JP2965751B2 - 放射性汚染物の除染方法 - Google Patents

放射性汚染物の除染方法

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    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21FPROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
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    • G21F9/001Decontamination of contaminated objects, apparatus, clothes, food; Preventing contamination thereof
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    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
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    • C02F2101/00Nature of the contaminant
    • C02F2101/006Radioactive compounds

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、原子力発電所等で発生
する放射線汚染物に対し、帯電水を用いて放射性汚染物
の表面から放射性物質を遊離、除去する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】現在、国内の原子力発電所では、次の理
由から酸、アルカリ、溶剤などの化学薬液を使用した放
射能除染法の利用については厳しい制限が付されてい
る。 (1)化学薬液を用いると、二次廃棄物として、化学薬
液を含む放射性廃液が発生するため、これを管理し、処
理しなければならない。 (2)化学除染液で運転中のプラントを除染すると、金
属母材を溶解して肉厚を減少させたり、結晶粒界内に化
学薬液が入り込んで残留し、材料強度を低下させる恐れ
があるなどプラントの安全性に影響を与える可能性があ
る。 これらの影響を与える原因となる薬剤として、硫酸、塩
酸などの無機酸や水酸化ナトリウム、水酸化アンモニウ
ムなどアルカリ性薬液のほか、クエン酸、NTA(ニト
リロ三酢酸)、EDTA(エチレンジアミン四酢酸)な
どのキレート剤や合成洗剤類も含まれている。
【0003】また、化学薬液による除染以外の手法とし
て電界研磨除染法も開発され、海外では数多くの実施例
が報告されているが、金属母材まで溶解してしまい、や
はり材料強度に影響を及ぼす可能性が考えられる。その
ため、我国の原子力発電所においては、本格的採用にま
では至っていない。したがって、従来の国内原子力発電
所においては、水によるジェット洗浄やブラシ洗浄のよ
うに材料に対して作用力が弱く、材料腐食や強度低下の
恐れがない洗浄法に頼らざるを得ない状況にあった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ジェッ
ト洗浄やブラシ洗浄のような物理的作用による除染法に
おいても、圧力や運転エネルギを高めることにより、母
材を損耗したり、擦過傷を与えることになり、逆に、損
傷を与えない程度の作用力では表面に赤サビが付着した
程度の汚染ならば除去可能であるが、長時間にわたって
堆積(クラッド)したような固着性の汚染に対しては除
染効果を期待することは難しい。
【0005】ここで、原子炉における主な放射能汚染源
60Co、58Coや54Mnなどであり、これらはプラン
トを構成する材料中から原子炉一次冷却水へ溶出した金
属イオン(腐食生成物と呼ばれる)であり、これらが酸
化鉄と混在した状態で徐々に一次系内に沈着し、約28
0℃×約70kg/cm2 Gの条件下で強固な酸化被膜層を
形成していることが明らかになっている。
【0006】したがって、これを除染するためには、通
常のジェット洗浄やフラッシング程度では役に立たず、
また、材料を損耗してプラントの安全性をおびやかすこ
とはできないことから、せいぜい配管内のフラッシング
程度で済ましているのが実状であり、抜本的なクラッド
蓄積防止策は施されていなかった。本発明の目的は原子
力発電施設において放射性物質が付着したことにより汚
染物となった機器、配管、建屋材料などを、化学薬液を
用いずに除染することによってプラントへの安全性を確
保するとともに、二次廃棄物の発生量を減少させる放射
能除染法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者らは上記の目的
を達成するため鋭意研究を重ねた結果、水を帯電させ、
これで表面にクラッドを形成した放射性汚染材料を洗浄
することにより、放射能が顕著に低下することを見い出
し、この知見に基づき本発明をなすに至った。すなわち
本発明は、放射性汚染物に帯電水を接触させることによ
り、汚染物表面から放射性物質を遊離、除去することを
特徴とする放射性汚染物の除染方法を提供するものであ
る。
【0008】一般に、原子力発電所の従事者被ばくに関
与する放射性核種は炉水中で生成する60Co、58Coや
54Mn等が主体であり、これらは、被汚染物中に、Fe
23 をはじめとするクラッドと呼ばれる鉄系酸化物の
微粒子中に取り込まれた状態でしかも単なる水フラッシ
ングでは落ちない程度の固着状態で存在している。
【0009】本発明によれば帯電水を、これらの放射性
を帯びたクラッドが固着した汚染物に接液させることに
より、汚染物表面からクラッドとともに上記放射性核種
を遊離させることができる。なお、帯電水の製造方法は
公知のどの技術を用いてもよく、一例としては、アーク
放電法や電気分解法などがあり、その装置の構造につい
ても制限がない。
【0010】好ましい帯電水の製造条件をあげると水温
は好ましくは常温(20℃)〜50℃、より好ましくは
常温及びその付近、電流は好ましくは0.2〜30A
(液流速は好ましくは0.1〜1m/sec)、より好ましく
は5〜15A(液流速はより好ましくは0.75m/s)、
極性は陽極側、陰極側いずれの液でもよく、特に好まし
くは陰極側の液である。
【0011】このような帯電水の物性を以下に示す。 a.pH計(ホリバ社製D−13)ガラス電極で測定す
ると、電解前は7.0を示していたpH計が電解後には
3〜6を示す。 b.導電率計(ホリバ社製ES−12)標準電極(No.
3582−10D)で測定すると、電解前は導電率1〜
2μs/cmの水が、電解により max200μs/cmを示
す。対象物の汚染状態に応じて導電率はこの範囲で適宜
に設定される。 c.リトマス試験紙(東洋ロ紙製ユニバーサル型)で測
定すると電解前後ともpH7で変化はない。
【0012】また、水質についても、通常得られるろ過
水(例えば雨水を砂ろ過したもの)や水道水程度の導電
性を有する水溶液でも帯電付与は十分可能であるが、イ
オン交換処理水など純水に近いものがより好ましい。
【0013】本発明方法において放射性汚染物の帯電水
による洗浄は、帯電水中に汚染物を浸漬する方法、汚染
物に帯電水を噴射・スプレーする方法などがあげられ、
特に制限はない。実用的には浸漬(バッチ)式は除染槽
内に入る寸法の小型単体機器や工具類などの除染に適す
る。またスプレー式は系統配管内や大型機器、建屋壁・
床面など大表面積を除染する場合に適し、低圧(フラッ
シング程度)で帯電水を供給するのがよい。帯電水は一
度使用後廃棄してもよいが、水処理施設に負荷がかかる
ので除去した放射性汚染物をフィルタ捕集除去すること
により循環再使用するようにしてもよい。これにより、
a.水のクローズドシステムによる水処理への負荷軽
減、b.帯電水の効率的利用が達成される。
【0014】このようなフィルタにより、砂や鉄サビな
どの微粒子、あるいは放射性物質の微粒子が帯電水製造
装置内に送られ、堆積することを防止する。なお、一般
に炉水系で発生する放射性物質は平均粒径30〜40μ
m程度、小さくても20〜30μm程度の微粒子状で存
在するといわれており、2〜3μmのポアサイズのフィ
ルタで捕集可能である。この場合もし、放射性核種の一
部がイオン化するならば、必要に応じて、フィルタ材を
イオン交換樹脂に交換することにより、対応することが
できる。
【0015】なお、本発明方法を実施する除染装置にお
いて帯電水を別に製造してこれを除染槽に供給する場合
には生成した帯電水を供給途中で消費しないような配管
材、壁材を選定する必要があることはいうまでもない。
例えば、金属鉄や酸化物は帯電水によって鉄イオンが溶
解したり、組織の構造変化が生じてしまうので使用は避
けるべきである。ポリエチレンやポリプロピレンは十分
ではないがあまり長期間でなければ使用に耐えることが
できる。最も望ましい接液材料としてはフッ素樹脂(例
えばテフロン)及びステンレス鋼があげられる。
【0016】
【作用】本発明により放射性汚染物の放射性物質が除染
される機構についてはまだ解明されていないが酸化物被
膜中に、入り込んだ放射性物質の場合には次のような作
用によるものと推測される。水は一般に電気を通すとい
われているが、これは水の中のイオン性の物質が存在し
ているためであり、超純水のように純度の高い水になる
と、その導電率は約0となる。したがって純水は導電率
が低い状態では電子を授受した水分子はその荷電を放出
することが難しく、しかも、となり合う水分子全体が帯
電している状態にある場合には、自然放電もままなら
ず、長時間にわたってこの帯電状態が続くことになる。
【0017】さて、この帯電状態の水に、酸化物被膜例
えばFe23 などの金属酸化物が接液すると、酸化物
にe- を与え、水分子は安定状態に戻るとともに、Fe
23 はFe+3からFe+2に還元され、酸化物被膜組織
の構造変化を生じる。 Fe+3(酸化物)+e- →Fe+2(イオン) これにより酸化物被膜が変質し洗浄により容易に除去さ
れ、酸化物の粒子間に入り込んでいた放射性物質も同時
に除去される。
【0018】
【実施例】次に本発明を実施例に基づきさらに詳細に説
明する。図1は、本除染方法を実施するためのフローシ
ートである。被除染物を除染槽1へ入れ、除染槽内は水
を満水にする。水は、市販のイオン交換樹脂(混床式)
で処理した2μs/cm程度の導電率の純水を用いた。
水温は、化学除染法では常温よりも高温の方が反応速度
が大になるので水温を70〜90℃程度に高める用法が
一般的であるが、本発明では常温(20℃)、30℃、
50℃と水温を変えて実験したところ、大きな除染性能
の差異は得られなかったので常温付近で運転した。
【0019】除染槽1の水は、槽底から抜き出された
後、配管9、給水槽2を経て、又はバイパス排管10を
経て、ポンプ3で昇圧され、フィルタ4を通り、帯電水
製造装置5へ送られる。ポンプの容量はこのプロセス全
体の圧力損失以上の揚程で被除染物の表面に常時新たな
帯電水を供給できるだけの流量が確保できればよい。本
実施例では、表面積が200cm2 の被除染物に対し、
揚程20m、流量100リットル/分のポンプを用い
た。フィルタ4としては、10μmの粒子の捕集性能を
有するものを選定した。
【0020】帯電水製造装置5は、電気分解式を用い
た。電気分解式製造装置の構造はイオン隔膜6の両側に
陽極7と陰極8を対じさせ、上、下にそれぞれ水の出入
口ノズルを設けたものである。イオン隔膜6には、ナフ
ィオン117(商品名、デュポン社製)を、陽極には白
金網を、陰極には網目状ガラス質のグラファイトを用い
た。以上のフローシートにおいて各要素は、それぞれ配
管9で接続され、製造された帯電水は除染槽1へ供給さ
れることになる。本フローシートにおいては9は上記の
ように各機器や各機器を接続する主配管10、バイパス
配管を示し、11はベント配管、12はドレン配管を示
すが、これらの接液部材料にはテフロンあるいはステン
レス鋼を用いた。
【0021】上記のフローシートに従い、A発電所にお
ける実汚染物を表1に示す条件で除染した。得られた結
果を表1に示した。除染対象物には、一次汚染物では炭
素鋼の代表例として主蒸気(Main Steam :MS)系配管
を、またステンレス鋼の代表例として一次冷却材再循環
(Primary Loop Recirculation : PLR) 系配管をそれぞ
れ供した。
【0022】一方、二次汚染物では工具の代表例として
スパナ、モンキレンチ等を炭素鋼の代表例として足場材
の腐食部を、ステンレス鋼の代表例としてベント配管の
内面汚染部分をそれぞれ供した。
【0023】
【表1】
【0024】除染効果は各対象物表面の線量率や核種毎
の放射能量の低減率で評価したところ、固着クラッドが
主要な汚染源となる一次汚染物では、炭素鋼、ステンレ
ス鋼の母材材質によって除染効果は幾分異なり、表面線
量率は炭素鋼では4時間の除染で5〜10%、またステ
ンレス鋼では28時間の除染で約30%の低減をそれぞ
れ確認した。なお、この表面線量率は、A発電所の実汚
染物であるため、多種の放射線核種から発生する多様な
放射線の合計値であるが、前述したように線量率に寄与
する主要な核種はCoやMnであることが知られてお
り、これら個別の核種毎の除染性能についても解析した
ところ、炭素鋼(MS系)ではMn−54は50%以
上、Co−60は約20%の放射能量が低減していた。
【0025】また、ステンレス鋼(PLR系)では同様
にMn−54は約90%、Co−60は約30%の放射
能量が低減していた。一方、放射性クラッドが付着した
状態の二次汚染物では、まず、スパナやモンキレンチな
ど工具の把手やねじ部などに約1000ないし2000
cpm(Counts per Minutes :毎分の放射線カウント
数)程度の汚染があるものを対象に除染したところ、い
ずれの工具も4時間の除染により線量率はバック・グラ
ウンド(B.G:自然放射線量のレベル)まで低減し
た。
【0026】また、炭素鋼の代表例として供した足場材
の腐食部では何層もの鉄サビがカサブタ状に積層した状
態の中に放射性クラッドが入り込んでいたため、4時間
の除染により線量率の低減は約30%程度となった。最
後に、ステンレス鋼の付着汚染例としてPLR系配管の
ベント管内面に付着するクラッドを対象に除染したとこ
ろ、4時間の除染で線量率は約50%低減した。
【0027】以上の実施例から本発明の実施によってプ
ラントの線量率は、少なくとも20〜30%、汚染の付
着状態によっては50%以上の低減効果が期待できるこ
とになる。これはいいかえれば、プラント内で作業者の
受ける被ばく線量が2、3割、あるいは半減することが
できた。
【0028】
【発明の効果】本発明方法によれば化学薬液等を使用す
ることなく、純水を用いて、効率的に放射性汚染物の除
染を行うことができる。それゆえ安全性が高く、実施上
何ら問題点がない。本発明によれば作業従事者の被ばく
低減に大きな寄与が期待できる。さらに本発明方法は水
を循環利用することにより容易にクローズドシステムを
実現することができ、放射性物質拡散防止の点でも、さ
らに安全性を高めることができるという優れた作用効果
を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】帯電水による放射性汚染物除染装置のフローシ
ートである。
【符号の説明】
1 除染槽 2 給水槽 3 循環ポンプ 4 フィルタ 5 帯電水製造装置 6 イオン隔膜 7 陽極 8 陰極 9 主配管 10 バイパス配管 11 ベント配管 12 ドレン配管
フロントページの続き (72)発明者 菅井 研自 東京都千代田区内幸町1丁目1番3号 東京電力株式会社内 (72)発明者 鈴木 研一 埼玉県春日部市浜川戸2丁目2番1号 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G21F 9/28

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 放射性汚染物に帯電水を接触させること
    により、汚染物表面から放射性物質を遊離、除去するこ
    とを特徴とする放射性汚染物の除染方法。
  2. 【請求項2】 放射性汚染物が原子力発電施設において
    発生する放射性汚染物である請求項1記載の方法。
  3. 【請求項3】 放射性汚染物が沸騰水(BWR)型原子
    力発電施設において発生する放射性汚染物である請求項
    2記載の方法。
  4. 【請求項4】 除去した放射性物質を含有する使用済み
    の水をろ過処理し、さらに帯電水用として循環再使用す
    ることを特徴とする請求項1記載の方法。
JP3173440A 1991-06-19 1991-06-19 放射性汚染物の除染方法 Expired - Lifetime JP2965751B2 (ja)

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