JP3881515B2 - 金属部品の放射能レベルの低下方法 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、除染溶液で金属部品の酸化物膜を除去することにより、金属部品の放射能レベルを低下する方法に関する。
【０００２】
原子力発電所設備の金属製構造部材の表面の化学的除染方法は、例えば欧州特許第０３５５６２８号明細書から公知である。このような方法の目的は、金属製構造部材の表面から放射能により汚染された酸化物膜を取り除くことにある。それには除染溶液として、例えばシュウ酸又は他のカルボン酸を含む溶液を使用することができる。
【０００３】
原子力発電所を長年動力運転する中に、放射性核種が主に金属製構造部材の表面にある酸化保護膜内に沈積する。従って原子力発電所の通常の検査中の除染作業では酸化物膜を除去することで十分である。構造部材の親金属を腐食しないような適切な除染溶液が選択される。
【０００４】
この措置法は、放射性核種の約９８％が酸化物膜内にあるので、検査の際に有効である。拡散により構造部材を構成する親金属の表面近くに達するのは、放射性核種の約２％に過ぎない。
【０００５】
原子力発電所の部品を交換する際又は停止する際、放射性核種の約２％は拡散により親金属の表面近傍にあり、そのため除染後もこの金属を最終貯蔵所に運ばなければならなくなる。
【０００６】
その際極めて大量の廃棄すべき金属が生じるため、不経済な極めて大きな最終貯蔵所が必要になる。
【０００７】
本発明の課題は、放射能で汚染された金属を、非放射性のスクラップとして通常の物質サイクルに供給できるように、放射性核種をできるだけ除去できる方法を提供することにある。
【０００８】
この課題は本発明により、除染溶液で金属部品の酸化物膜を除去した後に、なお存在する酸化作用剤を除染溶液から除去し、その結果としてこの金属の膜を取り除くことにより解決される。
【０００９】
単数又は複数の酸化作用剤の除去により、除染溶液中の酸化還元電位は低下され、親金属の腐食電位も低減される。この結果は、親金属に対する腐食が的確に行われることになる。その際数μmの親金属が取り除かれる。
【００１０】
拡散により金属中に達する放射性核種は、金属のごく表面近傍の範囲だけにあるので、本発明による方法で、放射性核種は的確な親金属の腐食により金属から分離される。こうして通常の非放射性スクラップと同様に更に処理することのできる金属スクラップが残ることは有利である。他方、必要以上に親金属を取り除くことはなく、その結果最終貯蔵所に運ばなければならない廃棄物はごく僅かとなる。
【００１１】
除染溶液から除去される酸化作用剤は、例えばＦｅ³⁺及び／又は残余酸素である。その際酸化作用剤であるＦｅ³⁺は前述の除染工程中に金属表面から剥がされた酸化物膜からのものである。
【００１２】
酸化作用剤の除去のため、除染溶液に例えば還元剤を添加する。このような還元剤で、やっかいなＦｅ³⁺を手のかからないＦｅ²⁺に変換することができる。この還元剤はアスコルビン酸であってもよい。
【００１３】
通常は気体である酸化作用剤を除去するために、除染溶液を不活性ガスにより処理することもできる。それにより、なお存在する残余酸素は追出される。適切な不活性ガスは、例えば窒素である。
【００１４】
本方法の特に有利な実施態様では、酸化作用剤を除去するため除染溶液に紫外光を照射する。それにより前述の除染工程に伴ってなお除染溶液中に残存する有機性除染酸を使用して、やっかいなＦｅ³⁺も、妨げとなる残余酸素も除去することができる。
【００１５】
妨げとなるＦｅ³⁺及び存在する有機性除染酸から、紫外光照射の際にＦｅ²⁺及び二酸化炭素が生じる。こうして生成されたＦｅ²⁺及び存在する有機性除染酸は、紫外光照射の際に妨げとなる残余酸素と共に更にＦｅ³⁺と二酸化炭素を生成する。この反応は、酸素がなくなるまで進行する。生じたＦｅ³⁺は、更に最初に指摘した反応によりＦｅ²⁺と二酸化炭素に変換され、その結果この両物質は極僅かにしか存在しなくなり、また酸化作用物質ももはや存在しなくなる。
【００１６】
例えば生成したＦｅ²⁺イオンを陽イオン交換体で除去する。陽イオン交換体は極めて大きな収容力を有する点で有利である。つまり僅かなイオン交換体で間に合う。即ちＦｅ³⁺イオンを直接除去する場合、Ｆｅ³⁺が有機の除染酸と有機錯体、例えばオキサラト錯体を生成するので、その収容力は陽イオン交換体のそれよりも明らかに小さくなる。
【００１７】
Ｆｅ³⁺をＦｅ²⁺に変換することによって、更に残留する廃棄すべき除染溶液が、労力をかけて除去せねばならないキレート（錯体）を含有しないという利点が生ずる。
【００１８】
親金属の除去作用を改善するため、除染溶液に付加的に硝酸を例えば１００ｐｐｍ〜１０００ｐｐｍの濃度で添加してもよい。
【００１９】
例えば酸化作用剤を除去するこの方法は、酸化作用剤がもはや存在しなくなるまで続けられるわけではない。そのため、例えば酸化剤を添加することにより除去を停止させる。酸化剤は例えば空気、酸素、鉄（３）イオン、過酸化水素及び／又はオゾンであってもよい。
【００２０】
酸化作用剤の除去を停止することにより、所望の極めて薄い膜のみを親金属から取り除くことができる利点が達成される。即ち、放射性核種が拡散により、即ち金属格子中の格子場の交換により、数１０μmの深さまでしか親金属中に侵入 しないことが判明している。
【００２１】
例えば除染溶液からの酸化作用剤の除去を、時間的に分解と停止を反復することで行う。親金属の腐食を分解と停止をできるだけ迅速に反復させることにより、表面近くの範囲にある放射性核種を含む金属膜分だけに厳密に絞って除去できることは有利である。処理時間及び最終貯蔵所に送らねばならない被処理廃棄物量が著しく減少する利点がある。親金属の除去は、分解と停止の反復により個々の工程中に１０分の１μmまでに制御される。その際必要に応じて数１００μmまで又はそれ以下の除去が可能である。
【００２２】
本発明による方法で、特に放射能により汚染された金属部品を処理した後、汚染されていないスクラップとして通常の利用に供することができ、最終貯蔵所に貯蔵する必要がない利点が達成される。
【００２３】
金属部品の放射能を分解する方法をグラフに基づき以下に詳述する。
【００２４】
グラフは上方に、除染溶液から酸化作用剤を除去する、この工程の分解から停止までの金属部品の腐食電位の経過を示す。
【００２５】
親金属を腐食しない通常の除染処理工程中（時間帯Ａ）、腐食電位は約２００ｍＶである。この時間帯Ａ内で、親金属の腐食は殆ど起こらず、これは通常の除染処理でも必ずしも望ましいものではない。次の時間帯Ｂにおいて紫外線照射が行われ、その結果腐食電位は約−３００ｍＶに降下し、親金属の腐食は最初緩慢に、次いで著しく急上昇する。次の時間帯Ｃ内で、所望の親金属の腐食が生じ、それにより少なくとも金属部品の放射性核種を含む膜の一部が除去される。それに次いで時間帯Ｄ内で、親金属の腐食は過酸化水素の添加により停止される。腐食電位は再び２００ｍＶの値に上昇し、親金属の腐食は無視し得る値に戻る。次の時間帯Ｅ内で、親金属の不働態化が行われる。しかしまた更に十分に金属が切除されているかどうかを確認することも可能である。上記の方法を必要に応じて、なお何回も残留する金属を放射性核種がなくなるまで継続し、通常のスクラップにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による金属部品の放射能レベルを低下する際の腐食電位の経過を上方のグラフ図で示す図。
【符号の説明】
Ａ 通常の除染処理時間帯
Ｂ 紫外光照射時間帯
Ｃ 所望の親金属の腐食時間帯
Ｄ 親金属腐食の過酸化水素添加による停止時間帯
Ｅ 親金属の不働態化の時間帯

Claims (12)

1. ａ）酸化物膜と親金属層とを有し、前記両者の内部に放射性核種が存在する放射能で汚染された金属部品を用意する工程と、
   ｂ）カルボン酸を含む除染溶液を準備する工程と、
   ｃ）前記放射能で汚染され放射線核種を含む金属部品を除染溶液で処理することにより放射性核種を含む酸化物膜を除去し、この際除染溶液内に酸化作用剤を生成する工程と、
   ｄ）除染溶液から酸化作用剤を除去することにより除染溶液の酸化還元電位を低下させると共に、親金属層の腐食電位を低下させる工程と、
   ｅ）低い酸化還元電位を持つ除染溶液で親金属層を処理することにより放射線核種を含む所定の量の親金属層を除去する工程とを含むことを特徴とする金属部品の放射能レベルの低下方法。
2. 酸化作用剤がＦｅ³⁺であることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 工程ｄ）においてＦｅ³⁺をＦｅ²⁺に変換すべく除染溶液に還元剤を添加することを特徴とする請求項２記載の方法。
4. 還元剤がアスコルビン酸であることを特徴とする請求項３記載の方法。
5. 酸化作用剤が酸素を含み、工程ｄ）において酸素を除去するために除染溶液を不活性ガスで処理することを特徴とする請求項１記載の方法。
6. 酸化作用剤が酸素およびＦｅ³⁺の何れかであり、工程ｄ）において酸化作用剤の除去のため除染溶液に紫外光を照射することを特徴とする請求項１記載の方法。
7. Ｆｅ²⁺イオンを陽イオン交換器により除去することを特徴とする請求項３記載の方法。
8. 除染溶液に硝酸を添加することを特徴とする請求項１記載の方法。
9. 除染溶液に酸化剤を添加することにより、除染溶液による親金属層の除去を制御することを特徴とする請求項１記載の方法。
10. 酸化剤が空気、酸素、鉄（３）イオン、過酸化水素及びオゾンのいずれかであることを特徴とする請求項９記載の方法。
11. 除染溶液に酸化剤の添加と除去を交互に行うことを特徴とする請求項９又は１０記載の方法。
12. 酸化作用剤が酸素であることを特徴とする請求項１記載の方法。

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