、まず、原子力プラントの炭素鋼部材の炉水と接触する表面への放射性核種、例えば、Ｃｏ−６０の付着を確認する試験を、４個の炭素鋼製の試験片（以下、炭素鋼試験片という）を用いて行った。これらの炭素鋼試験片は、原子力プラントの炭素鋼部材を模擬している。これらの炭素鋼試験片として、試験片の母材に含まれるＦｅとＣｒの合金皮膜が表面に形成されていない炭素鋼試験片Ａ（表面のＣｒは０％）、及び試験片の母材に含まれるＦｅとＣｒの合金皮膜が表面に形成された炭素鋼試験片Ｂ，Ｃ及びＤを用いた。試験片Ｂは、炭素鋼試験片の表面のＦｅに対してＣｒを１６％含むＦｅとＣｒの合金皮膜を表面に形成している。試験片Ｃは、炭素鋼試験片の表面のＦｅに対してＣｒを１９％含むＦｅとＣｒの合金皮膜を表面に形成している。試験片Ｄは、炭素鋼試験片の表面のＦｅに対してＣｒを２２％含むＦｅとＣｒの合金皮膜を表面に形成している。

Ｃｏ−６０の付着を確認する試験には、ステンレス鋼製配管、このステンレス鋼製配管に設けられたポンプ、そのステンレス鋼製配管の両端部が接続された容器及びこの容器に設けられたヒーターを有する実験装置が用いられた。上記した試験片Ａ，Ｂ、Ｃ及びＤを吊るしてステンレス鋼製配管内に配置し、亜鉛を含む純水をその容器からステンレス鋼製配管に供給した。容器内の純水は、原子力発電プラントの運転時における原子炉圧力容器内の炉水を模擬するように、５ｐｐｂの亜鉛を含んでおり、そのヒーターで加熱されて約２８０℃になっている。ステンレス鋼製配管に設けられたポンプの駆動によって、５ｐｐｂの亜鉛を含んで約２８０℃の温度の純水が、容器及びステンレス鋼製配管により形成される閉ループ内を循環し、ステンレス鋼製配管内に配置された試験片Ａ，Ｂ、Ｃ及びＤのそれぞれの表面に接触する。試験片Ａ，Ｂ、Ｃ及びＤは、ステンレス鋼製配管内においてその純水中に５００時間浸漬される。５ｐｐｂの亜鉛を含んで約２８０℃の温度の純水に浸漬された試験片Ａ，Ｂ、Ｃ及びＤは、浸漬時間が５００時間に達したとき、ステンレス鋼製配管から取り出される。その後、それぞれの試験片に付着しているＣｏ−６０の付着量を測定した。Ｃｏ−６０の付着量の測定結果を図４に示す。

図４から明らかなように、ＦｅとＣｒの合金皮膜が表面に形成されている炭素鋼試験片Ａ，Ｂ、Ｃ及びＤでは、ＦｅとＣｒの合金皮膜が表面に形成されていない炭素鋼試験片Ａに比べてＣｏ−６０付着量が低下している。特に、試験片Ａ，Ｂ、Ｃ及びＤのうちでも、表面のＦｅに対してＣｒを２２％含むＦｅとＣｒの合金皮膜を表面に形成している試験片Ｄは、Ｃｏ―６０付着量を大幅に低下させている。

そこで、Ｃｏ―６０の付着試験後に、試験片Ｂ及びＤのそれぞれの表面をラマン分光によって分析した。この分析結果を図５に示す。Ｃｏ−６０の付着量が大幅に低減された、表面のＦｅに対してＣｒを２２％含むＦｅとＣｒの合金皮膜を表面に形成する試験片Ｄでは、ＺｎＣｒ₂Ｏ₄(亜鉛クロマイト)及びＮｉＦｅ₂Ｏ₄(ニッケルフェライト)の２成分を主に含む酸化皮膜がその表面に形成されていた。その酸化皮膜に含まれるＺｎＣｒ₂Ｏ₄及びＮｉＦｅ₂Ｏ₄のそれぞれの割合は、ＺｎＣｒ₂Ｏ₄がＮｉＦｅ₂Ｏ₄に比べて圧倒的に多くなっている。これに対し、Ｃｏ−６０付着の抑制効果が小さい、表面のＦｅに対して２２％未満のＣｒを含むＦｅとＣｒの合金皮膜を表面に形成する試験片、例えば、試験片Ｂでは、ＮｉＦｅ₂Ｏ₄を含む酸化皮膜が形成されていた。試験片Ｂに形成されたその酸化皮膜はＺｎＣｒ₂Ｏ₄を含んでいない。

この結果、発明者らは、表面のＦｅに対して２２％以上のＣｒを含むＦｅとＣｒの合金皮膜を表面に形成する試験片Ｄでは、その合金皮膜上に形成される酸化皮膜の表面にＺｎＣｒ₂Ｏ₄が主に形成され、Ｃｏ―６０の付着量が抑制されたと考えた。

ＺｎＣｒ₂Ｏ₄皮膜の形成には、Ｚｎ²⁺及びＣｒ^３＋が必要になる。そこで、発明者らは、図６及び図７にそれぞれ示された、Ｃｒ及びＺｎのそれぞれの電位−ｐＨ図を基に、炭素鋼部材の表面へのＺｎＣｒ₂Ｏ₄皮膜の形成について検討した。図７に示すように、Ｚｎ²⁺の領域はＺｎＣｒ₂Ｏ₄の領域と直接隣り合っているため、Ｚｎ^２＋を添加して生成した皮膜形成液のｐＨを増加させることにより、炭素鋼部材の表面に付着したＺｎ^２＋をＺｎＣｒ₂Ｏ₄に変えることができる。一方、図６に示すように、Ｃｒ³⁺の領域とＺｎＣｒ₂Ｏ₄の領域の間にＣｒＯ（ＯＨ）の領域が存在するため、Ｃｒ³⁺を添加して生成した皮膜形成液を炭素鋼部材の表面に接触させた場合には、ＣｒＯ（ＯＨ）がＺｎＣｒ₂Ｏ₄よりも先に炭素鋼部材の表面に析出する可能性がある。このため、発明者らは、Ｃｒ³⁺の代わりにＨＣｒＯ₄ ^-を添加して生成した皮膜形成液を用いてこの皮膜形成液が接触する炭素鋼部材の表面の電位を下げて同時に皮膜形成液のｐＨを増加させる方法を考えた。電位を下げるためには皮膜形成液に還元剤を添加する必要があり、還元作用及びアルカリ化の作用（ｐＨの増加）を同時に達成するためには、還元剤としてｐＨを調節できる還元剤、例えば、ヒドラジン（Ｎ₂Ｈ₄）を用いることが好ましい。Ｎ₂Ｈ₄を使用すれば、図６及び図７のそれぞれにおいて矢印で示したように、電位及びｐＨを調節することができ、炭素鋼部材表面でのＺｎＣｒ₂Ｏ₄皮膜の生成が容易になる。

Ｚｎ²⁺、ＨＣｒＯ₄ ^-及びＮ₂Ｈ₄を用いたＺｎＣｒ₂Ｏ₄の生成反応は、例えば、（１）式のように表わされる。

Ｚｎ²⁺＋２ＨＣｒＯ₄ ^-＋２Ｈ₂Ｈ₄ → ＺｎＣｒ₂Ｏ₄＋２Ｎ₂＋４Ｈ₂Ｏ＋Ｈ₂ …（１）
（１）式の反応は、Ｚｎ²⁺とＨＣｒＯ₄ ^-が化学量論比で存在する場合に収支が成立する。この反応では、Ｚｎ²⁺が不足する場合には、ＨＣｒＯ₄ ^-だけが還元されてＣｒＯ（ＯＨ）が析出される。ＣｒＯ（ＯＨ）が原子力発電プラントの運転時において高温の炉水に晒された場合には、ＣｒＯ（ＯＨ）は脱水してＣｒ₂Ｏ₃を生成する。その際、Ｃｒ₂Ｏ₃は炉水に含まれるＣｏ−６０を取り込むことによりＣｏＣｒ₂Ｏ₄を生成する。また、一旦生成されたＣｒ₂Ｏ₃も、原子力発電プラントの運転時における水素が注入された、ＣｏＣｒ₂Ｏ₄が安定になる炉水の還元環境において、Ｃｏ−６０を取り込んでしまう可能性がある。そこで、ＺｎＣｒ₂Ｏ₄を形成させる際には、ＣｒＯ（ＯＨ）の形成、及びＣｒＯ（ＯＨ）を経由したＣｒ₂Ｏ₃の形成が起こらないように、ＨＣｒＯ₄ ^-がＺｎ²⁺に対して化学量論比で不足しないようにする必要がある。

ヒドラジン以外の還元剤としてヒドロキシルアミン、尿素または水素化ホウ素ナトリウムを用いてもよい。なお、ヒドロキシルアミン及び尿素は、ヒドラジンと同様に、ｐＨを増加する還元剤である。水素化ホウ素ナトリウムは、ｐＨを増加すること、すなわち、ｐＨを調節することができない。皮膜形成液のｐＨを調節するｐＨ調整剤としてヒドラジン以外にアンモニアを用いてもよい。なお、ヒドラジン、ヒドロキシルアミン及び尿素は触媒及び酸化剤を用いて分解することができるが、水素化ホウ素ナトリウム及びアンモニアはそれらによっては分解できない。

ＺｎＣｒ₂Ｏ₄の形成自体は上記した方法で可能である。しかし、この方法を供用中の原子力プラントに適用した場合には、炭素鋼部材の、炉水に接触している表面に、既に、放射性核種を含む酸化皮膜が形成されているため、この酸化皮膜の上にＺｎＣｒ₂Ｏ₄の皮膜が形成されてしまう。このため、炭素鋼部材の表面に既に存在する酸化皮膜に取り込まれたＣｏ−６０による線量を、この酸化皮膜上に形成されたＺｎＣｒ₂Ｏ₄皮膜によって抑制できないため、新たなＣｏ−６０の付着が少ない場合においても、線量の抑制効果は小さくなる。このような課題を改善するためには、炭素鋼部材表面へのＺｎＣｒ₂Ｏ₄皮膜の形成は、原子力プラントで一般的に行われている化学除染を炭素鋼部材に対して実施した後で、この化学除染に引き続いて行われることが望ましい。具体的には、炭素鋼部材表面へのＺｎＣｒ₂Ｏ₄皮膜の形成は、化学除染工程の終了時点から原子力プラントの起動までの期間内に行われることが望ましい。

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の原子力プラントの炭素鋼部材への放射性核種付着抑制方法を、図１、図２及び図３を用いて説明する。本実施例の原子力プラントの炭素鋼部材への放射性核種付着抑制方法は、沸騰水型原子力発電プラント（以下、ＢＷＲプラントいう）の原子炉浄化系の浄化系配管に適用される。

ＢＷＲプラントは、原子炉１、タービン３、復水器４、再循環系、原子炉浄化系及び給水系等を備えている。原子炉１は、原子炉建屋（図示せず）内に配置された原子炉格納容器１１内に設置される。原子炉１は、炉心１３を内蔵する原子炉圧力容器(以下、ＲＰＶという)１２を有し、ＲＰＶ１２内にジェットポンプ１４を設置している。炉心１３に装荷された多数の燃料集合体（図示せず）は、核燃料物質で製造された複数の燃料ペレットが充填された複数の燃料棒を含んでいる。炉心１３は、原子炉圧力容器１２内に配置された円筒状のステンレス鋼製の炉心シュラウド（図示せず）によって取り囲まれる。再循環系は、ステンレス鋼製の再循環系配管１７、及び再循環系配管１７に設置された再循環ポンプ１６を有する。再循環系配管１７の一端は、ＲＰＶ１２に接続されて、ＲＰＶ１２と炉心シュラウドの間に形成される環状の冷却水通路であるダウンカマに連絡される。再循環系配管１７の他端は、ダウンカマ内に配置されるジェットポンプ１４のノズル（図示せず）に連絡される。

給水系では、復水ポンプ５、復水浄化装置（例えば、復水脱塩器）６、低圧給水加熱器８、給水ポンプ７及び高圧給水加熱器９が、復水器４からＲＰＶ１２に向って、この順に復水器４とＲＰＶ１２を連絡する炭素鋼製の給水配管１０に設置される。原子炉浄化系では、浄化系ポンプ２４、再生熱交換器２５、非再生熱交換器２６及び炉水浄化装置２７がこの順に再循環系配管１７と給水配管１０を連絡する炭素鋼製の浄化系配管２０に設置される。浄化系配管２０において、図２に示すように、開閉弁２３が浄化系ポンプ２０と再循環系配管１７の間に設けられ、開閉弁２１が浄化系ポンプ２４と再生熱交換器２５の間に設けられ、及び開閉弁２２が再生熱交換器２５と非再生熱交換器２６の間に設けられる。浄化系配管２０は、再循環ポンプ１６の上流で再循環系配管１７に接続される。

ＲＰＶ１２内の冷却水（以下、炉水という）は、再循環ポンプ１６で昇圧され、再循環系配管１７を通ってジェットポンプ１４内に噴出される。ジェットポンプ１４のノズルの周囲に存在する炉水も、ジェットポンプ１４内に吸引されて炉心１３に供給される。炉心１３に供給された炉水は燃料棒内の核燃料物質の核分裂で発生する熱によって加熱され、この炉水の一部が蒸気になる。この蒸気は、ＲＰＶ１２から主蒸気配管２を通ってタービン３に導かれ、タービン３を回転させる。タービン３に連結された発電機（図示せず）が回転し、電力が発生する。タービン３から排出された蒸気は、復水器４で凝縮されて水になる。この水は、給水として、給水配管１０を通りＲＰＶ１２内に供給される。給水配管１０を流れる給水は、復水ポンプ５で昇圧され、復水浄化装置６で不純物が除去され、給水ポンプ７でさらに昇圧される。給水は、低圧給水加熱器８及び高圧給水加熱器９で加熱されてＲＰＶ１２内に導かれる。抽気配管１５でタービン３から抽気された抽気蒸気が、低圧給水加熱器８及び高圧給水加熱器９にそれぞれ供給され、給水の加熱源となる。

再循環系配管１７内を流れる炉水の一部は、浄化系ポンプ２４の駆動によって原子炉浄化系の浄化系配管２０内に流入し、再生熱交換器２５及び非再生熱交換器２６で冷却された後、炉水浄化装置２７で浄化される。浄化された炉水は、再生熱交換器２５で加熱されて浄化系配管２０及び給水配管１０を経てＲＰＶ１２内に戻される。

本実施例の原子力プラントの炭素鋼部材への放射性核種付着抑制方法に適用される皮膜形成装置３０の詳細な構成を、図３を用いて説明する。

皮膜形成装置３０は、サージタンク３１、循環ポンプ３２，５８、循環配管３５、エゼクタ３７、亜鉛イオン注入装置３８、クロム酸イオン注入装置４３、還元剤注入装置４８、酸化剤注入装置５３、加熱器６０、冷却装置６１、陽イオン交換樹脂塔６２、混床樹脂塔６３及び分解装置６４を備えている。

開閉弁６５、循環ポンプ５８、弁６６，６７，６８及び６９、サージタンク３１、循環ポンプ３２、弁３３及び開閉弁３４が、上流よりこの順に循環配管３５に設けられている。加熱器６０は、サージタンク３１内に配置されてサージタンク３１に取り付けられる。弁７１及びフィルタ５９が、弁６６をバイパスして循環配管３５に両端部が接続される配管７０に設置される。冷却器６１及び弁７３が、両端部が循環配管３５に接続されて弁６７をバイパスする配管７２に設置される。両端が循環配管３５に接続されて弁６８をバイパスする配管７４に、陽イオン交換樹脂塔６２及び弁７５が設置される。両端部が配管７４に接続されて陽イオン交換樹脂塔６２及び弁７５をバイパスする配管７６に、混床樹脂塔６３及び弁７７が設置される。陽イオン交換樹脂が陽イオン交換樹脂塔６２に充填され、陽イオン交換樹脂及び陰イオン交換樹脂が混床樹脂塔６３に充填されている。

分解装置６４及び弁７９が設置される配管７８が、弁６９をバイパスして循環配管３５に接続される。分解装置６４は、内部に、例えば、ルテニウムを活性炭の表面に添着した活性炭触媒を充填している。サージタンク３１が弁６９と循環ポンプ３２の間で循環配管３５に設置される。弁３６及びエゼクタ３７が設けられた配管８０が、循環ポンプ３２と弁３３の間で循環配管３５に接続され、さらに、サージタンク３１に接続される。浄化系配管２０の内面の汚染物を還元溶解するために用いるシュウ酸（還元除染剤）をサージタンク３１内に供給するためのホッパ（図示せず）がエゼクタ３７に設けられている。

亜鉛イオン注入装置３８が、薬液タンク３９、注入ポンプ４０及び注入配管４２を有する。薬液タンク３９は、注入ポンプ４０及び弁４１を有する注入配管４２によって、接続点８１で循環配管３５に接続される。ギ酸亜鉛水溶液が薬液タンク３９に充填される。

クロム酸イオン注入装置４３が、薬液タンク４４、注入ポンプ４５及び注入配管４７を有する。薬液タンク４４は、注入ポンプ４５及び弁４６を有する注入配管４７によって接続点８２で循環配管３５に接続される。薬液タンク３９には、クロム酸（ＣｒＯ₃）を水に溶解して調製したクロム酸水溶液が充填されている。

還元剤注入装置４８が、薬液タンク４９、注入ポンプ５０及び注入配管５２を有する。薬液タンク４９は、注入ポンプ５０及び弁５１を有する注入配管５２によって、接続点８１と接続点８２の間に位置する接続点８３で循環配管３５に接続される。薬液タンク４９には還元剤であるヒドラジンの水溶液が充填されている。

酸化剤注入装置５３が、薬液タンク５４、注入ポンプ５５及び注入配管５７を有する。薬液タンク５４は、注入ポンプ５５及び弁５６を設けた注入配管５７によって、弁３３と接続点８７の間に位置する接続点９３で循環配管３５に接続される。薬液タンク５４には酸化剤である過酸化水素が充填される。酸化剤としては、オゾンを溶解した水を用いてもよい。弁９２を有する注入配管９１が、注入ポンプ５５と弁５６の間で注入配管５７に接続され、さらに、分解装置６４よりも上流で配管７８に接続される。

ｐＨ計８４が、接続点８１と開閉弁３４の間で循環配管３５に設置されている。

皮膜形成装置３０を用いた本実施例の、原子力プラントの炭素鋼部材への放射性核種付着抑制方法を、図１を用いて詳細に説明する。本実施例の、原子力プラントの炭素鋼部材への放射性核種付着抑制方法において、皮膜形成装置３０は、皮膜形成対象物である炭素鋼配管系の内面へのＺｎＣｒ₂Ｏ₄皮膜の形成だけでなく、この皮膜形成前におけるその内面の還元除染にも使用される。

まず、皮膜形成装置を皮膜形成対象物である炭素鋼配管系に接続する（ステップＳ１）。或る一つの運転サイクルでのＢＷＲプラントの運転が炉心内の燃料集合体の交換のために停止された後のＢＷＲプラントの運転停止期間において、仮設設備である皮膜形成装置３０の循環配管３５の両端部が、皮膜形成対象物の炭素鋼配管系である炭素鋼製の浄化系配管（原子力プラントの構成部材である炭素鋼部材）２０に接続される。すなわち、ＢＷＲプラントの運転停止後に、例えば、浄化系配管２０に設けられた開閉弁２３のボンネットを開放してこのボンネットの浄化系ポンプ２４側を封鎖すると共に、開閉弁２３のフランジを用いて皮膜形成装置３０の循環配管３５の一端を、浄化系ポンプ２４と再循環系配管１７の間で浄化系配管２０に接続する。さらに、浄化系配管２０に設けられた開閉弁２２のボンネットを開放し、このボンネットの非再生熱交換器２６側を封鎖する。開閉弁２２のフランジを用いて皮膜形成装置３０の循環配管３５の他端を、再生熱交換器２５と非再生熱交換器２６の間で浄化系配管２０に接続する。循環配管３５の両端が浄化系配管２０に接続され、浄化系配管２０及び循環配管３５を含む閉ループが形成される。

皮膜形成対象物に対する還元除染を実施する（ステップＳ２）。運転を経験したＢＷＲプラントの浄化系配管２０の内面には、放射性核種を含む鉄酸化物の皮膜が形成されている。このため、放射性核種を含んでいる鉄酸化物の皮膜を除去して浄化系配管２０の表面線量率を下げるとともに、ＺｎＣｒ₂Ｏ₄皮膜の浄化系配管２０の内面への密着性を向上させるために、浄化系配管２０の内面に対して還元除染を実施する。炭素鋼製の浄化系配管２０の内面にはクロム酸化物の皮膜が形成されていないので、ステップＳ２では、鉄酸化物の皮膜を除去する、特開２０００−１０５２９５号公報に記載された化学除染の一種である還元除染が実施される。本実施例のステップＳ２では、過マンガン酸カリウム水溶液を用いた酸化除染は実施されない。

その還元除染について簡単に説明する。皮膜形成装置３０において、開閉弁６５、弁６６，６７，６８，６９及び３３、及び開閉弁３４をそれぞれ開き、他の弁を閉じた状態で、循環ポンプ３２及び５８を駆動する。サージタンク３１内の水が、循環配管３５及び浄化系配管２０を含む閉ループで循環される。加熱器６０により循環する水を加熱し、この水の温度が９０℃になったときに弁３６を開く。エゼクタ３７に連絡されているホッパ（図示せず）から供給される所定量のシュウ酸（還元除染剤）が、エゼクタ３７から配管８０内に流入し、配管８０内を流れる水によりサージタンク３１に導かる。サージタンク３１では、このシュウ酸が水に溶解され、シュウ酸水溶液（還元除染液）が生成される。循環ポンプ３２により昇圧された９０℃のシュウ酸水溶液が、循環配管３５を通って浄化系配管２０に供給される。このシュウ酸水溶液が浄化系配管２０に供給される前に、還元剤注入装置４８の薬液タンク４９内のヒドラジン水溶液が注入配管５２を通して循環配管３５内を流れるシュウ酸水溶液に注入され、このシュウ酸水溶液のｐＨが２．５に調節される。注入されるヒドラジン水溶液に含まれるヒドラジンは、このとき、還元剤ではなくｐＨ調整剤として作用し、シュウ酸水溶液のｐＨを調節する。薬液タンク４９から注入されるヒドラジン水溶液の量は、ｐＨ計８４で測定されたｐＨが２．５になるように注入ポンプ５０の回転速度（または弁５１の開度）を制御することにより調節される。

ｐＨが２．５で９０℃のシュウ酸水溶液は、浄化系配管２０の還元除染対象個所の内面に接触してこの内面に形成されている鉄酸化物の皮膜を溶解し、鉄酸化物の皮膜を浄化系配管２０の内面から除去する。浄化系配管２０内のシュウ酸水溶液は、浄化系配管２０から循環配管３５に戻され、循環配管３５及び浄化系配管２０を含む閉ループ内を循環しながら浄化系配管２０の内面に対する還元除染を実施する。

還元除染により、浄化系配管２０内面の鉄酸化物の溶解が進むと、シュウ酸水溶液における放射性核種及び鉄のそれぞれの陽イオン濃度が上昇する。これらのイオン濃度を低減するために、浄化系配管２０から循環配管３５に戻されたシュウ酸水溶液は、弁７５を開いて弁６８を閉じることによって、陽イオン交換樹脂塔６２に供給される。シュウ酸水溶液に含まれたそれぞれの陽イオンが、陽イオン交換樹脂塔６２内の陽イオン交換樹脂に吸着されて除去される。

シュウ酸水溶液を用いて浄化系配管２０を還元除染するとき、浄化系配管２０の内面に存在する鉄酸化物皮膜上に難溶解性のシュウ酸鉄（III）が形成されると、シュウ酸によるその鉄酸化物皮膜の溶解が抑制される。このため、弁６８を開いて弁７５を閉じてシュウ酸水溶液の陽イオン交換樹脂塔６２への供給を停止する。その後、弁９２を閉じた状態で弁５６を開き、注入ポンプ５５を駆動することにより、薬液タンク５４内の過酸化水素が、注入配管５７を通して循環配管３５内を流れるシュウ酸水溶液に注入される。過酸化水素を含み、ｐＨが２．５で９０℃のシュウ酸水溶液が、循環配管３５を通して浄化系配管２０に導かれる。このため、浄化系配管２０の内面に形成された鉄酸化物皮膜上に形成されたシュウ酸鉄（III）に含まれるＦｅ（II）が、過酸化水素の作用によってＦｅ（III）に酸化され、（２）式の反応によって生成されたシュウ酸鉄（III）錯体がシュウ酸水溶液に溶解する。

２Ｆｅ(ＣＯＯ)₂＋Ｈ₂Ｏ₂＋２(ＣＯＯＨ)₂ → ２Ｆｅ[(ＣＯＯ)₂]₂ ^-＋２Ｈ₂Ｏ＋２Ｈ⁺ …（２）
浄化系配管２０の内面のシュウ酸鉄（III）が過酸化水素によって溶解されてシュウ酸水溶液に注入した過酸化水素が反応によって消失したことを確認した後、シュウ酸水溶液による浄化系配管２０内面の鉄酸化物皮膜の除去、及び弁７５を開いて弁６８を閉じ、陽イオン交換樹脂塔６２による放射性核種及び鉄のそれぞれの陽イオンの除去が実施される。なお、循環配管３５に戻されたシュウ酸溶液内の過酸化水素の消失は、以下のようにして確認される。戻されたシュウ酸溶液を循環配管３５からサンプリングし、過酸化水素と反応する試験紙を、サンプリングしたシュウ酸水溶液に、所定時間の間、浸漬させる。この試験紙を見ることによって、シュウ酸溶液に含まれた過酸化水素の消失を確認できる。

還元除染液に含まれるシュウ酸及びヒドラジンを分解する（ステップＳ３）。浄化系配管２０の還元除染対象個所における線量率が設定線量率まで低下したとき（還元除染対象個所の放射線検出によって確認）、または還元除染時間が所定の時間に達したとき、浄化系配管２０の還元除染に用いたシュウ酸水溶液に含まれるシュウ酸及びヒドラジンの分解を開始する。弁６８を開いて弁７５を閉じて陽イオン交換樹脂塔６２へのシュウ酸水溶液の供給を停止し、さらに、弁７９を開いて弁６９の開度を一部閉じて循環配管３５を流れるシュウ酸水溶液の一部を、配管７８を通して分解装置６４に供給する。弁５６を閉じた状態で弁９２を開き、注入ポンプ５５を駆動する。薬液タンク５４内の過酸化水素が、注入配管９１及び配管７８を介して分解装置６４に導かれる。シュウ酸水溶液に含まれるシュウ酸及びヒドラジンが、分解装置６４内において、活性炭触媒に含まれるルテニウム、及びその過酸化水素の作用により分解される。ルテニウムの作用により、シュウ酸は（３）式に示すように過酸化水素と反応して二酸化炭素及び水に分解され、ヒドラジンは（４）式に示すように過酸化水素と反応して窒素及び水に分解される。

(ＣＯＯＨ)₂＋Ｈ₂Ｏ₂ → ２ＣＯ₂＋２Ｈ₂Ｏ …（３）
Ｎ₂Ｈ₄＋２Ｈ₂Ｏ₂ → Ｎ₂＋４Ｈ₂Ｏ …（４）
分解装置６４に供給された過酸化水素が（３）式及び（４）式の反応によって完全に消費されて分解装置６４から循環配管３５に過酸化水素が流出しないように、薬液タンク５４から分解装置６４への過酸化水素の供給量が、注入ポンプ５５（または弁９２）によって調節される。

炭素鋼配管系の内面からシュウ酸鉄を除去する（ステップＳ４）。シュウ酸水溶液に含まれるシュウ酸及びヒドラジンの分解工程においても、シュウ酸水溶液にシュウ酸が存在する場合には、浄化系配管２０の内面にシュウ酸鉄（III）が析出する可能性がある。そこで、シュウ酸の分解が或る程度進んだとき、前述の還元除染工程と同様に、過酸化水素を、注入配管５７を通して循環配管３５内のシュウ酸水溶液に注入する。過酸化水素を含むシュウ酸水溶液が浄化系配管２０内に流入すると、浄化系配管２０の内面に析出したシュウ酸鉄（III）が、前述したように、浄化系配管２０の内面から除去される。シュウ酸鉄（III）を除去するためにシュウ酸水溶液（還元除染液）に注入する酸化剤としては、過酸化水素以外に、オゾンまたは酸素を用いてもよい。

ステップＳ４において薬液タンク５４から循環配管３５内を流れるシュウ酸水溶液に過酸化水素を注入する際には、弁６８を開いて弁７５を閉じて陽イオン交換樹脂塔６２へのシュウ酸水溶液の供給を停止する。これは、シュウ酸水溶液に含まれる過酸化水素により、陽イオン交換樹脂塔６２内の陽イオン交換樹脂が劣化することを防ぐためである。

水酸化鉄の析出を抑制する（ステップＳ５）。シュウ酸の分解が進んでいるため、過酸化水素の酸化作用によってシュウ酸鉄（III）に含まれるＦｅ（II）が酸化されて生成されたＦｅ（III）を溶解状態に維持する、シュウ酸水溶液内のシュウ酸が不足し、Ｆｅ（ＯＨ）₃が炭素鋼部材である浄化系配管２０の内面に析出する可能性がある。Ｆｅ（ＯＨ）₃の浄化系配管２０内面への析出は、後述する循環配管３５への亜鉛イオン及びクロム酸イオンの注入による浄化系配管２０の内面へのＺｎＣｒ₂Ｏ₄皮膜の形成を阻害する要因となる。このため、Ｆｅ（ＯＨ）₃の浄化系配管２０内面への析出を抑制するために、ギ酸が、例えば、ホッパ（図示せず）からエゼクタ３７を通して配管８０内に注入される。このギ酸は、配管８０内を流れるシュウ酸溶液と共にサージタンク３１に導かれる。過酸化水素、ヒドラジン及びギ酸を含んで９０℃のシュウ酸水溶液が、循環配管３５を通して浄化系配管２０内に供給される。このシュウ酸水溶液に含まれているギ酸の作用により、Ｆｅ（ＯＨ）₃の析出が抑制される。水酸化鉄の析出抑制のために用いる薬剤としてギ酸以外に酢酸またはマロン酸を用いてもよい。ギ酸は酸化剤が供給される分解装置６４内で分解されるが、酢酸及びマロン酸は、分解装置６４で分解することができなく、実施例５で用いられる水素化ホウ素ナトリウム（還元剤）及びアンモニア（ｐＨ調整剤）と同様に、陽イオン交換樹脂塔６２または混床樹脂塔６３で除去される。

過酸化水素の注入によるシュウ酸鉄（III）の除去（ステップＳ４）及びギ酸の注入による水酸化鉄の析出抑制（ステップＳ５）の各工程は、シュウ酸水溶液、すなわち還元除染液に含まれるシュウ酸（還元除染剤）の一部が分解された状態で行われる。

ステップＳ４及びＳ５のそれぞれの工程を実施している間、浄化系配管２０から循環配管に戻されたシュウ酸水溶液は分解装置６４に供給され、このシュウ酸水溶液に含まれるシュウ酸、ヒドラジン及びギ酸の分解が、配管９１を通して過酸化水素が供給される分解装置６４内で継続される。循環配管に戻されたシュウ酸水溶液は注水配管５７を通して注入される過酸化水素を含んでいるので、その分、弁９２の開度を調節して、配管９１を通して分解装置６４に供給される過酸化水素の量を減少させる。

シュウ酸及びヒドラジンの分解を終了する（ステップＳ６）。シュウ酸水溶液に含まれるシュウ酸、ヒドラジン及びギ酸の分解工程を終了するために、弁５６を閉じて薬液タンク５４から循環配管３５への過酸化水素の注入を停止し、エゼクタ３７から配管８０へのギ酸の注入も停止する。過酸化水素及びギ酸の注入停止により、循環配管３５内を流れるシュウ酸水溶液の過酸化水素及びギ酸のそれぞれの濃度が低下する。循環配管３５内を流れるシュウ酸水溶液の過酸化水素濃度が１ｐｐｍ以下になったとき、弁７５を開いて弁６８を閉じ、シュウ酸水溶液を陽イオン交換樹脂塔６２に供給する。シュウ酸水溶液に含まれる放射性核種及び鉄などの陽イオンが陽イオン交換樹脂塔６２によって除去される。

陽イオン交換樹脂塔６２から排出されたシュウ酸水溶液が分解装置６４に供給される。シュウ酸水溶液に含まれるシュウ酸、ヒドラジン及びギ酸の分解が、過酸化水素が供給される分解装置６４内で行われる。分解の容易さから、シュウ酸水溶液に含まれるヒドラジンの分解が先に終了し、次に、シュウ酸の分解が終了する。シュウ酸及びヒドラジンの分解が終了したとき、極少量（約１０ｐｐｍ）のギ酸が残っている状態で、シュウ酸及びヒドラジンの分解が終了する。

シュウ酸及びヒドラジンの分解終了後、弁６８及び６９を開いて弁７５，７９及び９２を閉じる。このとき、極めて低い濃度（約１０ｐｐｍ）のギ酸を含む水溶液、実質的な水が循環配管３５及び浄化系配管２０内に存在する。１０ｐｐｍのギ酸が残留するこの水は、サージタンク３１内で加熱器６０によって加熱されて９０℃の水になる。循環ポンプ３２，５８の駆動により、９０℃の水が、循環配管３５及び浄化系配管２０を含む閉ループ内を循環する。

亜鉛イオンを注入する（ステップＳ７）。弁４１を開いて注入ポンプ４０を駆動する。薬液タンク３９内のギ酸亜鉛水溶液が、注入配管４２を通って循環配管３５内を流れる９０℃の皮膜形成水溶液（シュウ酸及びヒドラジンの分解が終了した後の期間の初期においては、実質的に９０℃の水）に注入される。注入ポンプ４０の回転速度（または弁４１の開度）を制御し、循環配管３５内を流れる皮膜形成水溶液（皮膜形成液）の亜鉛濃度が１５０ｐｐｍになるように、循環配管３５内に注入するギ酸亜鉛水溶液の注入量を調節する。薬液タンク３９に充填された、Ｚｎ²⁺を含むギ酸亜鉛水溶液の亜鉛濃度は、循環配管３５内を流れる皮膜形成水溶液の亜鉛濃度（１５０ｐｐｍ）よりも高い。

クロム酸イオンを注入する（ステップＳ８）。弁４６を開いて注入ポンプ４５を駆動する。薬液タンク４４内のクロム酸水溶液が、注入配管４７を通って循環配管３５内を流れる９０℃の皮膜形成水溶液（上記の分解終了後の初期においては、実質的に９０℃の水）に注入される。クロム酸水溶液はクロム酸イオン（ＨＣｒＯ_４ ^-）を含んでいる。注入ポンプ４５の回転速度（または弁４６の開度）を制御し、循環配管３５内を流れる皮膜形成水溶液のクロム濃度が２００ｐｐｍになるように、循環配管３５内に注入するクロム酸水溶液の注入量を調節する。薬液タンク４４に充填されたクロム酸水溶液のクロム濃度は、循環配管３５内を流れる皮膜形成水溶液のクロム濃度（２００ｐｐｍ）よりも高い。

循環配管３５内を流れる皮膜形成水溶液に含まれる亜鉛に対するその皮膜形成水溶液に含まれるクロムのモル比（Ｃｒ/Ｚｎ）は２を下回り、皮膜形成水溶液は浄化系配管２０の内面へのＺｎＣｒ₂Ｏ₄皮膜の形成に必要な量の亜鉛に対して亜鉛過剰の状態になっている。なお、Ｃｒ/Ｚｎは、０＜Ｃｒ/Ｚｎ＜２を満足することが望ましい。本実施例では、皮膜形成水溶液の亜鉛濃度が１５０ｐｐｍであり、クロム濃度が２００ｐｐｍであるため、Ｃｒ/Ｚｎが１．３３となり、皮膜形成水溶液は亜鉛過剰の状態になっているので、Ｃｒ₂Ｏ₃の元になるＣｒＯ（ＯＨ）の生成が抑制される。この結果、浄化系配管２０の炉水と接触する内面へのＣｏＣｒ₂Ｏ₄の析出が抑制される。

還元剤を注入する（ステップＳ９）。弁５１を開いて注入ポンプ５０を駆動することにより、薬液タンク４９内の還元剤水溶液、例えば、ヒドラジン水溶液が、注入配管５２を通って循環配管３５内を流れる９０℃の皮膜形成水溶液（上記の分解終了後の初期においては、実質的に９０℃の水）に注入される。注入ポンプ５０の回転速度（または弁５１の開度）を制御し、循環配管３５内を流れる皮膜形成水溶液のｐＨが、ＺｎＣｒ₂Ｏ₄の安定領域である４．８〜１１．４（図６及び図７参照）の範囲内の、例えば、７．０になるように、ヒドラジン水溶液の注入量を調節する。循環配管３５内を流れる皮膜形成水溶液のｐＨは、ｐＨ計８４で測定される。

ステップＳ９で注入する還元剤は、皮膜形成水溶液に含まれる６価のクロムを還元して３価のクロムにする。皮膜形成水溶液に含まれるクロムが還元により３価になることによって、浄化系配管２０の内面に、ＺｎＣｒ₂Ｏ₄の皮膜が形成され易くなる。

皮膜形成液を炭素鋼配管系に供給する（ステップＳ１０）。Ｚｎ²⁺、ＨＣｒＯ₄ ^-、ギ酸及びヒドラジンを含み、ｐＨが４．８〜１１．４内の、例えば、８．０である９０℃の皮膜形成水溶液（皮膜形成液）が、循環ポンプ３２によって加圧され、循環配管３５から浄化系配管２０に供給される。

亜鉛クロマイト皮膜を炭素鋼配管系の内面に形成する（ステップＳ１１）。Ｚｎ²⁺及びＨＣｒＯ₄ ^-を含み、ｐＨが８．０である９０℃の皮膜形成水溶液（Ｃｒ/Ｚｎ＝１．３３）が、還元除染によって放射性核種を含む鉄酸化物皮膜が除去された浄化系配管２０の内面に接触する。この結果、皮膜形成水溶液に含まれるＺｎ²⁺、ＨＣｒＯ₄ ^-及びヒドラジンが、（５）式に示す反応を生じてＺｎＣｒ₂Ｏ₄を生成するため、亜鉛クロマイト（ＺｎＣｒ₂Ｏ₄）皮膜が浄化系配管２０の内面に形成される。

Ｚｎ²⁺＋２ＨＣｒＯ^4-＋２Ｎ₂Ｈ₄ → ＺｎＣｒ₂Ｏ₄＋２Ｎ₂＋４Ｈ₂Ｏ＋Ｈ₂ …（５）
浄化系配管２０から循環配管３５に排出された皮膜形成水溶液は、前述したように、薬液タンク３９内のギ酸亜鉛水溶液、薬液タンク４４内のクロム酸水溶液及び薬液タンク４９内のヒドラジン水溶液が注入されてＺｎ²⁺及びＨＣｒＯ₄ ^-を含み、ｐＨが８．０である９０℃の皮膜形成水溶液（Ｃｒ/Ｚｎ＝１．３３）となって浄化系配管２０内に再び供給される。皮膜形成水溶液の、循環配管３５及び浄化系配管２０を含む閉ループ内の循環によって、浄化系配管２０の内面に形成される亜鉛クロマイト皮膜の厚みが増加する。亜鉛クロマイト皮膜の厚みが、設定厚み、例えば、亜鉛クロマイト皮膜が浄化系配管２０の内面をほぼ均一に被覆する５０μｇ／ｃｍ²になったとき、浄化系配管２０の内面への亜鉛クロマイト皮膜の形成を終了する。浄化系配管２０の内面に５０μｇ／ｃｍ²の亜鉛クロマイト皮膜が形成されたとき、この亜鉛クロマイト皮膜のＣｒの、浄化系配管２０の内面のＦｅに対する割合は３５％になる。亜鉛クロマイト皮膜の厚みが設定厚みになったことは、皮膜形成水溶液の浄化系配管２０への供給開始からの経過時間が設定時間になったことで判定される。この設定時間は、実験によって予め求めることによって設定できる。

皮膜形成水溶液に含まれるギ酸及びｐＨを増加する還元剤を分解する（ステップＳ１２）。浄化系配管２０の内面に形成された亜鉛クロマイト皮膜の厚みが設定厚みになったとき、すなわち、皮膜形成水溶液の浄化系配管２０への供給開始から設定時間が経過したとき、弁７５を開いて弁６８を閉じ、皮膜形成水溶液を陽イオン交換樹脂塔６２に供給し、この皮膜形成水溶液に含まれている未反応のＺｎ²⁺が陽イオン交換樹脂塔６２内の陽イオン交換樹脂によって除去される。皮膜形成水溶液に含まれた未反応のＺｎ²⁺の除去が終了した後、弁６８を開いて弁７５を閉じ、さらに、弁７９を開いて弁６９の開度を調節して分解装置６４に皮膜形成水溶液の一部を供給する。弁９２を開き、薬液タンク５４内の過酸化水素を分解装置６４に供給する。分解装置６４内で、活性炭触媒に含まれるルテニウム、及び過酸化水素の作用により、皮膜形成水溶液に含まれるヒドラジン及びギ酸がそれぞれ分解される。ヒドラジンが前述の（４）式の反応により分解され、さらに、ギ酸が下記の（６）式の反応により分解される。

ＨＣＯＯＨ＋Ｈ₂Ｏ₂ → ＣＯ₂＋２Ｈ₂Ｏ …（６）
皮膜形成水溶液に含まれるギ酸及びヒドラジンの分解が終了した後、弁６９を開いて弁７９を閉じ、分解装置６４への皮膜形成水溶液の供給を停止する。注入ポンプ５５を停止して弁９２を閉じ、分解装置６４への過酸化水素の供給も停止する。さらに、弁７１を開いて弁６６を閉じ、皮膜形成水溶液をフィルタ５９に供給する。皮膜形成水溶液に含まれる微細な固形物がフィルタ５９で除去される。その後、弁７３を開いて弁６７を閉じ、冷却器６１の冷却により皮膜形成水溶液の温度を６０℃まで低下させる。また、弁７７を開いて弁６８を閉じ、温度が６０℃に低下した皮膜形成水溶液を混床樹脂塔６３に供給する。皮膜形成水溶液に残留する陽イオン及び陰イオンが、混床樹脂塔６３内の陽イオン交換樹脂及び陰イオン交換樹脂によって除去され、皮膜形成水溶液が浄化される（浄化工程）。皮膜形成水溶液は、浄化によって実質的に水になる。

皮膜形成水溶液の浄化後、前述の閉ループ内に存在する水は、廃液であり、貯蔵タンク（図示せず）内に排出される。この貯蔵タンク内の廃液は、必要な処理を行い、外部の環境に排出できる水質になった後に外部環境に排出される。

皮膜形成装置を炭素鋼配管系から取り外す（ステップＳ１３）。その閉ループ内に存在する水が排出された後、皮膜形成装置３０の循環配管３５が浄化系配管２０から取り外される。循環配管３５の両端部が接続された開閉弁２２及び２３のそれぞれが、循環配管３５の両端部が接続される前の状態に復旧される。

循環配管３５が取り外されて浄化系配管２０が復旧され、ＢＷＲプラントの保守点検等が終了した後、ＢＷＲプラントは、次の運転サイクルにおける運転を行うために、起動される。

本実施例によれば、ＢＷＲプラントの運転が停止されているとき、すなわち、ＢＷＲが運転されていないときに、クロム酸イオン、亜鉛イオン及び還元剤であるヒドラジンを含む皮膜形成水溶液を浄化系配管２０の内面に接触させ、この皮膜形成水溶液の浄化系配管２０の内面への接触により、ＢＷＲプラントが運転されていないときに浄化系配管２０の内面に亜鉛クロマイト（ＺｎＣｒ₂Ｏ₄）皮膜を形成することができる。このため、次の運転サイクルにおけるＢＷＲプラントの運転を開始した直後から、浄化系配管２０の内面への放射性核種（例えば、Ｃｏ−６０）の付着を抑制することができる。皮膜形成水溶液に含まれる還元剤の作用によって浄化系配管２０の内面の電位が低下されるため、亜鉛クロマイトが浄化系配管２０の内面に容易に付着し、亜鉛クロマイト皮膜が浄化系配管２０の内面に効率良く形成される。また、本実施例は、ＢＷＲプラントが運転されていないときに、クロム酸イオン、亜鉛イオン及び還元剤であるヒドラジンを含む皮膜形成水溶液を用いて浄化系配管２０の内面に亜鉛クロマイト皮膜を形成するため、ＢＷＲプラントの運転再開後にＲＰＶ１２内の炉水に亜鉛を注入する必要がない。

浄化系配管２０の内面に接触する皮膜形成水溶液のｐＨが、４．８〜１１．４の範囲内の８．０であるため、皮膜形成水溶液に含まれる亜鉛（II）イオン（Ｚｎ²⁺）、クロム酸イオン（ＨＣｒＯ^4-）及びヒドラジンが（５）式で表される反応を生じて亜鉛クロマイトが浄化系配管２０の内面で効率良く生成される。この結果、浄化系配管２０の内面への亜鉛クロマイト皮膜の形成に要する時間が短縮される。

本実施例では、還元剤としてｐＨを増加する還元剤（例えば、ヒドラジン）を用いているので、この還元剤の作用によって浄化系配管２０の内面の電位を低減し、皮膜形成水溶液のｐＨを増加させることができる。このため、炉水に含まれるＣｏ−６０を取り込んでＣｏＣｒ₂Ｏ₄を生成するＣｒ₂Ｏ₃の元になるＣｒＯ（ＯＨ）が、浄化系配管２０の内面に生成されず、皮膜形成水溶液に含まれる亜鉛（II）イオン（Ｚｎ²⁺）及びクロム酸イオン（ＨＣｒＯ^4-）を原料とし、ヒドラジンの前述の作用により、浄化系配管２０へのＣｏ−６０の取り込みを抑制する亜鉛クロマイト（ＺｎＣｒ₂Ｏ₄）皮膜を、浄化系配管２０の内面に形成できる。なお、ｐＨを増加する還元剤（例えば、ヒドラジン）を用いているので、本実施例では、実施例５のように、還元剤とは別にｐＨ調整剤を注入する必要がなく、皮膜形成装置３０は、後述の皮膜形成装置３０Ｂのように、ｐＨ調整剤注入装置９４を設ける必要がない。このため、皮膜形成装置３０は皮膜形成装置３０Ｂに比べてより小型化される。

さらに、浄化系配管２０の内面にＣｒＯ（ＯＨ）が形成されたとき、ＢＷＲプラントの運転中において、ＣｒＯ（ＯＨ）は浄化系配管２０内を流れる高温の炉水（約２８０℃）に晒されることにより脱水されてＣｒ₂Ｏ₃になる。このとき、Ｃｒ₂Ｏ₃がＣｏ−６０と反応して放射性のＣｏＣｒ₂Ｏ₄を生成する。本実施例は、ＣｒＯ（ＯＨ）が生成されないために、ＢＷＲプラントの運転中において、Ｃｒ₂Ｏ₃とＣｏ−６０との反応が生じなく浄化系配管２０へのＣｏ−６０の取り込みがさらに抑制され、浄化系配管２０の表面線量率が低減される。

本実施例では、浄化系配管２０の内面に形成された亜鉛クロマイト皮膜に含まれるＣｒが、浄化系配管２０の内面のＦｅに対して３５％の割合になっているため、浄化系配管２０に取り込まれる放射性核種の量が著しく減少する。このような現象によっても、浄化系配管２０の表面線量率がさらに低下する。

本実施例では、Ｃｒ/Ｚｎが０＜Ｃｒ/Ｚｎ＜２を満足する１．３３であり、皮膜形成水溶液が亜鉛過剰の状態になっているため、Ｃｒ₂Ｏ₃の元になるＣｒＯ（ＯＨ）の生成が抑制される。この結果、浄化系配管２０の内面へのＣｏＣｒ₂Ｏ₄の析出が抑制される。すなわち、浄化系配管２０の表面線量率の低下が促進される。

本実施例によれば、浄化系配管２０の内面に形成された、放射性核種を含む鉄酸化物皮膜を還元除染によって除去した後に、この浄化系配管２０の内面に、前述したように、亜鉛クロマイト皮膜を形成しているため、放射性核種が存在していない浄化系配管２０の内面に、浄化系配管２０への放射性核種の取り込みを抑制する亜鉛クロマイト皮膜を形成することができる。この結果、亜鉛クロマイト皮膜の形成後にＢＷＲプラントを運転した場合においても、浄化系配管２０の表面線量率を低減することができる。

本実施例では、ＺｎＣｒ₂Ｏ₄皮膜の形成に使用される薬剤として塩化物イオンまたは硫酸イオンを含む薬剤を用いていないため、ＢＷＲプラントの炭素鋼部材の健全性（例えば、耐腐食性）を害することがない。さらに、本実施例の原子力プラントの炭素鋼部材への放射性核種付着抑制方法に用いられる皮膜形成装置３０は、化学除染の機能を有しており、本実施例で用いられた薬剤のうち、ギ酸亜鉛水溶液に含まれるギ酸、及び還元剤であるヒドラジンを分解することが可能である。このため、本実施例は、廃棄される陽イオン交換樹脂及び陰イオン交換樹脂が少なくなり放射性廃棄物の発生量をさらに低減できる。

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炭素鋼部材への放射性核種付着抑制方法を、図８及び図９を用いて説明する。本実施例の原子力プラントの炭素鋼部材への放射性核種付着抑制方法は、実施例１と同様に、ＢＷＲプラントの原子炉浄化系の浄化系配管に適用される。

本実施例の原子力プラントの炭素鋼部材への放射性核種付着抑制方法に用いられる皮膜形成装置３０Ａを説明する。皮膜形成装置３０Ａは、実施例１で用いられる皮膜形成装置３０に酸素ガス供給装置８５を追加し、皮膜形成装置３０に設けられた、弁５６を有する注入配管５７を削除した構成を有する（図９参照）。注入配管９１が薬液タンク５４に接続され、注入ポンプ５５が注入配管９１に設けられる。皮膜形成装置３０Ａの他の構成は皮膜形成装置３０と同じである。

酸素ガス供給装置８５は、図９に示すように、酸素ガスボンベ（酸素ガス貯蔵容器）８６、酸素ガス供給管８７及び散気管８８を有する。散気管８８は、サージタンク３１内で底部に配置され、酸素ガス供給管８７の一端部に接続される。散気管８８の上部には、多数の噴出口が形成されている。酸素ガスボンベ８６が、サージタンク３１の外部に配置され、酸素ガス供給管８７の他端部に接続される。開閉弁（図示せず）及び流量調節弁（図示せず）が酸素ガス供給管８７に設けられる。

皮膜形成装置３０Ａを用いた本実施例の、原子力プラントの炭素鋼部材への放射性核種付着抑制方法を、図８を用いて説明する。本実施例の、原子力プラントの炭素鋼部材への放射性核種付着抑制方法でも、実施例１で実施されたステップＳ１〜Ｓ１３の各工程が、ＢＷＲプラントの運転が停止されているときに実施される。しかしながら、本実施例の、原子力プラントの炭素鋼部材への放射性核種付着抑制方法では、ステップＳ４のシュウ酸鉄（III）の除去工程が、還元除染（ステップＳ２）の開始後でシュウ酸及びヒドラジンの分解（ステップＳ３）開始前に行われる。これは、シュウ酸鉄（III）の除去工程において酸化剤である酸素ガスを循環配管３５に注入することによって可能になった。

皮膜形成装置３０Ａの循環配管３５の両端部を皮膜形成対象物である浄化系配管２０に接続し（ステップＳ１）、その浄化系配管２０の内面に対する還元除染を開始する（ステップＳ２）。

次に、シュウ酸鉄（III）の除去工程（ステップＳ４）が実施される。この工程では、酸素ガス供給管８７に設けられた開閉弁を開いて流量調節弁の開度を調節することによって、酸素ガスボンベ８６内の酸素ガスが、所定量、酸素ガス供給管８７を通してサージタンク３１内の散気管８８に供給される。この酸素ガスは、散気管８８に形成された各噴出口からサージタンク３１内のシュウ酸水溶液に注入され、シュウ酸水溶液に溶解する。その後、ステップＳ３及びＳ５〜Ｓ１３の各工程が実施される。本実施例においても、浄化系配管２０の内面に亜鉛クロマイト皮膜が形成される。

実施例１では、シュウ酸及びヒドラジンの分解工程（ステップＳ３）において過酸化水素を用いて浄化系配管２０の内面に形成されたシュウ酸鉄（III）を除去する。このとき、過酸化水素による陽イオン交換樹脂塔６２内の陽イオン交換樹脂の劣化を防止するため、シュウ酸水溶液に注入した過酸化水素が消失するまで弁７５を閉じて弁６８を開き、過酸化水素を含むシュウ酸水溶液の陽イオン交換樹脂塔６２への供給を停止している。

しかしながら、本実施例では、浄化系配管２０の内面に析出したシュウ酸鉄（III）は、シュウ酸水溶液に溶解された前述の酸素の作用によって除去される。シュウ酸鉄（III）は、（７）式で表わされる反応により酸素で酸化され、シュウ酸水溶液に溶解される。

４Ｆｅ(ＣＯＯ)₂＋Ｏ₂＋４(ＣＯＯＨ)₂
→ ４Ｆｅ[(ＣＯＯ)₂]₂ ^-＋２Ｈ₂Ｏ＋４Ｈ^＋ …（７）
実施例１では、還元除染でシュウ酸水溶液に溶出した放射性核種及び金属イオンを陽イオン交換樹脂塔６２で除去する必要があるため、過酸化水素のシュウ酸水溶液への注入は、弁７５及び６８の開閉を切り替えて断続的に行われる。しかし、酸素による陽イオン交換樹脂の劣化の度合いは極僅かであるため、本実施例では、弁７５及び６８の開閉を行わず、酸素を含むシュウ酸水溶液を陽イオン交換樹脂塔６２に供給しながらシュウ酸及びヒドラジンの分解装置６４での分解を行うことができる。このため、シュウ酸水溶液に含まれるシュウ酸及びヒドラジンの分解を早く終わらせることができる。

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。

本発明の他の好適な実施例である実施例３の原子力プラントの炭素鋼部材への放射性核種付着抑制方法を、図１０及び図１１を用いて説明する。本実施例の原子力プラントの炭素鋼部材への放射性核種付着抑制方法は、ＢＷＲプラントの原子炉浄化系の浄化系配管及び再循環系の再循環系配管に適用される。本実施例では皮膜形成装置３０が用いられる。

本実施例の、原子力プラントの炭素鋼部材への放射性核種付着抑制方法を、図１０に示す手順に沿って説明する。本実施例の、原子力プラントの炭素鋼部材への放射性核種付着抑制方法では、実施例１の、原子力プラントの炭素鋼部材への放射性核種付着抑制方法においてステップＳ１をステップＳ１Ａに変え、さらに、ステップＳ３Ｂ，Ｓ１５及びＳ１６を追加した手順が実施される。本実施例の、原子力プラントの炭素鋼部材への放射性核種付着抑制方法の他の工程は、実施例１の、原子力プラントの炭素鋼部材への放射性核種付着抑制方法と同じである。

皮膜形成装置を皮膜形成対象の炭素鋼系配管及びステンレス鋼配管系に接続する（ステップＳ１Ａ）。ＢＷＲプラントの運転が停止されている期間において、皮膜形成装置３０の循環配管３５の一端部が、実施例１と同様に、開閉弁２２のフランジを用いて炭素鋼製の浄化系配管２０に接続される。さらに、循環配管３５の一端部が、ステンレス鋼製の再循環系配管１７に接続された残留熱除去系配管８９に設けられてボンネットが開放された弁９０のフランジを用いて残留熱除去系配管８９に接続される。循環配管３５、再循環系配管１７及び浄化系配管２０を含む閉ループが形成される。

ステンレス鋼製の再循環系配管１７の内面には、ＢＷＲプラントの運転中において、鉄酸化物及びクロム酸化物を含む酸化皮膜が形成される。クロム酸化物にも放射性核種（例えば、Ｃｏ−６０）が取り込まれている。このため、本実施例では、特開２０００−１０５２９５号公報に記載された化学除染、すなわち、酸化除染及び還元除染が実施される。

酸化除染を実施する（ステップＳ１５）。水温が上昇して約９０℃になったとき、弁３６を開く。ホッパから投入された過マンガン酸カリウム（酸化除染剤）が、エゼクタ３７及び配管８０を通してサージタンク３１に導かれる。過マンガン酸カリウム（酸化除染剤）がサージタンク３１内で９０℃の水に溶解し、過マンガン酸カリウム水溶液（酸化除染液）が生成される。この過マンガン酸カリウム水溶液は、循環ポンプ３２で昇圧され、サージタンク３１から循環配管３５を通して再循環系配管１７に供給される。過マンガン酸カリウム水溶液は、再循環系配管１７の内面に付着しているクロム酸化物を溶解して除去する。過マンガン酸カリウム水溶液は、再循環系配管１７から浄化系配管２０を通って循環配管３５に戻され、循環配管３５、再循環系配管１７及び浄化系配管２０を含む閉ループ内を循環する。炭素鋼製の浄化系配管２０の内面にはクロム酸化物が存在しないので、浄化系配管２０に対する酸化除染は実質的に実施されない。

酸化除染を所定時間行った後、過マンガン酸イオンと当量のシュウ酸をホッパから投入してエゼクタ３７及び配管８０を通してサージタンク３１に供給する。このシュウ酸の供給により、過マンガン酸カリウム水溶液に含まれる過マンガン酸イオンを二酸化マンガンにまで還元して酸化力を消失させる。

次に、ステップＳ２の還元除染が実施される。この還元除染では、ホッパ及びエゼクタ３７及び配管８０を通してサージタンク３１内にシュウ酸がさらに供給され、前述したように、ｐＨ２．５のシュウ酸水溶液が生成される。このシュウ酸水溶液が上記の閉ループ内を循環し、再循環系配管１７及び浄化系配管２０のそれぞれの内面に付着している鉄酸化物を溶解して除去する。これらの配管に対する還元除染が、所定時間、実施される。

除染の終了を判定する（ステップＳ１６）。この除染の判定は、再循環系配管１７の外側に配置された第１放射線検出装置（図示せず）で測定された再循環系配管１７の線量率、及び浄化系配管２０の外側に配置された第２放射線検出装置（図示せず）で測定された浄化系配管２０の線量率を用いて行われる。

シュウ酸及びヒドラジンを分解する（ステップＳ３Ｂ）。再循環系配管１７の線量率及び浄化系配管２０の線量率のいずれかが設定線量率を超えているとき、実施例１のステップＳ３と同様なシュウ酸及びヒドラジンの分解が行われる。このステップＳ３Ｂの分解工程では、ステップＳ３と異なり実質的に無くなるまでシュウ酸が分解される。

ステップＳ３Ｂの分解工程が終了した後、ステップＳ１５及びＳ２の各除染が実施される。ステップＳ１６の除染終了判定で再循環系配管１７及び浄化系配管２０の各線量率が設定線量率以下であると判定されたとき、ステップＳ３の分解工程が実施され、シュウ酸及びヒドラジンのそれぞれの一部が分解される。ステップＳ４（シュウ酸鉄（III）の除去）及びＳ５（水酸化鉄の析出抑制）が実施され、ステップＳ６でシュウ酸及びヒドラジンの分解が終了する。化学除染は、酸化除染及び還元除染のうちどちらでも先に開始して良いが、最後は還元除染で終了する。

さらに、本実施例でも、実施例１と同様に、ステップＳ７〜Ｓ１３の各工程が実施される。ステップＳ１０の工程では、Ｚｎ²⁺及びＨＣｒＯ₄ ^-を含み、ｐＨが８．０である９０℃の皮膜形成水溶液が、循環ポンプ３２によって加圧され、循環配管３５から再循環系配管１７及び浄化系配管２０に順番に供給される。ステップＳ１１の工程では、再循環系配管１７及び浄化系配管２０の各内面に亜鉛クロマイト皮膜が形成される。ステップＳ１３で皮膜形成装置３０が取り外された後、開閉弁２２及び９０が復旧され、そしてＢＷＲプラントが起動される。

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。本実施例は再循環系配管１７及び浄化系配管２０の各内面の化学除染を行うことができ、それぞれの内面に亜鉛クロマイト皮膜を形成することができる。

本発明の他の好適な実施例である実施例４の原子力プラントの炭素鋼部材への放射性核種付着抑制方法を、図１２を用いて説明する。本実施例の原子力プラントの炭素鋼部材への放射性核種付着抑制方法は、ＢＷＲプラントの原子炉浄化系の浄化系配管に適用され、皮膜形成装置３０を使用する。

本実施例の原子力プラントの炭素鋼部材への放射性核種付着抑制方法では、実施例１の原子力プラントの炭素鋼部材への放射性核種付着抑制方法で実施されるステップＳ１〜Ｓ１３の各工程が実施され、さらに、ステップＳ１７の工程が実施される。ステップＳ３の後にステップＳ６が実施され、ステップＳ４〜Ｓ１７がステップＳ６とステップＳ７の間で実施される。ステップＳ７の後には、ステップＳ８〜Ｓ１３が順次実行される。

本実施例では、実施例１のようにシュウ酸及びヒドラジンのそれぞれの一部が分解された後ではなく、シュウ酸及びヒドラジンのそれぞれの分解が終了した後に、シュウ酸鉄の除去工程（ステップＳ４）及び水酸化鉄の析出抑制工程（ステップＳ５）が実行される。このステップＳ５で用いられたギ酸は、ステップＳ１７で過酸化水素が供給される分解装置６４内で分解される。

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。しかしながら、本実施例ではステップＳ４及びＳ５の各工程がステップＳ６の後で実施されるために、ギ酸の分解工程（ステップＳ１７）を新たに実施する必要があり、本実施例において、皮膜形成装置３０を浄化系配管２０に接続してから皮膜形成装置３０を浄化系配管２０から取り外すまでに要する期間が、実施例１において要するその期間よりも長くなる。

本発明の他の好適な実施例である実施例５の原子力プラントの炭素鋼部材への放射性核種付着抑制方法を、図１３及び図１４を用いて説明する。本実施例の原子力プラントの炭素鋼部材への放射性核種付着抑制方法は、ＢＷＲプラントの浄化系配管に適用され、図１４に示す皮膜形成装置３０Ｂを使用する。実施例１〜４の各実施例では、還元作用及びｐＨ調整作用を有する、皮膜形成水溶液のｐＨを増加する還元剤（例えば、ヒドラジン）を用いているが、本実施例では、皮膜形成水溶液のｐＨを増加しない還元剤（例えば、水素化ホウ素ナトリウム）を使用し、この還元剤と共にｐＨ調整剤（例えば、アンモニア）を、別途、使用している。ｐＨを増加しない還元剤はｐＨを調節できない還元剤である。

皮膜形成装置３０Ｂは、前述の皮膜形成装置３０にｐＨ調整剤注入装置９４を追加した構成を有する。皮膜形成装置３０Ｂの他の構成は前述の皮膜形成装置３０と同じである。皮膜形成装置３０Ｂでは、水素化ホウ素ナトリウム水溶液が還元剤注入装置４８の薬液タンク４９に充填される。ｐＨ調整剤注入装置９４が、薬液タンク９５、注入ポンプ９６及び注入配管９８を有する。薬液タンク９５は、注入ポンプ９６及び弁９７を有する注入配管９８によって、接続点１０７で循環配管３５に接続される。アンモニア水溶液が薬液タンク９５に充填されている。

本実施例の原子力プラントの炭素鋼部材への放射性核種付着抑制方法を、図１３に示された手順に沿って説明する。

皮膜形成装置３０Ｂの循環配管３５の両端部が、実施例１と同様に、浄化系配管２０に接続される（ステップＳ１）。その後、浄化系配管２０の還元除染を実施する（ステップＳ２）。ｐＨ調整剤注入装置９４の薬液タンク９５内のアンモニア水溶液が、弁９７を開いて注入ポンプ９６を駆動することによって注入配管９８を通して循環配管３５内を流れるシュウ酸水溶液に注入され、このシュウ酸水溶液のｐＨが２．５に調節される。ｐＨが２．５で９０℃のシュウ酸水溶液と接触する、浄化系配管２０の内面が還元除染される。

シュウ酸を分解する（ステップＳ３Ａ）。還元除染が終了した後、弁７５を開いて弁６８を閉じ、アンモニアを含むシュウ酸水溶液を陽イオン交換樹脂塔６２に供給し、陽イオン交換樹脂によってアンモニアを除去する。さらに、弁７９を開いて弁６９の開度を調節し、弁６９を流れるシュウ酸水溶液の一部を分解装置６４に供給し、実施例１と同様に、シュウ酸を分解する。分解装置６４では、アンモニアは分解されない。

シュウ酸水溶液に含まれるシュウ酸の一部が分解され、アンモニアの一部が除去された後、ステップＳ４及びＳ５の各工程が実施される。ステップＳ４で過酸化水素がシュウ酸水溶液に注入される前に、弁６８を開いて弁７５を閉じる。ステップＳ４及びＳ５の各工程が実施されている間、分解装置６４によるシュウ酸の分解が継続して行われている。

ステップＳ５の工程が終了したとき、アンモニアの除去、及びシュウ酸及びこの工程で注入したギ酸の分解が行われる。シュウ酸水溶液に含まれるアンモニアを除去するために、弁７５を開いて弁６８を閉じ、陽イオン交換樹脂塔６２によってシュウ酸水溶液に含まれるアンモニアを除去する。アンモニアが除去されてシュウ酸が分解されたとき、シュウ酸の分解が終了する（ステップＳ６Ａ）。

その後、実施例１と同様に、ステップＳ７〜Ｓ９の各工程が、順次、実施される。ステップＳ９では、還元剤である水素化ホウ素ナトリウムの水溶液が、還元剤注入装置４８の薬液タンク４９から循環配管３５に注入される。さらに、ｐＨ調整剤の注入が実施される（ステップＳ１４）。アンモニア水溶液が、弁９７を開いて注入ポンプ９６を駆動することによって薬液タンク９５から循環配管３５に注入される。

ステップＳ１０で浄化系配管２０に供給される皮膜形成水溶液は、Ｚｎ²⁺、ＨＣｒＯ₄ ^-、ギ酸、水素化ホウ素ナトリウム及びアンモニアを含み、ｐＨが８．０である９０℃の皮膜形成水溶液（Ｃｒ／Ｚｎ＝１．３３）である。水素化ホウ素ナトリウム水溶液の注入により浄化系配管２０の内面の電位が、例えば、０．０Ｖになり、アンモニア水溶液の注入により皮膜形成水溶液のｐＨが、例えば、上記した８．０になる。この皮膜形成水溶液が浄化系配管２０の内面に接触することにより、亜鉛クロマイト皮膜がその内面に形成される（ステップＳ１１）。亜鉛クロマイト皮膜を形成する間、弁６８が開いて弁７５，７７を閉じ、皮膜形成水溶液の陽イオン交換樹脂塔６２及び混床樹脂塔６３への供給が停止されている。

ギ酸の分解及び還元剤及びｐＨ調整剤の除去を実施する（ステップＳ１２Ａ）。所定厚みの亜鉛クロマイト皮膜がその内面に形成された後、弁７５及び７９を開いて弁６８を閉じ、さらに、弁６９の開度を減少する。皮膜形成水溶液に含まれる水素化ホウ素ナトリウム、アンモニア及び金属イオンが陽イオン交換樹脂塔６２で除去される。陽イオン交換樹脂塔６２から排出された皮膜形成液に含まれたギ酸が、配管９１を通して供給された過酸化水素及び分解装置６４内の活性炭触媒に含まれるルテニウムの作用により、分解装置６４で分解される。

ギ酸の分解が終了した後、弁７９を閉じて弁６９を開き、弁７１，７３及び７７を開いて弁６６，６７及び７５を閉じる。皮膜形成水溶液に含まれる微細な固形物がフィルタ５９で除去され、冷却器６１による冷却で皮膜形成水溶液の温度を６０℃まで低下させる。この皮膜形成水溶液が混床樹脂塔６３に供給に供給され、皮膜形成水溶液に残留する陽イオン及び陰イオンが、混床樹脂塔６３で除去される。このような浄化工程が終了した後、ステップＳ１３で、循環配管３５の両端部が浄化系配管２０から取り外される。

本実施例は、皮膜形成装置のコンパクト化及び放射性廃棄物の発生量の低減を除いて実施例１で生じる各効果を得ることができる。本実施例によれば、実施例１におけるヒドラジンの作用が水素化ホウ素ナトリウム及びアンモニアのそれぞれの作用で肩代わりされるため、亜鉛クロマイト皮膜を浄化系配管２０の内面に形成することができる。また、本実施例で用いられる水素化ホウ素ナトリウム及びアンモニアは、過酸化水素及びルテニウムの作用によって分解されず、陽イオン交換樹脂塔６２及び混床樹脂塔６３内の陽イオン交換樹脂及び陰イオン交換樹脂によって除去されるため、放射性廃棄物となる使用済の陽イオン交換樹脂及び陰イオン交換樹脂の廃棄量が増加する。陽イオン交換樹脂塔６２及び混床樹脂塔６３は、各々の廃棄量の増加を見込んで予め陽イオン交換樹脂及び陰イオン交換樹脂のそれぞれを充填している。

本発明の他の好適な実施例である実施例６の原子力プラントの炭素鋼部材への放射性核種付着抑制方法を、図１５を用いて説明する。本実施例の原子力プラントの炭素鋼部材への放射性核種付着抑制方法は、運転を経験していない新規のＢＷＲプラントの原子炉浄化系の浄化系配管に適用され、図１４に示す皮膜形成装置３０Ｂを使用する。

新規のＢＷＲプラントでは、浄化系配管２０の内面に放射性核種を含む酸化皮膜が形成されていないため、還元除染等の化学除染を実施する必要がない。本実施例の原子力プラントの炭素鋼部材への放射性核種付着抑制方法を、図１５の手順に沿って説明する。

皮膜形成装置３０Ｂの循環配管３５の両端部が、実施例１と同様に、浄化系配管２０に接続される（ステップＳ１）。循環配管３５の浄化系配管２０への接続は、新規のＢＷＲプラントの建設終了後でこの新規のＢＷＲプラントの試運転が開始される前の期間で行われる。皮膜形成装置３０Ｂの循環配管３５が浄化系配管２０に接続された後、循環ポンプ３２，５８を駆動し、循環配管３５及び浄化系配管２０を含む閉ループ内で水を循環させ、循環する水をサージタンク３１内の加熱器６０により加熱して水の温度を９０℃にする。この９０℃の水への、Ｚｎ²⁺の注入（ステップＳ７）、ＨＣｒＯ₄ ^-の注入（ステップＳ８）、水素化ホウ素ナトリウムの注入（ステップＳ９）及びアンモニアの注入（ステップＳ１４）が実施され、サージタンク３１及び循環配管３５内で、Ｚｎ²⁺、ＨＣｒＯ₄ ^-、ギ酸、水素化ホウ素ナトリウム及びアンモニアを含み、ｐＨが８．０である９０℃の皮膜形成水溶液（Ｃｒ／Ｚｎ＝１．３３）が生成される。この皮膜形成水溶液が浄化系配管２０に供給され（ステップＳ１０）、浄化系配管２０の内面の亜鉛クロマイト皮膜が形成される（ステップＳ１１）。所定厚みの亜鉛クロマイト皮膜が浄化系配管２０の内面に形成された後、ギ酸の分解及び還元剤及びｐＨ調整剤の除去が実施される（ステップＳ１２Ａ）。ステップＳ１２Ａの工程の後に、ステップＳ１３の工程が実施される。

本実施例は実施例５で生じる各効果を得ることができる。本実施例は新規のＢＷＲプラントの炭素鋼製の浄化系配管２０の内面に亜鉛クロマイト皮膜を形成するため、この皮膜形成の前に、浄化系配管２０に対する還元除染を行う必要がない。

本実施例において、水素化ホウ素ナトリウム（還元剤）及びアンモニア（ｐＨ調整剤）を、実施例１で用いられる、ｐＨを増加する還元剤（例えば、ヒドラジン）に替えてもよい。この場合には、皮膜形成装置３０が用いられ、図１５に示されるステップＳ１４の工程が不要になり、ステップＳ１２ＡがステップＳ１２になる。

本発明の他の好適な実施例である実施例７の原子力プラントの炭素鋼部材への放射性核種付着抑制方法を、図１６を用いて説明する。本実施例の原子力プラントの炭素鋼部材への放射性核種付着抑制方法は、ＢＷＲプラントの残留熱除去系の炭素鋼製の残留熱除去系配管に適用される。

残留熱除去系９９は、２系統設けられ、２系統の再循環系の再循環系配管１７のそれぞれに接続されている。図１６には、１系統の残留熱除去系９９を示している。各残留熱除去系９９は、炭素鋼製の残留熱除去系配管１００、残留熱除去系配管１００に設けられたポンプ１０１、及びこのポンプ１０１の下流で残留熱除去系配管１００に設けられた熱交換器（冷却器）１０２を有する。残留熱除去系配管１００の一端は再循環ポンプ１６の上流側で再循環系配管１７に接続され、残留熱除去系配管１００の他端は再循環ポンプ１６の下流側で再循環系配管１７に接続される。残留熱除去系配管１００は二個所で原子炉格納容器１１を貫通している。一つの貫通部では、原子炉格納容器１１の内側に配置された隔離弁１０３Ａ及び原子炉格納容器１１の外側に配置された隔離弁１０３Ｂが残留熱除去系配管１００にそれぞれ設けられる。他の貫通部では、原子炉格納容器１１の内側に配置された隔離弁１０４Ａ及び原子炉格納容器１１の外側に配置された隔離弁１０４Ｂが残留熱除去系配管１００にそれぞれ設けられる。弁１０５が隔離弁１０３Ｂとポンプ１０１の間で残留熱除去系配管１００に設けられ、弁１０６が隔離弁１０４Ｂと熱交換器１０２の間で残留熱除去系配管１００に設けられる。

残留熱除去系９９は、例えば、ＢＷＲプラントの運転停止後における炉心１３で発生する崩壊熱を除去する。ＢＷＲプラントの運転停止後、ポンプ１０１を駆動し、その崩壊熱で加熱された原子炉圧力容器１２内の炉水を再循環系配管１７から残留熱除去系配管１００に導き、熱交換器１０２で冷却する。冷却された炉水は、再循環系ポンプ１６の下流側で再循環系配管１７に流入し、ジェットポンプ１４を通って炉心１３に供給され、炉心１３内の各燃料集合体を冷却する。

本実施例の原子力プラントの炭素鋼部材への放射性核種付着抑制方法では、実施例１で実施されたステップＳ１〜Ｓ１３の各工程が実行される。

或る一つの運転サイクルでの運転が終了してＢＷＲプラントの運転が停止されている期間において、皮膜形成装置３０の循環配管３５の一端部を、ボンネットが開放された弁１０５のフランジを用いて残留熱除去系配管１００に接続し、皮膜形成装置３０の循環配管３５の他端部を、ボンネットが開放された弁１０６のフランジを用いて残留熱除去系配管１００に接続する（ステップＳ１）。シュウ酸水溶液を用いて残留熱除去系配管１００の内面の還元除染が行われる（ステップＳ２）。

その後、実施例１と同様に、ステップＳ３〜Ｓ１３の各工程が実施される。ステップＳ１０の工程では、Ｚｎ²⁺及びＨＣｒＯ₄ ^-を含み、ｐＨが８．０である９０℃の皮膜形成水溶液が、残留熱除去系配管１００に供給される。ステップＳ１１の工程では、残留熱除去系配管１００の内面に亜鉛クロマイト皮膜が形成される。

皮膜形成装置３０の循環配管３５が残留熱除去系配管１００から取り外され（ステップＳ１３）、弁１０５及び１０６が復旧された後、次の新たな一つの運転サイクルでのＢＷＲプラントの運転が開始される。

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、実施例１のように浄化系配管２０ではなく残留熱除去系配管１００の表面線量率を低減できる。

実施例１〜６のそれぞれは、残留熱除去系配管１００に対して適用することができる。さらに、実施例１ないし７は加圧水型原子力プラントにも適用できる。

１…原子炉、３…タービン、４…復水器、１０…給水配管、１２…原子炉圧力容器、１７…再循環系配管、２０…浄化系配管、３０，３０Ａ，３０Ｂ…皮膜形成装置、３１…サージタンク、３２，５８…循環ポンプ、３５…循環配管、３８…亜鉛イオン注入装置、４３…クロム酸イオン注入装置、４８…還元剤注入装置、５３…酸化剤注入装置、５９…フィルタ、６０…加熱器、６１…冷却器、６２…陽イオン交換樹脂塔、６３…混床樹脂塔、６４…分解装置、８５…酸素ガス供給装置、９４…ｐＨ調整剤注入装置、９９…残留熱除去系、１００…残留熱除去系配管。

Claims (15)

1. クロム酸イオン、亜鉛イオン及び還元剤を含む皮膜形成液を原子力プラントの炭素鋼部材の表面に接触させ、
   前記皮膜形成液が接触する、前記炭素鋼部材の表面に、亜鉛クロマイトの皮膜を形成し、
   前記炭素鋼部材表面への前記皮膜形成液の接触、及び前記炭素鋼部材の表面への前記亜鉛クロマイト皮膜の形成のそれぞれは、前記原子力プラントが運転されていないときに行われることを特徴とする原子力プラントの炭素鋼部材への放射性核種付着抑制方法。
2. 前記炭素鋼部材の表面に形成される前記亜鉛クロマイト皮膜が、前記炭素鋼部材の前記表面のＦｅに対してＣｒを２２％以上含んでいる亜鉛クロマイト皮膜である請求項１に記載の原子力プラントの炭素鋼部材への放射性核種付着抑制方法。
3. 前記炭素鋼部材の表面に接触される前記皮膜形成液は、４．８〜１１．４の範囲内のｐＨを有している請求項１または２に記載の原子力プラントの炭素鋼部材への放射性核種付着抑制方法。
4. 前記還元剤として前記皮膜形成液のｐＨを増加する還元剤を用いる請求項３に記載の原子力プラントの炭素鋼部材への放射性核種付着抑制方法。
5. 前記ｐＨを増加する還元剤を分解する請求項４に記載の原子力プラントの炭素鋼部材への放射性核種付着抑制方法。
6. 前記皮膜形成液に含まれる亜鉛とクロムのモル比Ｃｒ／Ｚｎが０＜Ｃｒ／Ｚｎ＜２を満足している請求項１に記載の原子力プラントの炭素鋼部材への放射性核種付着抑制方法。
7. 還元除染剤を含んでいる還元除染液を用いて前記炭素鋼部材の前記表面を還元除染し、前記炭素鋼部材の表面への前記亜鉛クロマイト皮膜の形成が、前記炭素鋼部材の前記表面への前記還元除染が終了した後に行われる請求項１に記載の原子力プラントの炭素鋼部材への放射性核種付着抑制方法。
8. 前記還元除染後に実施される前記還元除染剤の分解工程内で、前記還元除染剤の一部を分解した後で前記水溶液に前記還元除染剤が残っている期間内で、前記炭素鋼部材の前記表面に析出したシュウ酸鉄の除去する工程、及び前記表面への水酸化鉄の析出を抑制する工程を実施する請求項７に記載の原子力プラントの炭素鋼部材への放射性核種付着抑制方法。
9. 前記還元除染後に実施される前記還元除染剤の分解工程が終了した後、前記炭素鋼部材の前記表面に析出したシュウ酸鉄の除去する工程、及び前記表面への水酸化鉄の析出を抑制する工程を実施する請求項７に記載の原子力プラントの炭素鋼部材への放射性核種付着抑制方法。
10. 前記シュウ酸鉄を除去する工程では、前記炭素鋼部材の前記表面に接触される還元除染液に酸化剤を注入する請求項８または９に記載の原子力プラントの炭素鋼部材への放射性核種付着抑制方法。
11. 前記酸化剤として酸素ガスを用いる請求項１０に記載の原子力プラントの炭素鋼部材への放射性核種付着抑制方法。
12. 原子力プラントの原子炉圧力容器に接続される炭素鋼部材である第１配管に、第２配管を接続し、
    前記第２配管を通して前記第１配管に、クロム酸イオン、亜鉛イオン及び還元剤を含む皮膜形成液を供給して前記皮膜形成液を前記第１配管の内面に接触させ、
    前記皮膜形成液が接触する、前記第１配管の内面に、亜鉛クロマイトの皮膜を形成し、
    前記亜鉛クロマイト皮膜が前記第１配管の内面に形成された後、前記第２配管を前記第１配管から取り外し、
    前記第１配管への前記第２配管の接続、前記第１配管の前記内面への前記皮膜形成液の接触、前記第１配管の前記内面への前記亜鉛クロマイト皮膜の形成、及び前記第１配管からの前記第２配管の取り外しは、前記原子力プラントが運転されていないときに行われることを特徴とする原子力プラントの炭素鋼部材への放射性核種付着抑制方法。
13. 前記原子炉圧力容器に接続された、原子力プラントのステンレス鋼部材である第３配管に、前記第２配管の一端部を接続して、前記第３配管に接続された前記第１配管に、前記第２配管の他端部を接続し、前記第１配管、前記第２配管及び前記第３配管を含む閉ループを形成し、
    前記第２配管に供給される前記皮膜形成液を前記第３配管に供給して前記皮膜形成液を前記第１配管の内面と共に前記第３配管の内面に接触させ、
    前記第１配管の前記内面と共に前記皮膜形成液が接触する前記第３配管の前記内面に、前記亜鉛クロマイトの皮膜を形成し、
    前記亜鉛クロマイト皮膜が前記第１配管及び前記第３配管のそれぞれの前記内面に形成された後、前記第２配管を前記第１配管及び前記第３配管のそれぞれから取り外し、
    前記第３配管への前記第２配管の接続、前記第３配管の前記内面への前記皮膜形成液の接触、前記第３配管の前記内面への前記亜鉛クロマイト皮膜の形成、及び前記第３配管のからの前記第２配管の取り外しは、前記原子力プラントが運転されていないときに行われる請求項１２に記載の原子力プラントの炭素鋼部材への放射性核種付着抑制方法。
14. 前記皮膜形成液に含まれる前記還元剤により、前記炭素鋼部材の電位及び前記皮膜形成液のｐＨのそれぞれの調節を行う請求項１２または１３に記載の原子力プラントの炭素鋼部材への放射性核種付着抑制方法。
15. 皮膜形成液を導く配管と、前記配管に接続された亜鉛イオン注入装置と、前記配管に接続されたクロム酸イオン注入装置と、前記配管に接続された、ｐＨを増加する還元剤を注入する装置と、前記配管に設けられ、前記皮膜形成液を昇圧するポンプと、前記皮膜形成装置を加熱する加熱装置とを備えたことを特徴とする皮膜形成装置。

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