JP4204596B2 - 化学除染装置およびその除染方法 - Google Patents

Description

本発明は、オゾンを用いた化学除染技術に係り、特に、原子炉構成材料等の除染対象物の表面に付着または生成された酸化皮膜を化学的に溶解し、除染する化学除染装置およびその除染方法に関する。

オゾンを用いた化学除染技術に関して、数多くの特許が出願されている。また、特許文献１，２および３等に開示された化学除染技術が実機の化学除染作業にも適用されている。

特許文献１には、オゾン水のｐＨを５以下にコントロールし、溶存オゾン濃度を高めて化学除染する技術が、また、特許文献２には、オゾン水に炭酸、炭酸塩、硼酸、硼酸塩、硫酸、硫酸塩、燐酸および燐酸塩から選ばれた少なくとも一種の酸化助剤を添加し、原子炉構成材料の腐食を抑制する化学除染技術が開示されている。さらに、特許文献３には、多管式中空糸膜ミキサによりオゾンガスを供給し、水中にオゾンガスを効率よく溶解させるオゾンを用いた化学除染技術が記載されている。
特開２０００−８１４９８号公報 特開２００２−２５０７９４号公報 特開２００２−２２８７９６号公報

特許文献１に記載された化学除染技術は、水に硝酸を添加し、ｐＨ５以下のオゾン水を生成し、このｐＨ水溶液中で酸化処理を行い、酸化皮膜を溶解させ、化学除染を行なうものである。しかしながら、水に添加される酸化助剤が硝酸では、オゾン水溶液の酸化力が弱く、オゾン水による原子炉構成材料の腐食を抑制できない課題がある。

また、特許文献２には、原子炉構成材料の腐食を抑制するために、酸化助剤として燐酸を添加する技術が記載されている。しかし、燐酸は弱酸に近いため、酸化助剤として燐酸を添加しても、酸化力が弱く、原子炉構成材料の腐食を効率よく、有効的に抑制させることができず、また、燐酸を酸化助剤として添加し、大きな酸化力を有するためには、多量の燐酸を添加する必要がある。この結果、除染終了後に二次廃棄物が多量に発生し、この二次廃棄物の処理に大きな労力とコストを必要とする新たな課題が生じる。

さらに、特許文献３に記載された多管式中空糸膜ミキサを用いた化学除染技術では、多管式中空糸膜ミキサの材質が樹脂であるため、破損を受け易い問題があった。

また、本発明者等は、オゾンを用いた化学除染技術では、オゾン水のｐＨが３以下であれば充分な除染性能が得られる一方、ｐＨが３を超えると除染性能が著しく低下することを、化学除染技術の繰返し試験の中から新たに知見した。

本発明は、上述した事情を考慮し、酸化皮膜の分解と除染能力を向上させ、除染対象物の健全性を維持しつつ、除染性能を向上させ、高性能化したオゾンを用いた化学除染装置およびその除染方法を提供することを目的とする。

本発明の他の目的は、オゾン水がｐＨ３以下の条件を満たし、かつ原子炉構成材料等の除染対象物の腐食抑制の添加剤を最適化し、除染対象物の腐食抑制を効率よく能率的に図り、除染洗浄の効果を向上させることができる化学除染装置およびその除染方法を提供することにある。

本発明に係る化学除染装置は、上述した課題を解決するために、原子炉圧力容器内に炉心シュラウドを設け、この炉心シュラウドと原子炉圧力容器との間に形成されるダウンカマ部にジェットポンプを設ける一方、前記原子炉圧力容器の水を再循環させる原子炉再循環系を設け、この原子炉再循環系の再循環ポンプの駆動により、前記原子炉圧力容器内の水に流動を付与して原子炉圧力容器内または原子炉一次系を化学的に除染する化学除染装置において、オゾンガスを生成するオゾン発生手段と、生成されたオゾンガスを前記ジェットポンプ吸込口近傍のオゾン供給部に供給するオゾン供給手段と、前記オゾン供給部に設置された焼結金属エレメントとを有し、前記焼結金属エレメントは、前記オゾン供給手段により焼結金属エレメント内部に供給されるオゾンガスをそのエレメント外部に流動させて水中に供給してオゾン水を生成するようにしたものである。

また、本発明に係る化学除染方法は、上述した課題を解決するために、原子炉圧力容器とその内部に設置された炉心シュラウドとの間のダウンカマ部に炉水を強制循環させるジェットポンプが設けられ、このジェットポンプからの炉水を原子炉再循環系の再循環ポンプの駆動により再循環させ、オゾン水に流動を付与して原子炉圧力容器および原子炉一次系をオゾンにより化学除染する化学除染方法において、前記ジェットポンプの吸込口近傍にオゾンガスを供給し、酸化助剤とｐＨ調整剤を添加した水に前記オゾンガスを供給してオゾン水を生成する方法である。

本発明に係る化学除染装置およびその除染方法においては、ジェットポンプ吸込口近傍にオゾンガスを供給することにより、除染対象物の健全性を維持しつつ、酸化皮膜を溶解させて除染性能を向上させることができる。

また、本発明に係る化学除染装置およびその除染方法は、オゾン水がｐＨ３以下の条件を満たし、かつ除染対象物の腐食抑制の添加剤を最適化し、除染対象物の腐食抑制を効率よく能率的に行ない、除染洗浄の効果を増大させることができる。

本発明に係る化学除染装置の実施形態について添付図面を参照して説明する。

本発明の化学除染装置は、ｐＨ３以下のオゾン水を用いて除染対象物、例えば原子炉構成材料の表面に付着した放射性物質を含む酸化皮膜を効率よく分解して化学除染し、原子炉構成材料の健全性を維持しつつ、除染性能を向上させたものである。

［第１の実施形態］
本発明に係る化学除染装置は、例えば原子炉構成材料の除染、腐食抑制に適したものである。

原子炉構成材料としてニッケル基合金、例えばインコネル１８２を選定し、このインコネル試験片をオゾン水に浸漬させて腐食の有無の確認試験を行なった。

除染対象物として、例えばインコネル１８２試験片の大きさは、３０×１０×２ｍｍ^３、この試験片の浸漬条件は、オゾン水の溶存オゾン濃度３ｐｐｍ、温度８０℃、浸漬時間１０ｈである。
試験パラメータは、
ｉ ）酸化助剤およびｐＨ調整剤の添加剤無し、
ii ）酸化助剤として燐酸２０ｐｐｍ添加、
iii）ｐＨ調整剤として硝酸４０ｐｐｍ添加、
iv ）酸化助剤として燐酸２０ｐｐｍおよびｐＨ調整剤として硝酸４０ｐｐｍ添加、
を用いてインコネル試験片の腐食の有無の確認試験を実施した。酸化助剤は除染対象物の母材腐食を抑制するものであり、ｐＨ調整剤は水（除染液）中の溶存オゾン濃度を高めるためのものである。

インコネル試験片はオゾン水浸漬前後の試験片表面について、目視と光学顕微鏡を用いて観察した。インコネル１８２試験片のオゾン水浸漬試験結果を表１に示す。

オゾン水への１０ｈの浸漬により、インコネル試験片には、添加剤無しのオゾン水と硝酸４０ｐｐｍ添加したオゾン水との場合に、ピット状の腐食が発生した。このピット状腐食を抑制するため、特許文献１ではオゾン水に燐酸を添加していた。燐酸を２０ｐｐｍ添加したオゾン水では腐食しないことを、この腐食有無試験でも確認している。

また、インコネル試験片の腐食有無確認試験において、添加剤として燐酸２０ｐｐｍと硝酸４０ｐｐｍを添加したオゾン水でも、腐食しないことを確認することができる。

本実施形態では、酸化助剤として例えば燐酸を、ｐＨ調整剤として例えば硝酸を添加したオゾン水は、燐酸の腐食防止効果によりニッケル基合金の腐食を抑制することができる。ニッケル基合金の腐食抑制効果により、原子炉構成材料、例えば原子力発電所の原子炉圧力容器内および原子炉一次系を除染した後の材料の健全性を確保し、維持することができる。

［第１実施例］
また、オゾン水の酸化力の指標となる酸化還元電位は、次式（１）および（２）に示すように、酸性では大きく、アルカリ性では小さい。
［化１］
＜酸化溶液中＞
Ｏ_３＋２Ｈ^＋＋２ｅ＝Ｏ_２＋Ｈ_２Ｏ ２．０７ｖｓＳＨＥ（ａｔ２５℃）……（１）
＜アルカリ性溶液中＞
Ｏ_３＋Ｈ_２Ｏ＋２ｅ＝Ｏ_２＋２ＯＨ⁻ １．２４ｖｓＳＨＥ（ａｔ２５℃）……（２）

次に、オゾン（Ｏ_３）水酸化力のｐＨ影響を確認するため、例えば、ＳＵＳ３０４試験片に付与した酸化皮膜の溶解試験を実施した。

酸化皮膜は、ＳＵＳ３０４試験片を沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）一次冷却系の水質条件を模擬した高温高圧下（２８８℃，８．３ＭＰａ，酸素濃度２００ｐｐｂ）の水に３０００時間浸漬して生成した。酸化皮膜の溶解試験手順は、酸化皮膜が形成されたステンレス鋼、例えばＳＵＳ３０４試験片を、８０℃のオゾン水に２時間浸漬させ、その後、９５℃、２０００ｐｐｍのシュウ酸水溶液に２時間浸漬させ、ＳＵＳ試験片の重量軽減を測定した。

オゾン水の処理条件は、溶存オゾン濃度を３ｐｐｍに固定し、オゾン水のｐＨ３〜ｐＨ５（燐酸と硝酸の添加量で調整）の範囲で実施した。

ＳＵＳ３０４試験片の酸化皮膜の溶解試験結果を図１に示す。酸化皮膜の溶解量は、オゾン水のｐＨが小さくなるに連れて、大きくなった。但し、オゾン水のｐＨが３以下では、略一定となる傾向が認められた。

オゾン水ｐＨ３の酸化皮膜の溶解量は、オゾン水ｐＨ５の溶解量の略５倍であった。この酸化皮膜の溶解試験結果から、酸化皮膜の溶解量は、オゾン水のｐＨが３を超えると漸次低下することが判明した。したがって、オゾン水による酸化皮膜の分解を促進し、除染性能を向上させるためには、オゾン水がｐＨ３以下の酸性を有することが望ましい。

［第２実施例］
次に、除染性能が向上するｐＨ３のオゾン水について、本実施例と従来の化学除染方法から発生する二次廃棄物量を試算した。

本発明の化学除染方法では、オゾン水がｐＨ３となる条件は、酸化助剤として燐酸２０ｐｐｍおよびｐＨ調整剤として強酸の硝酸４０ｐｐｍを添加することでオゾン水がｐＨ３となる。

一方、オゾン水を燐酸のみの添加でｐＨ３にする従来の方法では、燐酸が弱酸に近い酸であるため、基本濃度条件（２０ｐｐｍ）に対して約５０倍量、例えば約１０００ｐｐｍ添加する必要がある。

水中の燐酸および硝酸はアニオン交換樹脂発生量を本実施例Ａと比較して示すものである。図２から分かるように、本実施例ではアニオン交換樹脂発生量を従来例Ｂの１／２５に低減させることができる。

［第２の実施形態］
図３は、本発明に係る化学除染装置の第２実施形態を示す模式図である。

図３は、本発明に係る化学除染装置が適用されるＢＷＲを模擬した溶存オゾン濃度確認試験装置を示す。この溶存オゾン濃度確認試験装置１０は、原子炉圧力容器を模擬した円筒型タンク１１を有し、このタンク１１内にタンク内の水の流動を制御する略円筒状あるいはスリーブ状の内部構造物１２を有する。この内部構造物１２は炉心シュラウドを模擬したものである。円筒タンク１１のタンク容量は、例えば３．５ｍ^３である。この場合、円筒型タンク１１および内部構造物１２が除染対象物に相当する。

また、円筒型タンク１１の内周壁面には、タンク１１内の水の溶存オゾン水濃度を測定するために、サンプリングノズル１３ａ〜１３ｆが複数箇所、例えば６箇所取り付けられている。円筒型タンク１１内の水は、Ａ系およびＢ系の循環系統１５Ａ，１５Ｂにより循環している。

Ａ系循環系統１５Ａを流れる水は、Ａ系循環ポンプ１６により、Ａ系下部吸込配管１７とＡ系上部吸込配管１８より吸い込まれ、Ａ系吐出配管１９から円筒型タンク１１内に吐き出される。

Ｂ系循環系統１５ＢもＡ系循環系統１５Ａと同様に構成され、Ｂ系循環系統１５Ｂを流れる水は、Ｂ系循環ポンプ２１により、Ｂ系下部吸込配管２２とＢ系上部吸込配管２３より吸い込まれ、Ｂ系吐出配管２４から円筒型タンク１１内に吐き出される。

円筒型タンク１１内の水の流動は、タンク１１内下部に吹き出した水が、内部構造物１２の下方で反転して内部構造物１２内を上方に移動し、内部構造物１２の上部に達した時点で、円筒型タンク１１と内部構造物１２の間の環状空間２５を下方に移動する再循環流となる。

また、円筒型タンク１１の底部には、多孔質の焼結金属エレメント２７が設置され、この焼結金属エレメント２７にはオゾン発生器２８から発生するオゾンガス（Ｏ_３）をエレメント内部に供給するガス供給管２９が接続されている。

さらに、Ａ系およびＢ系循環系統１５Ａ，１５ＢのＡ系吐出配管１９およびＢ系吐出配管２４にはＡ系オゾン溶解ミキサ３１およびＢ系オゾン床ミキサ３２が設置される。Ａ系オゾン溶解ミキサ３１には、オゾン発生器２８から発生するオゾンガスを供給するＡ系ガス供給管３３が、また、Ｂ系オゾン溶解ミキサ３２には、同様にしてＢ系ガス供給管３４が、それぞれ接続される。

オゾン溶解ミキサ３１，３２は、Ａ系とＢ系とで同じ構成、機能を有するため、Ａ系オゾン溶解ミキサ３１を例にして説明する。

図４はＡ系オゾン溶解ミキサ３１の構成を示す。Ａ系オゾン溶解ミキサ３１は、Ａ系吐出配管１９の一部に設置される略Ｔ字管状のホルダ３６と、このホルダ３６に収納される多孔質の焼結金属エレメント３７とを備える。ホルダ３６は管接続フランジである外周フランジ３８ａ，３８ｂによりＡ系吐出配管１９に接続される。

また、円筒型タンク１１の底部に接地される焼結金属エレメント２７およびＡ系オゾン溶解ミキサ３１の焼結金属エレメント３７は、一方を封じ、他方をガス供給配管２９およびＡ系ガス供給管３３に接続され、エレメント内部にオゾンガスが供給される。Ｂ系オゾン溶解ミキサ３２の焼結金属エレメントもＡ系の焼結金属エレメント３７と同様である。Ｔ字管状ホルダ３６はその中央開口が蓋状フランジカバー３９で覆われる。Ａ系ガス供給管３３は、ホルダ３６上部の蓋状フランジカバー３９で固定される。

焼結金属エレメント２７および３７は、ステンレス製とブロンズ製が知られている。図４に示す実施形態では、耐薬品性を考慮してステンレス鋼製、例えばＳＵＳ３１６Ｌを用いた。焼結金属エレメント２７，３７に形成される気孔径は最小φｍｉｎが、例えば６３μｍ、最大φｍａｘが例えば８５０μｍである。この実施形態では、微細なオゾンガス気泡を生成し、オゾンガスを水中に効率よく迅速に溶解させるために、気孔径ができるだけ小さい、例えば気孔径φｍｉｎ＝６３μｍのものを用いる。

図３および図４に示した溶存オゾン濃度確認試験装置１０を用いて円筒型タンク１１内の水中にオゾンガスを溶解する試験を実施した。

この溶存オゾン濃度確認試験装置１０によるオゾンガス溶解試験に用いられる種々の条件は次の通りである。

円筒型タンク１１内の水の条件は、液量が例えば３．５ｍ^３、温度が８０℃、酸化助剤として例えば燐酸２０ｐｐｍとｐＨ調整剤として例えば硝酸４０ｐｐｍを添加し、オゾン水のｐＨを３に調整した。

水の流動条件は、Ａ系統およびＢ系統が、それぞれ例えば８０ｍ^３／ｈで合計１６０ｍ^３／ｈである。

オゾンガスの供給条件は、気相オゾン濃度が、例えば１２０ｇ／ｍ^３、オゾンガス供給量はＡ系統およびＢ系統が、共に例えば４５ｇ／ｈで、合計９０ｇ／ｈである。

円筒型タンク１１内の水の条件、流動条件およびオゾンガス供給条件を上述した例に設定した場合の溶存オゾン濃度の測定試験結果を図５に示す。

図５に示された横軸は、図３に示されたサンプリング装置（サンプリングノズル１３ａ〜１３ｆの設置位置）を、縦軸は水中の溶存オゾン濃度をそれぞれ示す。

図５において、○印は、Ａ系およびＢ系オゾン溶解ミキサ３１，３２からオゾンガスを供給した場合、△印は、円筒型タンク１１の底部に設置した焼結金属エレメント２７からオゾンガス（Ｏ_３）を供給した場合の溶存オゾン濃度をそれぞれ示す。

Ａ系およびＢ系吐出配管１９，２４に設置したオゾン溶解ミキサ３１，３２からオゾンガス（Ｏ_３）を外部の水中に供給した場合、○印で示すように溶存オゾン濃度は、Ａ系およびＢ系吐出配管１９，２４の吐出部近傍（１３ａ，１３ｂ）が２．５ｐｐｍで、それ以降は水流動に沿って低下する傾向を示す。最下流の１３ｆでは、溶存オゾン濃度が１．９ｐｐｍまで低下した。

一方、円筒型タンク１１の底部に設置した焼結金属エレメント２７からオゾンガス（Ｏ_３）を水中に供給した場合、溶存オゾン濃度は△印で示すように、０．６〜０．８ｐｐｍの範囲で推移した。

図５に示された溶存オゾン濃度推移結果から、オゾンガス（Ｏ_３）を水中に効率的にかつ有効的に溶解させるためには、Ａ系およびＢ系吐出配管１９，２４のように、狭い空間を流れる水に、オゾンガスを供給し、水とオゾンガスを完全混合に近い状態とすることが効果的であることが判明した。

オゾンガスを効率よく溶解するエレメントとしては、特許文献３に記載されている樹脂製の多管式中空糸膜エレメントあるいはセラミックス（アルミナ）製散気管がある。但し、樹脂製エレメントやセラミックス製散気管は、金属と比べて破損し易い問題がある。

本実施形態では、機械的強度が強く、耐圧が大きい多孔質の焼結金属エレメント３７を、Ａ系およびＢ系オゾン溶解ミキサ３１，３２に適用したものである。焼結金属エレメント３７には、気孔径の小さなものが好適に使用される。焼結金属エレメント３７は、水の濾過、液体の発泡および撹拌に一般的に使用されているか、図５のオゾンガス溶解試験結果に示すように、オゾンガスを効率よく、能率的に水に溶解させるミキサとして用いることができる。

［実施例］
水中の溶存オゾンは酸性溶液中では比較的安定している。しかし、水中の酸性度が低下したり、ｐＨの上昇や温度上昇に伴って、溶存オゾンが急速に分解することが知られている。“オゾンハンドブック”日本オゾン協会、２００４年によれば、オゾンの自己分解反応次数は、１．０〜２．０（無次元）の範囲と報告されている。但し、取得データの温度条件は６０℃以下が殆どである。

この実施例では、図３および図４に示した溶存オゾン濃度確認試験装置を用いて、オゾン水の除染条件である８０℃における溶存オゾンの自己分解速度次数を測定して取得した。

溶存オゾンの自己分解速度定数の測定結果を図６に示す。図６は、オゾンの自己分解反応が１次式に従うと設定して整理したもので、自己分解速度定数のｐＨ依存性を示すものである。

溶存オゾンの自己分解速度定数は、ｐＨの上昇に伴って直線的に大きくなる傾向が存在する（認められる）。燐酸と硝酸とで調整したｐＨ３のオゾン水の分解速度定数は、燐酸のみで調整したｐＨ３．５のオゾン水の約１／２、燐酸のみで調整したｐＨ４の約１／１０であることが判明した。

このことから、オゾンを水に効率よく溶解しても、ｐＨが大きいとオゾン供給装置から離れた場所の溶存オゾン濃度は大きく低下することがわかった。

除染対象物を原子炉全体とした大規模化学除染に、オゾンを用いた化学除染を適用する場合、オゾン水のｐＨを下げることで、溶存オゾン濃度の低下を防止でき、均一な化学除染が可能となる。

本実施例では、オゾン水に酸化助剤として例えば燐酸または燐酸塩、また、ｐＨ調整剤として例えば硝酸を添加し、Ａ系およびＢ系吐出配管１９，２４に設置した焼結金属エレメント３７から管内を流れる水中にオゾンガスを供給するものであり、このオゾンガスの供給により、オゾンの効率的な溶解と溶存オゾンの自己分解を抑制することができるため、適切なオゾンガス供給量で大きな化学除染効果を得ることができる。

［第３の実施形態］
図７は、本発明に係る化学除染装置の第３実施形態を示す概略図である。

この実施形態は、沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）の原子炉圧力容器５０をオゾンにより除染する化学除染装置５１を示すものである。

原子炉圧力容器５０内には原子炉炉心５３が形成され、この原子炉炉心５３に形成される炉心支持板５４および上部格子板５５により多数の燃料集合体が支持される。また、原子炉炉心５３に制御棒駆動機構５６により制御棒（図示せず）が出し入れされる。図７には、燃料集合体および制御棒、気水分離器、蒸気乾燥器などの炉内機器を取り除いた状態を示す。

原子炉炉心５３は炉心シュラウド５７で囲撓され、この炉心シュラウド５７と原子炉圧力容器５０との間の環状空間であるダウンカマ部５８にジェットポンプ５９が設けられる。ジェットポンプ５９はダウンカマ部５８の周方向に間隔をおいて複数台設けられる。

また、原子炉圧力容器５０の下部には、２系統の原子炉再循環系６０が設けられており、原子炉再循環系６０の再循環系配管６１には再循環ポンプ６２がそれぞれ設けられる。原子炉再循環系６０の再循環ポンプ６２の駆動により、原子炉圧力容器５０内の炉水は再循環系配管６１を通って原子炉圧力容器５０内を戻され、ジェットポンプ５９により周囲の炉水を巻き込んで下降し、炉心下部プレナム６４に導かれる。原子炉圧力容器５０の底部には、この底部を貫通して制御棒駆動機構ハウジング６５が設けられる。

また、ダウンカマ部５８に設置されるジェットポンプ５９の上部近傍には、多孔質の焼結金属エレメント６６が設置される。この焼結金属エレメント６６はジェットポンプ５９の上部近傍で原子炉圧力容器５０の内周壁に沿って複数個設けられる。各焼結金属エレメント６６はオゾン発生器６７にオゾンガス供給配管６８を介して接続される。オゾン発生器６７で生成されたオゾンガス（Ｏ_３）はオゾンガス供給配管６８を介して焼結金属エレメント６６のエレメント内部に供給され、この各エレメント６６からエレメント外部に、具体的には、原子炉圧力容器５０内のダウンカマ部５８に向けてオゾンガスを供給するものである。供給されたオゾンガスはジェットポンプ５９に周辺の炉水とともに吸い込まれ、炉心下部プレナム６４に導かれる。

次に、本実施形態に係るオゾンによる化学除染装置５１の作用を説明する。

原子炉圧力容器５０に水（以下、オゾン水という。）を満たし、原子炉再循環系６０の再循環ポンプ６２を、定格運転時の例えば２０％の回転数で運転する。

オゾン水には、酸化助剤として例えば燐酸２０ｐｐｍとｐＨ調整剤として例えば硝酸を添加し、オゾン水のｐＨを３以下、例えば３に調整する。そして、原子炉圧力容器５０内の水（オゾン水）を約８０℃に加温させる。

その後、化学除染装置５１のオゾン発生器６７からオゾンガスを発生させ、発生したオゾンガスを、オゾンガス供給配管６８を通してジェットポンプ５９の上部近傍設置の焼結金属エレメント６６に供給する。

オゾンガスは焼結金属エレメント６６のエレメント内部に供給され、供給されたオゾンガスは焼結金属エレメント６６の微小な気孔径からエレメント外部のオゾン水に供給され、オゾン水中で微細気泡となる。オゾンガスはオゾン水中で微細気泡となり、ジェットポンプ５９に吸い込まれ、炉水と混合され、一部の炉水に溶融して炉底部の炉心下部プレナム６４に吐出され、この炉心下部プレナム６４で反転して原子炉炉心５３部に移動せしめられる。

オゾンガスが原子炉炉心部の上部格子板５５に達したところから、一部のオゾンガスは気相に散逸して排ガス処理系（図示せず）へ、その他のオゾンガス気泡は、炉心シュラウド５７と原子炉圧力容器５０の内周壁面との間のダウンカマ部５８を下方に移動し、原子炉再循環系６０を通り、再びジェットポンプに吸い込まれる。

原子炉圧力容器５０内のオゾンガス気泡の流動状態は、図３に示された例と略同様であるため、オゾンガスはジェットポンプ５９により効率よく水に溶解される。

実機のＢＷＲの原子炉圧力容器５０を化学除染する場合、原子炉圧力容器５０内での保有水量は８００〜１１００ＭＷｅ級で３００〜４００ｍ^３である。第２実施形態に示された図３の例の溶存オゾン濃度確認試験では、円筒型タンク１１内の溶存オゾン濃度は、３．５ｍ^３の水にオゾンガスを９０ｇ／ｈ供給することで溶存オゾン濃度を２．０〜２．５ｐｐｍの範囲に保持できる。

実機のＢＷＲでは原子炉圧力容器５０内の保有水量が約１００倍であることから、実機の原子炉圧力容器５０内の溶存オゾン濃度はオゾンガス供給量が９０００ｇ／ｈ以上でオゾン水流動を２ｐｐｍ以上とすることができる。

このオゾンを用いた化学除染装置５１においては、オゾン水に酸化助剤として例えば燐酸または燐酸塩を、ｐＨ調整剤として例えば硝酸を添加することにより、例えば原子炉構成材料を化学除染対象物とする場合にも、原子炉構成材料の健全性を維持することができる。

また、オゾン水を酸化助剤およびｐＨ調整剤の添加により調整し、ｐＨ３以下とすることにより、溶存オゾン濃度が向上し、しかも、溶存オゾンの自己分解が抑制されるため、除染性能が向上する。

微細気孔、例えば数十μｍ〜百数十μｍの気孔径を有する焼結金属エレメントを、除染液が循環する配管、例えば原子炉再循環系６０の吐出配管あるいはジェットポンプ６３の吸込口近傍に設置し、焼結金属エレメントからオゾンガスを供給することにより、除染液中にオゾンガスを効率よく溶解させることができ、充分な除染性能が得られる。

このオゾンを用いた化学除染装置５１では、除染液であるオゾン水にｐＨ３以下の条件を満足させ、かつ化学除染対象物である例えば原子炉構成材料の腐食を効率的にかつ効果的に抑制可能であり、しかも、腐食を抑制する添加剤を最適化でき、原子炉構成材料の健全性を維持し、除染性能を向上させることができる。

なお、本発明の実施形態では、オゾンを用いた化学除染装置を、沸騰水型原子炉の原子炉圧力容器および原子炉一次系に主に適用した例を示したが、本発明は、加圧水型原子炉の原子炉容器および原子炉一次系にも適用することができ、さらに、除染対象物の表面に生成または付着した放射性物質を含む酸化皮膜を化学的に溶解し、除染する装置にも適用することができる。

本発明に係る化学除染装置の第１実施形態を示すもので、オゾンを用いた化学除染方法の酸化皮膜の溶解図。 本発明に係る化学除染装置の第１実施形態を示すもので、オゾンを用いた化学除染方法の二次廃棄物の発生量を示す図。 本発明に係る化学除染装置の第２実施形態を示す系統図。 図３の化学除染装置に適用されるオゾン溶解ミキサの概略図。 本発明に係る化学除染装置に適用され、オゾンを用いた化学除染方法の溶存オゾン濃度の分布図。 本発明に係る化学除染装置に適用され、オゾンを用いた化学除染方法のｐＨと溶存オゾン自己分解定数の関係図。 本発明に係る化学除染装置の第３実施形態を示すもので、ＢＷＲの原子炉圧力容器内を除染するための概略図。

符号の説明

１０ 溶存オゾン濃度確認試験装置
１１ 円筒型タンク
１２ 内部構造物
１３ａ〜１３ｆ サンプリングノズル
１５Ａ Ａ系循環系統
１５Ｂ Ｂ系循環系統
１６ Ａ系循環ポンプ
１７ Ａ系下部吸込配管
１８ Ａ系上部吸込配管
１９ Ａ系吐出配管
２１ Ｂ系循環ポンプ
２２ Ｂ系下部吸込配管
２３ Ｂ系上部吸込配管
２４ Ｂ系吐出配管
２５ 環状空間
２７ 焼結金属エレメント
２８ オゾン発生器
２９ ガス供給管
３１ Ａ系オゾン溶解ミキサ
３２ Ｂ系オゾン溶解ミキサ
３３ Ａ系ガス供給管
３４ Ｂ系ガス供給管
３６ ホルダ
３７ 焼結金属エレメント
３８ａ，３８ｂ 外周フランジ
３９ 蓋状フランジカバー
５０ 原子炉圧力容器
５１ 化学除染装置
５３ 原子炉炉心
５４ 炉心支持板
５５ 上部格子板
５６ 制御棒駆動機構
５７ 炉心シュラウド
５８ ダウンカマ部
５９ ジェットポンプ
６０ 原子炉再循環系
６１ 再循環系配管
６２ 再循環ポンプ
６４ 炉心下部プレナム
６５ 制御棒駆動機構ハウジング
６６ 焼結金属エレメント
６７ オゾン発生器
６８ オゾンガス供給配管

Claims (2)

1. 原子炉圧力容器内に炉心シュラウドを設け、この炉心シュラウドと原子炉圧力容器との間に形成されるダウンカマ部にジェットポンプを設ける一方、前記原子炉圧力容器の水を再循環させる原子炉再循環系を設け、この原子炉再循環系の再循環ポンプの駆動により、前記原子炉圧力容器内の水に流動を付与して原子炉圧力容器内または原子炉一次系を化学的に除染する化学除染装置において、
   オゾンガスを生成するオゾン発生手段と、
   生成されたオゾンガスを前記ジェットポンプ吸込口近傍のオゾン供給部に供給するオゾン供給手段と、
   前記オゾン供給部に設置された焼結金属エレメントとを有し、
   前記焼結金属エレメントは、前記オゾン供給手段により焼結金属エレメント内部に供給されるオゾンガスをそのエレメント外部に流動させて水中に供給してオゾン水を生成するようにしたことを特徴とする化学除染装置。
2. 原子炉圧力容器とその内部に設置された炉心シュラウドとの間のダウンカマ部に炉水を強制循環させるジェットポンプが設けられ、
   このジェットポンプからの炉水を原子炉再循環系の再循環ポンプの駆動により再循環させ、オゾン水に流動を付与して原子炉圧力容器および原子炉一次系をオゾンにより化学除染する化学除染方法において、
   前記ジェットポンプの吸込口近傍にオゾンガスを供給し、
   酸化助剤とｐＨ調整剤を添加した水に前記オゾンガスを供給してオゾン水を生成することを特徴とする化学除染方法。

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