JPH04190197A - 放射能汚染金属の除染方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的コ （産業上の利用分野） 本発明は原子力発電プラント（こおいて放射能を含んだ
一次冷却材に接触して汚染した放射能汚染金属の除染方
法に関する。

（従来の技術） 原子力発電プラントにおいては原子炉内に給水系から持
ち込まれた粒子状の金属酸化物（通常クラッドと呼ばれ
る）やイオン状不純物が沸騰濃縮現象によって燃料被覆
管の表面に固定される。そのクラッドや不純物は燃料被
覆管の表面で中性子の照射を受は放射化されて放射能と
なる。生成された放射能は全量が燃料被覆管の表面にそ
のまま固定されるわけではなく、一部は粒子状で剥離し
たり、イオン状で溶出したりして、−次冷却材中の放射
能濃度を高めることとなる。また、放射能の発生プロセ
スとしては、炉心構造材から剥離または溶出して同様に
燃料被覆管の表面に固定され、放射化する過程や、炉心
構造材がダイレクトに放射化され放射能として溶出する
過程なとも考えられている。各種のプロセスを経て発生
した放射能は、−次冷却材を媒体としてプラントの一次
系全領域に達し、各系統を汚染させることとなる。また
、−次冷却材の接液部はほぼ金属材料で形成されており
、汚染ということは局所的に見れば、この金属材料に放
射能が取り込まれる現象に他ならない。

粒子状の放射能の取り込みは、金属材料表面における物
理的な吸着や重力沈降による付着が主なプロセスである
。一方、イオン状の放射能は金属材料が腐食する際、表
面に生成される腐食皮膜中に酸化物として共析したり、
同位体交換反応によって取り込まれたりする。例えば、
６０Ｃ０２＋は鉄鋼材料の腐食に伴い以下の２式で皮膜
中に取り込まれると考えられている。

６０Ｃｏ”＋２Ｆｅ＋４Ｈ２０＋５ｅ−＝ＣｏＦｅ２０
４　＋４Ｈ２ ６０Ｃｏ”＋ＣｏＦ　ｅ２０４　＝ Ｃｏ　””＋　６０Ｃｏ　Ｆ　ｅ　２０４このようにし
て一次冷却材と接した金属材料は、放射能を取り込み、
その量は経年的に増加する量と、放射性壊変によって放
射能量が減少する速度とバランスするまで増加の一途を
辿ることとなる。

配管内に放射能が蓄積されると、空間線量率か高まり、
付近で作業を行う作業員の被曝線量が増加し、ひいては
、プラントの定期検査期間における総被曝量（トータル
マンレム）を押し上げることになる。このような背景か
ら、放射能の蓄積を抑制する方法や、−旦蓄積した放射
能を除去する方法（除染）が精力的に研究され、一部実
証試験も行われているのが現状である。

（発明が解決しようとする課題） 材料の除染方法としては大きく分けて、１）配管の線量
率低減を目的とした系統除染と、２）プラントの廃止措
置に絡む解体除染とに２分される。系統除染では、プラ
ントの一部系統を隔離して弱酸性の除染液（ＥＤＴＡ、
　　クエン酸、シュウ酸、ピコリン酸、ギ酸など）を循
環させ、腐食皮膜を溶解させて、その中に取り込まれて
いた放射能を除去する方法が主流である。また、系統除
染では当然のことながら除染後に再びプラントを運転す
ることになるので、除染方法ではプラントの材料にイン
パクトを与えないことを最優先させるため、いわゆるマ
イルドな除染、例えば除染液を濃縮液ではなく、希釈状
態（通常１％以下程度）で使うなどの配慮が払われる。

一方、解体除熱においては原子カプラントそのものを丸
ごと解体するため、その廃棄物量は膨大となる。そこで
、極力この放射性廃棄物量を減らすことを目標として、
徹底的な除染が行われるのが通常である。そのため、こ
の除染方法はプラントの各部を切断し、それを弱酸性で
且つ酸化剤を含んだ試薬で化学的に除染したり、また電
解液を満たした電解槽に浸漬させ、通電させて除染する
方法が採られている。例えば除染液には硝酸、弗酸、硫
酸などが、また酸化剤には過マンガン酸カリウム、オゾ
ンなどが使用されている。これらの方法によれば、金属
材料表面の放射能を含んだ腐食皮膜は溶解したり、剥離
するばかりでなく、母材もある程度溶解するのは言うま
でもない。

解体除染で用いられる方法は、当然のことながら除染効
果が高いが、逆の見方からすれば、除染後の除染液は溶
解性、不溶解性の放射能が弱酸性で、且つ酸化剤が含ま
れた状態にあり、この液の処理はかなり手ごわいもので
ある。通常、これらの除染廃液はｐＨ調整による共沈法
が多く採用されている。つまり、水酸化ナトリウム（カ
セイソーダ）などのアルカリを加え、ｐＨを中性に調整
することにより、腐食皮膜の主成分である鉄やその他の
金属イオン成分を析出させ、それをフィルタや、ストレ
ーナを利用して回収しようとするものである。しかしな
がら、この方法でも放射能成分を完全に懸濁物として回
収できるわけではなく、放射能が依然として除染廃液に
含まれるため、これらの溶液はさらに、イオン交換樹脂
を通過させたり、加熱して濃縮操作を行い、非放射性化
、減容化が行われる。しかしながら、それらの過程で二
次的な放射性廃棄物（例えば放射能を含んだイオン交換
樹脂やスラリーなど）が新たに発生することになる課題
がある。

本発明は上記課題を解決するためになされたもので、除
染廃液の処理が非常に容易で、且つ二次的放射性廃棄物
の発生量を減少できる放射能汚染金属の除染方法を提供
することにある。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明は炭酸イオンの電荷キャリアを存在させた水溶液
を除染液とし、この除染液中に放射能で汚染された被除
染金属と対向電極とを浸漬し、前記除染金属を陽極とし
、前記対向電極を陰極としてその両電極間に直流電圧を
印加して電気分解したのち、電気分解終了後の除染液中
の炭酸ガスを脱気してｐＨを中性に保ち前記被除染金属
から溶解した鉄イオンを水酸化物として析出することを
特徴とする。

（作　用） 除染液中に酸化剤や強酸が含まれていないので、放射能
を含んだ腐食皮膜は殆ど溶解せず、通電することにより
腐食皮膜と母材との境界が溶解するため、放射能は殆ど
フレーク状で回収され、除染液の汚染は非常に低いレベ
ルである。また、その処理も添加物が全く含まれていな
いので非常に容易である。

（実施例） 本発明に係る放射能汚染金属の除染方法の実施例につい
て図面をもって説明する。

第１図は本発明における放射能で汚染された金属の除染
方法を実施するための除染装置について示したものであ
る。

第１図中粉号１は除染槽で、この除染槽１には除染液２
の流入管３と、流出管４及び除染液２中に浸漬固定する
超音波振動板５が設けられている。

また、除染槽１内には被除染金属６を載置し固定するた
めの支持台７が設置されており、被除染金属６に通電す
るための対向電極８が着脱自在に設けられている。被除
染金属６と対向電極８は電圧か印加される直流電源９に
リード線１０を介して接続されている。

ここで、被除染金属６は例えば再循環系配管（ＰＬＲ）
で内面が一次冷却材と接触したために放射能で汚染され
ている大口径の配管を輪切りにしたものである。対向電
極８は特に改めて材料を準備する必要はなく被除染金属
６と同質の材料中から例えば小口径のパイプ材などを代
用することもできるが、通電時に均一的な電場を与える
ように電極の形状を選択することが必要である。流入管
３は放射能回収槽１内に除染液２を導入する除染液注入
ラインに接続され、流出管４は放射能回収槽へ除染液を
送る放射能ドレンラインに接続される。超音波振動板５
は除染効果を高めるために除染液２を振動させるための
ものである。

上記構成の除染装置において、炭酸ガスを溶解させた除
染液２を電解液として除染槽１内に満たし、被除染金属
６と対向電極８との間に゛直流電源９からリード線１０
を通して直流を流すと被除染金属６の内面に生成されて
いる腐食皮膜がフレーク状に剥離する。また、超音波振
動板５から除染液２に振動を付与すると上記現象が加速
される。

第２図は被除染金属６の内面に生成されている腐食皮膜
６ａの除染原理を示している。

第２図中粉号６ａは被除染金属６の内面に生成している
腐食皮膜で、除染液２中に浸漬し、対向電極８との一間
に直流電源９から電圧が印加されて電気分解している。

この系で、被除染金属６を陽極、対向電極８を陰極とし
て通電すると腐食皮膜６ａはあまり溶解せず、被除染金
属６と腐食皮膜６ａとの境界が電気的に溶解する。ここ
で、腐食皮膜があまり溶解しないのは以下のように考え
られる。

一般に、原子カプラントで用いられている被除染金属６
の材料はステンレス鋼や炭素鋼などの鋼材である。その
ため、その主成分は鉄であり、その腐食皮膜６ａは鉄の
酸化物となってる。イオン性の放射能の取り込みが問題
となるのは、高温水と接触する系であり、そのような環
境では、腐食皮膜６ａとしてマグネタイト（Ｆｅ３０４
）やヘマタイト（αＦｅ２０３）が生成され、これらの
鉄は大部分三価の原子価状態にある。このような腐食皮
膜６ａを有する被除染金属６を陽極として電流を流すと
、以下の反応で被除染金属母材が選択的に溶解する。

Ｆｅ＝Ｆｅ”＋２ｅ− 一般的に、陽極では酸化反応は起きるが、腐食皮膜６ａ
は既にほぼ三価の状態にあるため、この電気化学反応に
は関与しない。そのため、腐食皮膜６ａはあまり溶解し
ないことになる。

被除染金属６と腐食皮膜６ａとの境界が溶解すると、腐
食皮膜６ａは被除染金属６と遊離し、超音波振動子５で
除染液２に振動を与えると腐食皮膜６ａはフレーク状に
剥離し、放射能が被除染金属表面から除去される。

第３図は鉄のプルベイ線図を文献から引用したものであ
る。プルベイ線図は横軸にｐＨを縦軸に水素基準電極か
らの電位差をプロットしており、ある環境が決まった場
合、鉄のどの形態が最も安定であるかを化学平衡論的に
計算したものである。

ここで、本実施例の除染液２のｐＨ値を計算する。

まず、除染液２には炭酸ガスが溶解しているが、これは
以下のように二段解離している。

ＣＯ２＋　Ｈ２０＝　Ｈ２ＣＯ３ Ｈ２ＣＯ３＝Ｈ”　＋ＨＣＯ３− ＨＣＯ３−＝Ｈ″十００３２− 各反応における平衡定数を計算すると、ｐＨは約４と算
出される。ところで、この値は炭酸ガスの飽和状態にお
ける値であり、実際のｐＨは炭酸ガスを溶存させていな
い状態の、ｐＨ＝７から飽和状態のｐＨ＝４の間にある
。一方、この系における電位は、除染液２中の溶存酸素
の量に多少影響されるが、はぼ零近傍である。これらの
条件を第３図に照らし合わせるとほぼＦｅ２Ｏ３の領域
にあるのが分かる。このことは、フレーク状で剥離した
腐食皮膜６ａは除染液２中でも酸化物の形態が最も安定
であり溶解しないことを意味している。つまり、放射能
は依然としてほぼフレーク状の剥離した腐食皮膜６ａ中
に存在している。

除染工程が終了すると、除染槽１の除染液２は排出され
、第４図に示した炭酸ガス脱気槽１１に送られる。

第４図は電解後の除染液を脱気する工程を示す概念図で
ある。脱気槽１１にはバブリングライン１２を介して脱
気ガスが送られている。第４図中粉号１３は攪拌機、１
４はガス流出管、１５はシールポットを示している。こ
こで用いる脱気ガスには窒素やアルゴンといった不活性
ガスばかりでなく、炭酸ガスの脱ガスを目的としている
ため、空気などでも利用が可能である。ガス注入により
炭酸ガスが除染液から追い出されｐＨが中性領域になる
と、電解によって被除染金属６の母材から溶解した鉄イ
オンが水酸化物として析出する。さらに、これに伴い、
非常に僅かではあるが電解の際、腐食皮膜６ａから溶出
した放射性のイオン成分が同様に析出する。これらのプ
ロセスを経ると放射能は全量固形物として存在すると言
って差し支えがない。

また、脱気槽１１には攪拌機１３によって固形物の沈降
防止が図られ、さらに注入されたガスはガス流出管１４
を流れシールポット１５から系外に排出される。

脱気槽１１内で炭酸ガスなどが脱気された除染液内の放
射能は第５図に示した除染液の放射能回収工程の放射能
回収セクション１６によって回収される。

すなわち、放射能回収セクション１６は脱気槽１１から
流出した除染液を流入する流入配管１７と、複数基並列
配置されたバルブ１８．圧力計１９．カートリッジ式フ
ィルタ２０及びバルブ２１と、複数のバルブ２１を結束
接続した移送配管２２と、フィルタ２０に設けた放射線
モニタ２３とからなっている。なお、フィルタ２０の代
わりにストレーナを使用できる。

この放射能回収セクション１６では回収にフィルタ２０
を使用するか、またはストレーナを使用するかはその後
の廃棄物処理方法によって選択１″る。

第５図において、カートリッジ式フィルタ２０またはス
トレーナは平行に取着され、圧力計１９または放射線モ
ニタ２３で観察しながら限界回収量まで放射能の回収を
行った後解体し、新品のフィルタ２０またはストレーナ
と交換する。放射能回収セクション１６でフィルタ２０
またはストレーナで放射能。

不純物成分や炭酸ガスが除去され、純水に戻った液体は
第６図に示したように移送配管２２を通って炭酸ガス注
入槽２４に送られる。

第６図は本発明に係る放射能汚染金属の除染方法の除染
ループを示したブロック線図である。すなわち、炭酸ガ
ス注入槽２４内で純水中に炭酸ガスボンベ２５から炭酸
ガスが炭酸ガスバブリングライン２６から注入されて炭
酸イオンの電荷キャリアが存在した除染液が調整される
。この除染液は送液ポンプ２７によって除染槽１内に流
入する。除染槽１内では放射能で汚染された被除染金属
が電気分解により除染される。電解除染後の除染液はポ
ンプ３０を通して炭酸ガス脱気槽１１に流入し、この脱
気槽ＩＩ内で炭酸ガスが脱気され、脱気した除染液流出
管１７を通して放射°能回収セクション１６に流入する
。このセクション１６で放射能が除去された除染液はバ
イパスライン２８からイオン交換樹脂塔２９を通して純
水となり、純水は炭酸ガス注入槽２４に流入する。

このような閉ループによって被除染金属は除染槽ｌ内に
設置され、バッチ的に除染が行われる。

放射能は放射能回収セクション１６でカートリッジ方式
で回収され、一方、除染液は循環し、再利用されている
。放射能は通常、放射能回収セクションで固形物として
回収されるが、放射能回収セクション１６の下流側には
イオン交換樹脂塔２９がバックアップで装備されており
、イオン性の放射能が仮に検出された場合、ここに除染
液を通過させ、放射能を完全に除去する。

［発明の効果］ 本発明によれば、放射能をほぼ固形物として回収できる
ため、従来溶解性の放射能を回収するため用いられてい
たイオン交換樹脂などが不要となり、処理コストが低減
し、二次的な放射性廃棄物の量を激減できる。また、従
来ｐＨ処理のために使われたカセイソーダなどのアルカ
リが不要であることは言うに及ばず、従来の除染廃液の
処理で発生していた固形物に含まれている不純物（強酸
塩、酸化剤など）が全く存在しないため、その後の廃棄
物処理（ガラス固化やプラスチック固化）での処理が格
段に容易となる。なお、強酸なとの不純物が廃棄物中に
存在すると、ガラスやプラスチックで固化した際、クラ
ックが発生するため放射能の封じ込めに支障を来たすが
、本発明では解消できる。さらに、ｐＨが４〜７程度の
除染液のため、除染ループの各種の材料は耐食性を考慮
する必要がなく、安価な材料で対応が可能である。

加えて、ｐＨの調整をガスのバブリングで行うため、強
酸や酸化剤などの試薬を扱うのと比較して格段に安全で
あり、ドラフトなどの強制換気も不要である。

【図面の簡単な説明】

第１図から第６図までは本発明に係る放射能汚染金属の
除染方法の一実施例を説明するためのもので、第１図は
除染装置を透視的に示す立面図、第２図は電解除染の原
理図、第３図は鉄のプルベイ線図、第４図は電解後の除
染液を脱気する工程を示す概念図、第５図は除染液の放
射能回収工程を示すフロー図、第６図は除染ループの系
統図である。 １・・・除染槽　　　　　２・・・除染液３・・・流入
管　　　　　４・・・流出管５・・・超音波振動板　　
６・・・被除染金属７・・・支持台　　　　　８・・・
対向電極９・・・電源　　　　　　１０・・・リード線
１１・・・脱気槽　　　　　１２・・・バブリングライ
ンＩ３・・・攪拌機　　　　　１４・・・脱気ガス排出
管１５・・・シールポット １６・・・放射能回収セクション １７・・・脱気した除染液流出管 １８・・・バルブ　　　　　１９・・・圧力計２０・・
・カートリッジ式フィルタ ２１・・・バルブ　　　　　２２・・・移送配管２３・
・・放射線モニタ　　２４・・・炭酸ガス注入槽２５・
・・炭酸ガスボンベ ２６・・・炭酸ガスバブリングライン ２７・・・送液ポンプ　　　２８・・・バイパスライン
２９・・・イオン交換樹脂塔 ３０・・・ポンプ （８７３３）代理人　弁理士　猪　股　祥　晃（ほか　
１名） 第１図 木本イア−／　ｉＪｊ　　（Ｐ　Ｈ） 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　炭酸イオンの電荷キャリアを存在させた水溶液を除染
   液とし、この除染液中に放射能で汚染された被除染金属
   と対向電極とを浸漬し、前記除染金属を陽極とし、前記
   対向電極を陰極としてその両電極間に直流電圧を印加し
   て電気分解したのち、電気分解終了後の除染液中の炭酸
   ガスを脱気してｐＨを中性に保ち前記被除染金属から溶
   解した鉄イオンを水酸化物として析出することを特徴と
   する放射能汚染金属の除染方法。