JP6100643B2 - 貴金属被覆率監視方法、貴金属被覆率監視装置および原子力プラントの運転方法 - Google Patents

Description

本発明は、貴金属被覆率監視方法、貴金属被覆率監視装置および原子力プラントの運転方法に係り、特に、貴金属を原子炉に注入する原子力プラントに適用するのに好適な貴金属被覆率監視方法、貴金属被覆率監視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（以下、ＢＷＲプラントという）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、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を装荷した炉心を原子炉圧力容器内に有し、核燃料物質を核分裂させて熱エネルギーを発生させる。再循環系ポンプ（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、原子炉圧力容器からタービンに導入され、タービンに連結された発電機の駆動に利用される。

例えば、ＢＷＲプラントでは、原子炉圧力容器内の炉心に装荷された複数の燃料集合体の核燃料棒内に充填された核燃料物質の核分裂によって発生する放射線の照射により冷却水が分解され、酸素及び過酸化水素などの酸化剤が生成される。このような酸化剤が冷却水中に存在すると、ＢＷＲプラントを構成する構造部材（機器または配管）の腐食電位（ＥＣＰ）が高くなり、構造部材において応力腐食割れ（ＳＣＣ）が生じる確率が高くなる。

原子力プラントの構造部材のＳＣＣを抑制する技術の一つに、貴金属注入がある。例えば、特開平７−３１１２９６号公報には、貴金属を原子炉圧力容器内の冷却水に注入し、構造部材の貴金属を含む冷却水と接触する表面に貴金属を付着させ、冷却水中に含まれる溶存水素と酸化剤を貴金属の触媒作用により反応させて冷却水に含まれる酸化剤の濃度を低減させることによって構造部材の腐食電位を低減し、ＳＣＣの発生を抑制することが記載されている。

例えば、ＢＷＲプラントでは、運転に伴い、構造部材から発生した腐食生成物が冷却水中に放出され、燃料棒の沸騰領域の外面に付着する。燃料棒外面に付着した腐食生成物に含まれる金属元素は、核燃料物質の核分裂で発生する中性子の照射により原子核反応を起こし、Ｃｏ−６０等の放射性核種になる。放射性核種の一部は、イオンとして冷却水中に溶出したり、クラッドと呼ばれる不溶性固体として冷却水中に再放出されたりする。冷却水中の放射性核種は、原子炉冷却材浄化系の浄化装置によって取り除かれるが、除去されなかった放射性核種は、冷却水とともに構造部材である再循環系配管などの一次系配管内を循環し、構造部材の冷却水に接触する表面に蓄積される。この結果、構造部材から放射線が放射され、定検作業時において従事者の放射線被ばくの原因となる。

特開２０１２−２４７３２２号公報には、構造部材の冷却水に接触する表面に白金皮膜を形成することにより構造部材への放射性核種の付着を抑制し、被ばく量を低減する方法が記載されている。

特開平７−３１１２９６号公報および特開２０１２−２４７３２２号公報に記載されたＳＣＣ抑制効果および被ばく量低減効果は構造部材表面における貴金属の被覆率に依存すると考えられるが、運転に伴い構造部材表面に付着した貴金属が剥離および溶出するため、その表面での貴金属の被覆率は低下する。ＳＣＣ抑制および被ばく量低減のためには、例えば、特開平７−３１１２９６号公報または特開２０１２−２４７３２２号公報に記載された構造部材表面への貴金属の付着を再度実施し、貴金属の被覆率を所定の比率以上に維持する必要がある。一方で、貴金属は高価であることに加えて、貴金属注入に伴う冷却水の水質変動を監視し、水質変動が規定値を超えないように貴金属注入を管理する必要がある。このため、運転コストを低減させたい要求から、貴金属注入量を必要最低限に抑えることが望ましい。

構造部材表面の被覆性能評価方法が特開２０１２−７８１０１号公報に記載されている。例えば、原子力プラントの冷却水が流れる配管内に金属細線を配置し、原子力プラントの起動時に冷却水中に貴金属注入を行う。金属細線の表面が注入された貴金属で被覆される。原子力プラントの運転中に、表面が貴金属で被覆された金属細線に通電し、測定された金属細線の電流および電圧により金属細線の抵抗を求める。この抵抗に基づいて金属細線の腐食速度を求められる。金属細線が貴金属で被覆されている場合にはその腐食速度は変化しないが、運転中に金属細線の表面から貴金属が消失した場合には、金属細線が腐食するために腐食速度が増加する。腐食速度が増加したとき、原子炉圧力容器内の冷却水中に貴金属が注入される。

水晶の上に水晶電極を取り付けた付着量モニタリングセンサを用いて原子力プラントの構造部材表面への貴金属付着量を測定することが、特開２００３−１３９８８９号公報に記載されている。水晶電極の材質は、貴金属の付着量を評価する構造部材の材質と同じである。原子炉圧力容器内の冷却水中に注入された貴金属は構造部材と同様に水晶電極の冷却水の接触面に付着する。貴金属の付着による水晶電極の重量変化を連続的に測定し、水晶電極、すなわち、水晶電極が配置された付近の構造部材への貴金属付着量を求め、貴金属付着量が目標値に達したとき、貴金属注入を停止している。

特開２００８−８７５０号公報は原子炉冷却水の腐食環境定量方法を記載する。この腐食環境定量方法では、原子炉圧力容器内に設置された炉内中性子束計測器案内管内に配置された一対の電極間に交流電圧を印加し、交流電圧の周波数を変えて複素交流インピーダンスを測定する。各周波数に対する複素交流インピーダンスをコールコールプロットで表示し、コールコールプロットの低周波数側半円の半径に対する交流インピーダンスを用いて一対の電極に接触する冷却水の過酸化水素濃度を求めている。

特開２０１２−１５００６６号公報は、ＢＷＲプラントの原子炉出力を制御する制御棒のシース内面へのクラッドの付着量を検出するクラッド検出装置を記載している。その制御棒は、原子炉圧力容器内に配置され、十字形に配置された４枚のブレードにおいてシース内に中性子吸収部材（例えば、ハフニウム部材）を配置する。シース内に流入した冷却水が、シースの内面と中性子吸収部材の間を流れるときに、冷却水に含まれるクラッドがシース内面に堆積される。２つの電極を有するセンサプローブがシースの外面に対向して配置され、これらの電極間に交流電圧を印加する。電流が１つの電極、シース及び他の電極へと流れる。交流電圧の周波数を変えて交流インピーダンスが測定される。交流インピーダンスとクラッドの厚みの関係を示すデータ及び測定された交流インピーダンスを用いて、シース内面に堆積したクラッドの厚さが求められる。

特開２０１１−２３２１４５号公報は腐食電位センサを記載し、特開平９−９００８７号公報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を記載している。

特開平７−３１１２９６号公報 特開２０１２−２４７３２２号公報 特開２０１２−７８１０１号公報 特開２００３−１３９８８９号公報 特開２００８−８７５０号公報 特開２０１２−１５００６６号公報 特開２０１１−２３２１４５号公報 特開平９−９００８７号公報

特開２０１２−０７８１０１号公報では、金属細線の抵抗の増加率から金属細線の腐食速度を求め、金属細線の腐食速度に基づいて原子炉圧力容器内への貴金属の注入時期を判定している。金属細線の抵抗は、金属細線が貴金属で被覆されている間は実質的に変化しなく、被覆している貴金属が消失して金属細線が露出したときに金属細線の腐食により増加する。このため、特開２０１２−０７８１０１号公報では、金属細線を被覆している貴金属の付着量の減少（貴金属の厚みの減少）を把握することができない。

特開２００３−１３９８８９号公報に記載された水晶を有する付着量モニタリングセンサを用いて貴金属付着量を測定する方法では、水晶電極が、原子力プラントの運転中において約７ＭＰａ、約２８０°Ｃの冷却水に接触する。このため、水晶電極の重量は、貴金属の付着以外に水晶電極の母材の腐食によっても変化するので、水晶電極の重量変化に基づいて貴金属の付着量を求めるには、水晶電極の腐食による重量の減少を別途測定する必要がある。

特開２００８−８７５０号公報および特開２０１２−１５００６６号公報は、構造部材の冷却水に接触する表面に付着した貴金属の付着量の測定には言及していない。

本発明の目的は、原子力プラントの運転中において、原子力プラントの構造部材の表面における貴金属被覆率をより精度良く求めることができる貴金属被覆率監視方法、貴金属被覆率監視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、冷却水に接する原子力プラントの構造部材の測定点においてその構造部材に取り付けられた保持部材に設けられてその構造部材と同じ材料で作られた一対の電極間に、冷却水が一対の電極の表面に接触している状態で、交流電圧を印加し、一対の電極間に交流電圧を印加しながら一対の電極間の第１交流インピーダンスを測定し、測定された第１交流インピーダンス、電極の表面積および予め求められている、電極に形成された貴金属被覆部の表面における単位面積当たりの第２交流インピーダンスに基づいて、貴金属被覆部の面積を求め、求められた貴金属被覆部の面積に基づいて、測定点における構造部材の貴金属被覆率である電極の表面における貴金属被覆率を求めることにある。

冷却水が一対の電極の表面に接触している状態で、一対の電極間に交流電圧を印加しながら一対の電極間の第１交流インピーダンスを測定し、測定された第１交流インピーダンス、電極の表面積および予め求められている、電極に形成された貴金属被覆部の表面における単位面積当たりの第２交流インピーダンスに基づいて、貴金属被覆部の面積を求めているので、貴金属被覆部の面積の変化、具体的には電極の貴金属被覆率の変化を精度良く把握することができる。換言すれば、電極の貴金属被覆率、すなわち、原子力プラントの構造部材表面の貴金属被覆率をリアルタイムでより精度良く求めることができる。

本発明によれば、原子力プラントの運転中において、原子力プラントの構造部材の表面における貴金属被覆率をより精度良く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の原子力プラントの運転方法の処理手順を示すフローチャートである。 実施例１の原子力プラントの運転方法に用いられる貴金属被覆率監視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に示す貴金属被覆率監視装置の測定部の設置位置を示す説明図である。 貴金属被覆部の面積Ａ_rmとＡ／Ｚの関係において交流インピーダンスＺ_rmを示す説明図である。 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４に示す等価回路によって描かれるボード線図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ボード線図である。 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運転方法に用いられる貴金属被覆率監視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３の原子力プラントの運転方法に用いられる貴金属被覆率監視装置の構成図である。

発明者らは、必要最低量の貴金属の注入により原子力プラントの構造部材の冷却水と接触する表面における貴金属被覆率を設定金属被覆率以上に維持できる原子力プラントの運転方法を実現するために、貴金属被覆率をより精度良く測定することができる貴金属被覆率監視装置および金属被覆率監視方法について検討を行った。この検討の内容及び検討により得られた結果を以下に説明する。なお、原子炉浄化系の浄化系配管内を流れる冷却水または給水配管内を流れる給水に注入されて原子炉圧力容器内に導かれる貴金属は、白金、パラジウム、ロジウム、ルテニウム、オスミウム及びイリジウムのいずれかである。

発明者らは、貴金属被覆率の低下を早期に判断するために、貴金属の表面で生じている反応に着目した。原子力プラントの運転中において、同じ冷却水中でも、構造部材の母材表面と、この表面に被覆された貴金属の表面では、生じる反応が異なっている。このため、構造部材の母材表面の交流インピーダンスとその母材表面の、貴金属が被覆された部分、すなわち、貴金属被覆部の交流インピーダンスはそれぞれ異なっており、貴金属被覆部の交流インピーダンスの大きさは貴金属被覆部の面積に反比例する。さらに、発明者らは、原子力プラントの運転中において貴金属被覆部の交流インピーダンスを個別に求めることができれば、貴金属が付着した構造部材の、単位面積当たりの貴金属被覆部の面積、つまり、貴金属被覆率を求めることができると考えた。

発明者らは、種々の検討の結果、構造部材の貴金属被覆率を測定する部分（貴金属被覆率測定対象部）において、この貴金属被覆率測定対象部と接触する冷却水中に一対の電極を配置し、冷却水と接触しているこれらの電極間に交流電圧を印加し、印加した交流電圧の周波数を変化させて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から、貴金属被覆部の交流インピーダンスを分離し、分離した交流インピーダンスに基づいて電極表面の貴金属被覆率、すなわち、電極を配置した付近での構造部材の冷却水と接触する表面の貴金属被覆率を精度良く求めることができることを見出した。これについて詳細に説明する。

原子力プラントでは、運転中に冷却水に含まれる酸化剤（例えば、溶存酸素）と構造部材の母材が反応し、母材表面が腐食する。また、原子力プラントでは、ＳＣＣ抑制を目的に、酸化剤濃度を低下させるために原子炉圧力容器内の冷却水中に水素を注入している。このため、原子力プラントの運転中に、原子力プラントの構造部材の冷却水と接触する表面、すなわち、原子炉圧力容器に接続された配管の冷却水と接触する内面では、下記の式（１）、式（２）及び式（３）に示されたそれぞれの反応が生じる。

１／２Ｏ₂ ＋ ２ｅ^- → Ｏ^2- …（１）
Ｍ → Ｍⁿ⁺ ＋ ｎｅ^- …（２）
１／２Ｈ₂ → Ｈ⁺ ＋ ｅ^- …（３）
ここで、Ｍは構造部材に含まれる金属元素である。構造部材が、例えば、ステンレス鋼製であれば、ＭはＦｅ，ＣｒまたはＮｉである。

ＳＣＣ抑制および被ばく量低減のために、構造部材の冷却水と接触する表面を貴金属で被覆した場合、被覆した貴金属の表面では、式（１）及び式（３）のそれぞれの反応が加速される。一方で、構造部材の母材と比べて貴金属は金属状態で安定であるため、貴金属の表面では式（２）の反応は無視できる。

以上のように、構造部材の母材表面と貴金属被覆部とでは反応が異なるため、交流電圧を印加した際のそれぞれの交流インピーダンスも異なる。貴金属によって一部が被覆された構造部材の表面は、貴金属が被覆されていない部分の母材表面と貴金属被覆部の並列回路として考えることができる。このため、表面積Ａを有する構造部材において、貴金属が被覆されていない部分での構造部材の母材の表面積をＡ_bm、貴金属被覆部の面積をＡ_rm、単位面積あたりの母材表面における交流インピーダンスをＺ_bm、単位面積当たりの貴金属被覆部における交流インピーダンスをＺ_rmとしたとき、表面積Ａの構造部材の表面における交流インピーダンスＺは式（４）のように表わされる。

ここで、単位面積あたりの構造部材の母材表面における交流インピーダンスＺ_bmおよび単位面積当たりの貴金属被覆部表面における交流インピーダンスＺ_rmが分かれば、表面積Ａの構造部材の表面における交流インピーダンスＺを測定することにより、貴金属が被覆されていない部分の面積Ａ_bmと貴金属被覆部の面積Ａ_rmを求めることができる。また、ここで、構造部材の母材表面の交流インピーダンスが貴金属被覆部の交流インピーダンスよりも十分に大きい場合、つまり、式（５）が成り立つ場合には、式（４）は式（６）のように表わすことができる。

この式（５）が成り立つ条件では、貴金属被覆部の表面における交流インピーダンスＺ_rmが分かれば、表面積Ａの構造部材の表面における交流インピーダンスＺを測定することにより、式（６）により、貴金属被覆部の面積Ａ_rm、つまり、貴金属被覆率を求めることができる。単位面積あたりの構造部材の母材表面における交流インピーダンスＺ_bmおよび単位面積当たりの貴金属被覆部の表面における交流インピーダンスＺ_rmは、貴金属が被覆されていない部分の表面積Ａ_bmと貴金属被覆部の表面積Ａ_rmが既知である構造部材の母材表面における交流インピーダンスを、原子力プラントの運転中に測定することによって求めることができる。または、その運転前に測定や計算によって予め求めておいても良い。

式（５）が成立する場合においては、単位面積当たりの貴金属被覆部表面における交流インピーダンスＺ_rmは以下のようにして求めることができる。表面に貴金属（例えば、白金）を被覆して貴金属被覆部を形成した表面積Ａの電極（例えば、ステンレス鋼製の電極）を作成する。具体的には、貴金属被覆部の面積Ａ_rmが異なるその電極をある個数（例えば、数個）作成する。原子力プラントの原子炉圧力容器内の冷却水を模擬した模擬水を容器内に充填し、作成した、面積Ａ_rmが同じ一対の電極を、容器内の模擬水中に浸漬させる。この一対の電極は、互いに対向して０．５ｍｍの間隔で配置されており、リード線によりポテンショスタットにそれぞれ接続される。模擬水に浸漬された一対の電極間に発生する電位差に、後述するように、交流電圧を重畳させた交流電圧を印加し、この交流電圧の周波数を変えて一対の電極間の交流インピーダンスＺを測定する。この交流インピーダンスは、貴金属被覆部の面積Ａ_rmが異なる電極ごとに測定される。

図４に示す横軸を貴金属被覆部の面積Ａ_rm、縦軸をＡ／Ｚにした直交座標系において、製作した上記の電極の貴金属被覆部の面積Ａ_rmごとに測定した各交流インピーダンスＺを用いて求めたＡ／Ｚの各点をプロットし、各点を結ぶことにより、図４に示すように、貴金属被覆部の面積Ａ_rmとＡ／Ｚの関係を示す曲線（または直線）が得られる。或るＡ／Ｚの値でのこの曲線の傾き（或るＡ／Ｚの値でのこの曲線の微分値）が、単位面積当たりの貴金属被覆部表面における交流インピーダンスＺ_rmの逆数を表している。例えば、ステンレス鋼製電極の表面に白金の貴金属被覆部を形成したときには、貴金属被覆部の面積Ａ_rmとＡ／Ｚの関係は直線になり、この直線の傾きが、ステンレス鋼製電極の表面に被覆された単位面積当たりの白金被覆部の表面における交流インピーダンスＺ_rmの逆数となる。

式（６）に単位面積当たりの貴金属被覆部表面における交流インピーダンスＺ_rmを代入して貴金属被覆部の面積Ａ_rmを求める替りに、上記の用に作成された貴金属被覆部の面積Ａ_rmとＡ／Ｚの関係を示す特性図（またはそれらの関係示す式）を用いて、測定された交流インピーダンスＺを反映して求められたＡ／Ｚの値に対応する貴金属被覆部の面積Ａ_rmを求めてもよい。

貴金属被覆率を求める方法を、以下に説明する。貴金属被覆率を求めるために、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、測定点における構造部材、例えば配管と同じ材料で構成される。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。作用極と対極の間には冷却水が存在する。原子力プラントが運転されている状態で冷却水存在下の作用極と対極の間に発生する電位差を、これらの電極が接続されている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。この交流電圧は、作用極と対極の間の交流インピーダンスＺが測定可能で且つ可能な限り低い値の交流電圧とする。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、電極の表面に生成される酸化皮膜が変質するなどの問題が生じ、一方、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、上記の交流電圧の周波数を変えて冷却水が存在している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、貴金属被覆率を監視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。

図５は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している。図５において、Ｒ_solは電極間の液抵抗（冷却水の抵抗）、Ｃは電極表面の電気容量、Ｚ_bm／Ａ_bmは電極の表面で貴金属が被覆されていない部分における交流インピーダンス、Ｚ_rm／Ａ_rmは貴金属被覆部の交流インピーダンスである。ここで、電極の表面で貴金属が被覆されていない部分では、式（１）および式（２）の各反応による腐食反応が主に生じており、冷却水中の溶存酸素の拡散、および腐食で生成した腐食酸化皮膜中のイオン拡散が律速となる。このため、貴金属が被覆されていない部分における交流インピーダンスＺ_bm／Ａ_bmは抵抗Ｒ_bmと、拡散律速を示すワールブルグ交流インピーダンスＺ_ｗの直列回路で表すことができる。一方、電極の貴金属被覆部では、式（１）および式（３）の各反応が加速され、また、これらの反応は可逆反応であるため、上記の各拡散が律速にならない。このため、貴金属被覆部の交流インピーダンスＺ_rm／Ａ_rmは抵抗Ｒ_rmのみで表すことができる。抵抗Ｒ_rmは、電極の表面に被覆された貴金属とこの貴金属に接触している冷却水との界面の抵抗である。

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、電極表面の貴金属被覆率も、両者で同じと考えることができる。

図６は図５の等価回路によって描かれるボード線図を示している。図６において、電極の貴金属被覆率にかかわらず、高周波数領域では、交流インピーダンスの絶対値はＲ_solとなる。電極に貴金属が被覆されていない場合は、低周波数領域で、交流周波数の低下に伴い交流インピーダンスの絶対値が増加する。一方、電極に貴金属が被覆されている場合は、低周波数領域で、交流インピーダンスの絶対値は、一定の値である（Ｒ_sol＋２Ｒ_rm）に収束する。このため、低周波数領域では式（５）の関係が成り立つ。さらに、貴金属被覆率の増加に伴ってＺ_rm／Ａ_rmが低下するため、Ｒ_rmが低下し、低周波数領域における交流インピーダンスの絶対値（Ｒ_sol＋２Ｒ_rm）が低下する。図６のボード線図より、低周波数領域における交流インピーダンスの絶対値（Ｒ_sol＋２Ｒ_rm）と高周波数領域の交流インピーダンスの絶対値Ｒ_solとの差からＲ_rmを求めることができる。

求められたＲ_rmおよび単位面積当たりの貴金属被覆部表面における交流インピーダンスＺ_rmに基づいて、貴金属被覆部の表面積Ａ_rm、つまり貴金属被覆率を求めることができる。単位面積あたりの貴金属被覆部の表面における交流インピーダンスＺ_rmは、電極の、貴金属が被覆されていない部分の表面積Ａ_bmおよび貴金属被覆部の表面積Ａ_ｒｍが既知である電極の交流インピーダンスを、運転中に測定することにより求めることができる。交流インピーダンスＺ_rmは、原子力プラントの運転前に前述したように測定によって予め求めても良い。

発明者らは、ステンレス鋼製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その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、ステンレス鋼の作用極および対極の間、および特開２０１２−２４７３２２号公報に記載の方法で表面に白金被覆処理を施したステンレス鋼の作用極および対極の間の交流インピーダンスの測定をそれぞれ行った。ステンレス鋼製分岐管の一端は開放されてステンレス鋼製配管に連絡され、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、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、ステンレス鋼製配管と同じ材質である、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、分岐管内もこの純水で満たした。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。その後、作用極および対極を、特開２０１２−２４７３２２号公報に記載の方法で表面に白金被覆処理をした、１５ｍｍ×４ｍｍ、厚さ１ｍｍのステンレス鋼の平板に交換し、同様の条件で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４×１０^５Ω・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。たとえば、今回のように表面積６０ｍｍ²（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にすることが望ましい。

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、構造部材と同じ材料を用いた同一面積の平行平板であることが望ましい。また、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、上記の２本のリード線は、少なくとも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、ステンレス鋼の作用極および対極の間、および特開２０１２−２４７３２２号公報に記載の方法で表面に白金被覆処理を施したステンレス鋼の作用極および対極の間のそれぞれの交流インピーダンスの一例を、図７に示す。これらの交流インピーダンスの測定結果について説明する。図７に示すように、ステンレス鋼の作用極および対極を用いた場合には、高周波数領域では交流インピーダンスの絶対値は一定の値を示し、低周波数領域では交流周波数の低下に伴い交流インピーダンスの絶対値が増加した。一方、白金被覆処理を表面に施したステンレス鋼の作用極および対極を用いた場合には、高周波数領域では交流インピーダンスの絶対値は一定の値を示し、低周波数領域では交流インピーダンスの絶対値は異なる一定の値を示した。低周波数領域における交流インピーダンスの絶対値は高周波数領域における交流インピーダンスの絶対値よりも大きくなっている。低周波数領域での交流インピーダンスの絶対値と高周波数領域での交流インピーダンスの絶対値との差を求めたところ、４００Ω・ｃｍ²であった。この値が２Ｒ_rmに相当する。

求められたＲ_rmおよび単位面積当たりの貴金属被覆部表面における交流インピーダンスＺ_rmを用いることによって貴金属被覆部の面積Ａ_rm、つまり貴金属被覆率を求めることができる。
以上に説明したように、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、貴金属被覆率をより精度良く、簡便な方法で求めることができる。このため、貴金属被覆率の増減をより精度良く把握することができる。この結果、運転中の原子力プラントにおいて、貴金属被覆率が設定貴金属被覆率以下に低下したことをより精度良く検出することができ、貴金属注入をより適切に行うことができる。また、貴金属注入を行った場合には、より精度良く、貴金属被覆率が設定貴金属被覆率に到達したことを検出し、貴金属注入を停止できる。このため、必要最低量の貴金属注入により貴金属被覆率を設定貴金属被覆率に維持することができる。

以上に述べた検討結果を反映した、本発明における貴金属被覆率監視方法、貴金属被覆率監視装置および原子力プラントの運転方法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運転方法を以下に説明する。

まず、本実施例の原子力プラントの運転方法が適用される沸騰水型原子力プラント（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、給水系および原子炉浄化系を備えている。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。

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。

本実施例の貴金属被覆率監視方法に用いられる貴金属被覆率監視装置１を、図２を用いて説明する。貴金属被覆率監視装置１は、電極ホルダ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、貴金属被覆率監視装置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。

ＢＷＲプラントにおいて、貴金属被覆率監視装置１が取り付けられる測定点は、図３に示す測定点Ａ〜Ｅである。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（例えば、再循環系配管２０および浄化系配管２７）に取り付けられる。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（例えば、縦１５ｍｍ、横４ｍｍおよび厚み１ｍｍ）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、互いに対向する表面における水化学的条件を、測定部２が配置される位置での配管１２の、冷却水に接触する内面における水化学的条件と等しくするため、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、分岐管１３が取り付けられる配管１２の材質と同じ材質で作られている。

測定点Ａ〜Ｄのそれぞれでは分岐管１３が取り付けられる配管１２、すなわち、再循環系配管２０はステンレス鋼製であるため、測定点Ａ〜Ｄのそれぞれに配置された各測定部２の作用極３および対極４はステンレス鋼で作られている。測定点Ａ〜Ｄのそれぞれに配置された各測定部２の作用極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、ステンレス鋼であることが望ましい。測定点Ｅでは分岐管１３が取り付けられる配管１２、すなわち、浄化系配管２７は炭素鋼製であるため、測定点Ｅに配置された測定部２の作用極３および対極４は炭素鋼で作られている。測定点Ｅに配置された測定部２の作用極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も、同様に、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、炭素鋼であることが望ましい。

リード線１０および１１と筺体６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６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、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。

貴金属被覆率監視装置１を用いた本実施例の原子力プラント運転方法を、図１に示す手順に基づいて以下に説明する。ＢＷＲプラントにおいて、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。本実施例の原子力プラント運転方法が適用されるＢＷＲプラントは、既設のＢＷＲプラントであり、既に原子炉圧力容器１５内の冷却水中への貴金属注入が実施されている。

図１に示すステップＳ１〜Ｓ８の各工程は、ＢＷＲプラントの運転中に行われ、ステップＳ１およびＳ２の各工程は貴金属被覆率監視方法を示している。ステップＳ５およびＳ６の各工程も貴金属被覆率監視方法を示している。ステップＳ２およびＳ６の各演算は、各測定点に対応して配置されたそれぞれの貴金属被覆率監視装置１の演算装置９で行われる。

運転中のＢＷＲプラントでは、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内には原子炉圧力容器１５内に存在する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。

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４の間に発生する電位差を測定する。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。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を用いて電極表面の貴金属被覆率を算出する（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、予め設定された等価回路を基に解析する。解析に用いる等価回路は、測定部２の作用極３および対極４の材料に対応して適切な等価回路が選ばれる。例えば、測定点Ａ〜Ｄに配置された各測定部２の作用極３および対極４はステンレス鋼製であるため、これらの電極表面における貴金属被覆部の抵抗Ｒ_rmは、図５に記載された等価回路を基に、図６に示すように低周波数領域の交流インピーダンスの絶対値（Ｒ_sol＋２Ｒ_rm）と高周波数領域の交流インピーダンスの絶対値Ｒ_solとの差を算出することにより求められる。作用極３および対極４がステンレス鋼製（または炭素鋼製）であってこれらの電極の表面に白金被覆部（貴金属被覆部）がある場合には算出した貴金属被覆部の抵抗Ｒ_rmはＺ／Ａに相当するため、算出した貴金属被覆部の抵抗Ｒ_rm、および前述のように予め求められている単位面積あたりの貴金属被覆部の交流インピーダンスＺ_rmを式（６）に代入して、測定部２の電極（例えば、作用極３）の貴金属被覆部の面積Ａ_rmを求める。ここで、Ａは電極（作用極３、対極４）の表面積である。面積Ａ_rmを作用極３の表面積Ａで割ることによって、貴金属被覆率を算出することができる。電極の貴金属被覆率は、測定点Ａ〜Ｄに配置された測定部２の電極ごとに求められる。測定点Ｅに配置された測定部２の電極の貴金属被覆率も同様に算出される。なお、前述のように予め求められた単位面積あたりの貴金属被覆部の交流インピーダンスＺ_rmは、演算装置９の記憶装置（図示せず）に記憶されており、電極の貴金属被覆部の面積Ａ_rmを求めるときにはその記憶装置から読み出されて使用される。

なお、貴金属被覆部の抵抗Ｒ_rmを求めないで、測定された交流インピーダンスＺ、電極の表面積Ａおよび予め求められている単位面積あたりの貴金属被覆部の交流インピーダンスＺ_rmを式（６）に代入することによっても、電極の貴金属被覆部の面積Ａ_rmが求められ、この貴金属被覆部の面積Ａ_rmを用いて貴金属被覆率を求めることができる。

貴金属被覆率が基準値未満であるかを判定する（ステップＳ３）。各測定点においてステップＳ２で求めた貴金属被覆率が基準値（設定貴金属被覆率）以上である場合、すなわち、ステップＳ３の判定が「Ｎｏ」である場合には、ステップＳ１およびＳ２の各工程が繰り返される。各測定点での電極の貴金属被覆率が基準値未満である場合、すなわち、ステップＳ３の判定が「Ｙｅｓ」である場合には、ステップＳ４に進む。

貴金属注入を開始する（ステップＳ４）。ＢＷＲプラントの運転が開始された後、貴金属、たとえば、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。貴金属を含む冷却水が、給水配管２５を通って原子炉圧力容器１５内に導かれる。供給された冷却水に含まれる貴金属は、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に付着する。注入された貴金属を含む冷却水が、再循環系配管２０および浄化系配管２７に供給されるので、再循環系配管２０および浄化系配管２７のそれぞれの内面も貴金属によって被覆される。この貴金属注入により、測定点Ａ〜Ｅのそれぞれに配置された、各貴金属被覆率監視装置１のそれぞれの測定部２の作用極３および対極４の各表面も貴金属によって被覆される。各測定部２における作用極３および対極４の材質は、前述したように該当する測定部２が設置される位置での配管の材質と同じである。このため、各測定部２の作用極３および対極４のそれぞれの表面への注入された貴金属の被覆は、該当する測定部２が設置される配管内面への貴金属の被覆と同じ条件で行われる。したがって、各作用極３および対極４の各表面への貴金属の被覆量は、該当する測定部２が設置される配管内面への貴金属被覆率と実質的に同じになる。

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を用いて電極表面の貴金属被覆率を算出する（ステップＳ５およびＳ６）。ステップＳ５ではステップＳ１と同様に電極間の交流インピーダンスが測定され、ステップＳ６ではステップＳ２と同様に貴金属被覆率が算出される。

貴金属被覆率が目標値以上であるかを判定する（ステップＳ７）。ステップＳ６で求めた貴金属被覆率が目標値以上である場合、すなわち、ステップＳ７の判定が「Ｎｏ」である場合には、ステップＳ５及びＳ６の各工程が繰り返される。貴金属被覆率が目標値以上である場合、すなわち、ステップＳ７の判定が「Ｙｅｓ」である場合には、ステップＳ８の工程が実施される。

貴金属注入を停止する（ステップＳ８）。貴金属注入装置４７から貴金属を含む溶液の冷却水への注入を停止する。その後、ステップＳ１〜Ｓ８の各工程が繰り返される。ステップＳ１〜Ｓ８の各工程は、ＢＷＲプラントが運転されている間、繰り返し行われる。

本実施例では、ＢＷＲプラントの運転中に、冷却水に接触している一対の電極間の交流インピーダンスＺを測定し、測定した交流インピーダンスＺを用いて前述のように貴金属被覆率を求める。上記の電極間の交流インピーダンスＺは、電極表面の単位面積当たりの貴金属被覆部の面積によって変化する。つまり、電極、具体的には、この電極が配置された位置での構造部材の表面（例えば、配管の内面）における貴金属被覆率の変化をすぐに検出でき、構造部材の冷却水と接触する表面における貴金属被覆率をリアルタイムで精度良く求めることができる。このような本実施例では、貴金属被覆率の低下からその検出までの時間遅れを考慮して貴金属の注入量を制御する必要がない。また、前記電極間の交流インピーダンスは、運転中の原子炉冷却水中における２８０°Ｃ、７ＭＰａの高温高圧条件で測定可能であり、電極母材の腐食による電極の重量変化の影響を受けない。このため、電極の腐食による重量変化を別途測定するなどして差し引く必要がなく、ＢＷＲプラントの運転中において、簡便な方法で、貴金属被覆率をより精度良く求めることができる。

制御棒の構造部材であるシースの内面へのグラッドの付着量を検出する特開２０１２−１５００６６号公報では、２つの電極を有するセンサプローブを隙間を介在させてシースの外面に対向して配置しており、この結果、２つの電極もシースの外面に接触しないでその外面に対向している。これらの電極間に電圧を印加した場合には、電流が１つの電極から冷却水を通して内面にクラッドが堆積しているシースに向かって流れ、シース内を流れた電流が冷却水を通して他方の電極に向かって流れている（特開２０１２−１５００６６号公報の図８参照）。

これに対し、本実施例では、作用極３と対極４の間に電圧を印加した場合には、電流は、作用極３、作用極３の表面に被覆された貴金属被覆部、冷却水、対極４の表面に被覆された貴金属被覆部及び対極４とこの順番に流れる。本実施例で測定された交流インピーダンスＺは、少なくとも、作用極３とこの作用極３の表面に被覆された貴金属被覆部との界面の抵抗、作用極３の表面に被覆された貴金属被覆部と冷却水との界面の抵抗、対極４の表面に被覆された貴金属被覆部と冷却水との界面の抵抗、および対極４とこの対極４の表面に被覆された貴金属被覆部との界面の抵抗の影響を受けている。特開２０１２−１５００６６号公報で一対の電極間で測定された交流インピーダンスは、少なくとも、１つの電極と冷却水との界面の抵抗、この電極に対向する位置における冷却水とシース外面との界面の抵抗、他の電極に対向する位置における冷却水とシース外面との界面の抵抗、および他の電極と冷却水との界面の抵抗の影響を受けている。このように、本実施例と特開２０１２−１５００６６号公報では、測定された交流インピーダンスに影響を及ぼす界面の抵抗が異なっている。このため、特開２０１２−１５００６６号公報で測定された交流インピーダンスを用いても、本実施例における貴金属被覆率を求めることができない。

本実施例の原子力プラントの運転方法では、ＢＷＲプラントの運転中において、測定部２の、例えば、作用極３表面の交流インピーダンスＺを測定し、測定した交流インピーダンスＺに基づいて前述のように求められた電極の貴金属被覆率が貴金属被覆率基準値未満になったと判定されたときに、貴金属（例えば、白金）の冷却水への注入を開始し、貴金属が注入されているときに、測定された交流インピーダンスＺを用いて求められた貴金属被覆率が貴金属被覆率基準値になったと判定された場合に、貴金属の注入が停止される。このため、電極の貴金属被覆率が貴金属被覆率基準値未満になったとの判定の精度、および電極の貴金属被覆率が貴金属被覆率基準値になったとの判定の精度がより向上する。結果的に、それらの判定に基づく貴金属の注入開始および貴金属の注入停止をより適切に行うことができる。換言すれば、必要最小限の貴金属の注入量で、冷却水に接触する、構造部材の表面の貴金属被覆率を貴金属被覆率基準値に維持することができる。

新設のＢＷＲプラント、および過去に貴金属注入が行われていない既設のＢＷＲプラントのように貴金属注入が未実施であることが明らかなＢＷＲプラントでは、上記した本実施例の原子力プラント運転方法で実施されたステップＳ１〜Ｓ８において、ステップＳ４の工程から実施される。すなわち、ステップＳ４の工程が実施され、その後、ステップＳ５〜Ｓ８の各工程が順次実行される。ステップＳ８の工程が実施された後、ステップＳ１〜Ｓ３の各工程が実施される。ステップＳ３でＹｅｓと判定されたとき、ステップＳ４〜Ｓ８およびＳ１〜Ｓ３の各工程が順次繰り返される。

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運転方法を図８を用いて説明する。本実施例の原子力プラントの運転方法では、図８に示された貴金属被覆率監視装置１Ａが用いられる。貴金属被覆率監視装置１Ａは、実施例１で用いられる貴金属被覆率監視装置１において測定部２を測定部２Ａに替えた構成を有する。貴金属被覆率監視装置１Ａの他の構成は貴金属被覆率監視装置１と同じである。測定部２Ａは貴金属被覆率監視装置１の測定部２に腐食電位センサのセンサ測定部３１を追加した構成を有する。本実施例で用いられる腐食電位センサは、特開２０１１−２３２１４５号公報に記載された腐食電位センサである。この腐食電位センサも、配管に設けられた分岐管内に挿入されてこの配管内を流れる冷却水と接触する。

腐食電位センサと実施例１で用いられる貴金属被覆率監視装置１を別々に配管に取り付ける場合には、それぞれに対応して分岐管を配管に取り付ける必要がある。

これに対し、本実施例で用いられる貴金属被覆率監視装置１Ａは、配管１２に取り付けられた分岐管１３を共有し、作用極３、対極４、および腐食電位センサのセンサ測定部３１を一つの分岐管１３内に配置している。この腐食電位センサは、例えば、特開２０１１−２３２１４５号公報の図３に示された腐食電位センサである。この腐食電位センサのセンサ測定部３１は、作用極３および対極４と共に電極ホルダ５の先端部に取り付けられ、電位検出部、絶縁体および銀／塩化銀電極を有する。電位検出部が絶縁体の先端部に取り付けられ、この絶縁体が電極ホルダ５に取り付けられる。銀／塩化銀電極は絶縁体内に配置され、銀／塩化銀電極に接続されたセンサ用リード線３２が電極ホルダ５および筺体６内を通過して分岐管１３の外部まで達している。センサ用リード線３２はエレクトロメータ（図示せず）に接続される。センサ用リード線３２は、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と接触しないように、電極ホルダ５および筺体６内に配置される。

腐食電位センサも再循環系配管２０および浄化系配管２７に設置される。このため、センサ測定部３１は、前述の測定点Ａ〜Ｅでそれらの配管にそれぞれ取り付けられた各分岐管１３内に、作用極３および対極４と共に配置される。

本実施例では、作用極３と対極４の間に発生する交流インピーダンスを測定し、この交流インピーダンスに基づいて実施例１と同様に貴金属被覆率を求めることができる。この貴金属被覆率の測定と共に、同じ測定点における構造部材、例えば、配管１２の腐食電位を測定することができる。

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。さらに、本実施例は、作用極３、対極４、および腐食電位センサのセンサ測定部３１を一つの分岐管１３内に配置しているため、分岐管１３の配管１２への取り付け箇所が低減され、作用極３、対極４およびセンサ測定部３１の配管１２への取り付けに要する時間が短縮される。

センサ測定部３１を、作用極３および対極４を取り付けている電極ホルダ５とは別のホルダに取り付け、これら２つのホルダを１つの分岐管１３内に配置しても良い。

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、貴金属被覆率監視装置として実施例１で用いられる貴金属被覆率監視装置１が使用される。本実施例においては、貴金属被覆率監視装置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。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。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内にそれぞれ配置される。ＬＰＲＭ外管３８に取り付けられた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ている。外管孔４０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。さらに、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の内面に取り付けられて局所出力領域モニタ３５に固定される。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。この冷却水の接触により、作用極３および対極４のそれぞれの表面の貴金属被覆率が、貴金属注入停止時には減少し、貴金属注入時には増加する。ＢＷＲプラントの運転中において、実施例１と同様に、作用極３と対極４の間の交流インピーダンスを測定し、この交流インピーダンスに基づいて作用極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の貴金属被覆率を求めることができる。

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。

実施例１ないし３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…貴金属被覆率監視装置、２，２Ａ…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、３１…センサ測定部、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、４７…貴金属注入装置、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ…測定点。

Claims (11)

1. 冷却水に接する原子力プラントの構造部材の測定点において前記構造部材に取り付けられた保持部材に設けられて前記構造部材と同じ材料で作られた一対の電極間に、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、交流電圧を印加し、
   前記一対の電極間に前記交流電圧を印加しながら前記一対の電極間の第１交流インピーダンスを測定し、
   測定された前記第１交流インピーダンス、前記電極の表面積および予め求められている、前記電極に形成された貴金属被覆部の表面における単位面積当たりの第２交流インピーダンスに基づいて、前記貴金属被覆部の面積を求め、
   求められた前記貴金属被覆部の面積に基づいて、前記測定点における前記構造部材の貴金属被覆率である前記電極の表面における貴金属被覆率を求めることを特徴とする貴金属被覆率監視方法。
2. 前記貴金属被覆部の面積を求めることが、前記第２交流インピーダンスと前記電極の表面積の積を前記第１交流インピーダンスで割ることによって行われる請求項１に記載の貴金属被覆率監視方法。
3. 前記貴金属被覆部の面積を求めることが、前記第１交流インピーダンスを用いて、（前記第１交流インピーダンス／前記電極の表面積）に相当する貴金属被覆部の抵抗を求め、求められた前記貴金属被覆部の抵抗および前記貴金属被覆部の前記第２交流インピーダンスに基づいて行われる請求項１に記載の貴金属被覆率監視方法。
4. 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、前記求められる貴金属被覆率が前記配管の貴金属被覆率である請求項１に記載の貴金属被覆率監視方法。
5. 前記貴金属被覆率を求めると共に、前記測定点に配置された腐食電位センサにより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に記載の貴金属被覆率監視方法。
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、前記原子炉圧力容器内の冷却水を前記中性子検出器内に導く第１開口部が前記中性子検出器に形成され、前記中性子検出器内の前記冷却水を前記中性子検出器外に排出する第２開口部が前記第１開口部よりも上方で前記中性子検出器に形成され、前記中性子検出器内に、前記保持部材に設けられて前記冷却水と接触する前記一対の電極が配置されているとき、前記求められる貴金属被覆率が前記中性子検出器の、前記一対の電極が配置された位置での貴金属被覆率である請求項１に記載の貴金属被覆率監視方法。
7. 保持部材に互いに対向して取り付けられた一対の電極と、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て第１交流インピーダンスを出力する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前記第１交流インピーダンス、前記電極の表面積および記憶装置に記憶された、前記電極の表面に形成される貴金属被覆部の表面における単位面積当たりの第２交流インピーダンスに基づいて、前記貴金属被覆部の面積を求める第１演算装置と、前記貴金属被覆部の面積に基づいて前記電極の表面の貴金属被覆率を求める第２演算装置とを備えたことを特徴とする貴金属被覆率監視装置。
8. 前記一対の電極相互間の間隔が０．５〜３．０ｍｍの範囲内にする請求項７に記載の貴金属被覆率監視装置。
9. 腐食電位センサのセンサ測定部が前記保持部材に取り付けられている請求項７に記載の
   貴金属被覆率監視装置。
10. 請求項１ないし５のいずれか１項に記載の貴金属被覆率監視方法で求められた前記貴金属被覆率が設定貴金属被覆率未満であるとき、原子力プラントの原子炉圧力容器内の冷却水に貴金属を注入し、前記貴金属被覆率が前記設定貴金属被覆率以上であるとき、前記貴金属の前記冷却水中への注入を停止することを特徴とする原子力プラントの運転方法。
11. 請求項６に記載の貴金属被覆率監視方法で求められた前記貴金属被覆率が設定貴金属被覆率未満であるとき、前記冷却水に貴金属を注入し、前記貴金属被覆率が前記設定貴金属被覆率以上であるとき、前記貴金属の前記冷却水中への注入を停止することを特徴とする原子力プラントの運転方法。

Images