JPH0430560B2

JPH0430560B2 -

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Publication number: JPH0430560B2
Application number: JP59078511A
Authority: JP
Priority date: 1984-04-20
Filing date: 1984-04-20
Publication date: 1992-05-22
Also published as: KR850008241A; JPS60222799A

Description

【発明の詳細な説明】

〔発明の利用分野〕本発明は原子力発電プラント構成部材例えば一
次冷却水系配管のように放射性物質を含む冷却水
と接する構成部材への該放射性物質の付着を抑制
する方法に係わる。〔発明の背景〕原子力発電所の一次冷却水系に使用されている
配管，ポンプ，弁等はステンレス鋼及びステライ
ト等（以下、構成部材と略称する。）から構成さ
れている。これらの金属は長期間使用されると腐
食損傷をうけ、構成金属元素が原子炉冷却水（以
下、冷却水と略称する。）中に溶出し、原子炉内
に持ち込まれる。溶出金属元素は大半が酸化物と
なつて燃料棒に付着し、中性子照射をうける。そ
の結果、⁶⁰Co，⁵⁸Co，⁵¹Cr，⁵⁴Mn等の放射性核種が
生成する。これらの放射性核種は一次冷却水中に
再溶出してイオンあるいは不溶性固体成分（以
下、クラツドと称する）として浮遊する。その一
部は炉水浄化用の脱塩器等で除去されるが、残り
は一次冷却水系を循環しているうちに構成部材表
面に付着する。このため、構成部材表面における
線量率が高くなり、保守，点検を実施する際の作
業員の放射線被曝が問題となつている。従つて、放射性物質の付着量を低減させるた
め、その源である前記金属元素の溶出を抑制する
方法が提案されている。例えば耐食性のよい材料
の使用あるいは酸素を給水系内に注入して構成部
材の腐食を抑制する方法等がある。しかし、いず
れの方法を用いても給水系をはじめとし、一次冷
却水系の構成部材の腐食を十分に抑制することで
きず、一次冷却水中の放射性物質を十分に低減す
ることはできないため、構成部材への放射性物質
の付着による表面線量率の増加がやはり問題とし
て残つている。また、構成部材に付着した放射性物質を除去す
る方法が検討され、実施されている。除去方法に
は(1)機械的洗浄、(2)電気分解による洗浄のほか、
(3)化学的洗浄がある。しかし、(1)，(2)の方法は構
成部材表面に強く密着した放射性物質の除去が困
難であり、また広い範囲を系統的に除染すること
ができない等の問題があるため、現状では(3)の方
法が広く用いられている。(3)の方法は酸溶液等の
薬剤を用いて化学反応により鋼表面の酸化皮膜を
溶解し、同皮膜中に存在する放射性物質を除去す
るものである。この方法の問題は一時的に線量率
を低減しても、構成部材を再び高濃度の放射性物
質を溶解する液にさらした場合に急速に再汚染さ
れることである。そこで、構成部材表面にあらかじめ酸化皮膜を
形成し、放射性物質の付着を抑制する方法が、特
開昭55−121197号及び特開昭59−37498号等で開
示された。しかし、あらかじめ形成しておく酸化
皮膜の性状により放射性物質の付着挙動は蓄しく
異なつてくる。たとえば、放射性イオンの挙動は
あらかじめ形成しておいた酸化皮膜の荷電状態に
より異なるし、また、放射性物質が溶解する液に
浸漬したのちに構成部材表面に新たに形成される
酸化皮膜の成長速度も既存の皮膜の性状により変
わつてくる。したがつて、構成部材を適用する液
に最も適した方法により酸化処理を行うことが必
要である。〔発明の目的〕本発明の目的は放射性物質を含む冷却水と接す
る原子力発電プラント構成部材への放射性物質の
付着量を低減することにより、保守，点検を実施
する際の作業員の放射線被曝の問題を少なくする
方法を提供することにある。〔発明の概要〕本発明は、放射性物質を含む原子炉冷却水と接
触する原子力発電プラント構成部材への放射性物
質の付着を抑制する方法において、原子炉起動前
に該部材の前記冷却材に接する表面を多価金属陽
イオン及び該イオンの価数よりも小さいイオン価
の陰イオンを含む高温水にて酸化処理し、正に帯
電した酸化物皮膜を形成することを特徴とする。炉水に溶存する放射性核種はステンレス鋼の腐
食によつて表面に形成される酸化皮膜内にその形
成過程で取り込まれる。発明者らは、高温水中で
酸化皮膜は主に母材金属との界面において内方向
（母材金属側）へ成長し、放射性核種は皮膜内を
内方向へ拡散移動したのち同じ界面で酸化皮膜中
に取り込まれる。一方、放射性核種が皮膜中に取り込まれる速度
は、酸化皮膜の成長速度に比例する。放射性核種の蓄積速度は皮膜の成長速度と一緒
であるから、放射性核種の蓄積は拡散過程で律速
される場合は拡散係数に比例する。従つて、皮膜
内における放射性核種の拡散を抑制すれば、蓄積
を抑制し得ることがわかる。本発明はこの点に着
目してなされたものである。線量率に寄与する主な放射性核種は⁶⁰Co及び
⁵⁸Coであり、これらはいずれも冷却水中に陽イオ
ンとして存在する。ところで、酸化物表面は溶液
中で加水分解し、次のように液のPHによつて正ま
たは負に帯電している。 Fe（OH）₂ ⁺＋2H₂OFe（OH）₃＋H₃O⁺ Fe（OH）₃FeO₂ ^-＋H₃O⁺ したがつて、構成部材表面に形成された酸化皮
膜が冷却水中で正に帯電していれば、この酸化皮
膜は陰イオン選択透過性をもつために陽イオンで
ある⁶⁰Co及び⁵⁸Coの皮膜内拡散を抑制する。とこ
ろで、酸化物表面が電気的に中性の状態でのPHを
無電荷点（ZPC）と呼び、溶液のPHがZPCよりも
大きい場合には酸化物は負に、また逆にPHがZPC
よりも小さい場合には酸化物は正に帯電する。し
たがつて、ZPC＞７である酸化物は沸騰水型原子
力発電プラント（以下、BWRプラントと略称す
る。）の冷却水のような中性（PH〜７）の水中に
おいて正に帯電する。本発明者らは例えば炭素鋼
やステンレス鋼を多価金属陽イオンとそれよりも
イオン価数の小さい陰イオンを含む溶液、たとえ
ばCa（NO₃）₂溶液中で酸化処理すれば、ZPC＞７
の酸化皮膜を形成し得ることを見い出した。すな
わち、このような酸化皮膜を形成したものは、原
子炉冷却水と接触しても放射性核種の蓄積を抑制
できる。なお、この処理法は構成部材として炭素
鋼に対する鉄酸化皮膜の形成に拘わらず適用し得
る。たとえば、稼動中のプラントに用いられてい
るステンレス鋼に対しては、多価の陽イオンとそ
れよりもイオン価数の小さい陰イオンを含む溶液
を冷却水中に注入することにより目的が達せら
れ、この場合には注入後における⁶⁰Co等の陽イオ
ンの皮膜内拡散を抑制し、ひいては蓄積を抑制し
得る。以上の如く、あらかじめ原子炉記動前に適当な
非放射性の酸化皮膜を形成しておけば、放射性物
質が溶存している液へ浸漬したのちの新たな皮膜
形成を抑制することができ、ひいては運転中の放
射性物質の付着を抑制できる。多価金属陽イオンとして第１表に示す金属イオ
ンとそれよりもイオン価数の小さい陰イオンとの
組合せは任意に選択できるが、応力腐食割れ等の
材料腐食問題，毒性等を考慮すると、とくに表の
組合せかの場合から選択される溶液が望まし
い。

【表】また、濃度の上限は選択された化学物質の飽和
溶解度までとり得る。しかし、あまり高濃度では
材料の腐食に問題を生じるため、効果が期待でき
る範囲で、できるだけ低濃度であることが望まし
い。一般的には、この範囲は10ppb〜1000ppmで
あることが適当である。さらに、酸化処理の温度は低温では酸化皮膜の
成長に長時間を要するため、150℃以上、特に、
200〜300℃が望ましい。形成する酸化皮膜の厚さは300Å以上とするの
が好ましい。本発明は次のように適用することができる。 (1) 原子力発電プラントで使用された配管，機器
等を化学的方法等により除染し、再使用する場
合、除染操作により構成部材表面の酸化皮膜は
溶解，剥離しているのので、金属素地が露出し
ており、再使用時の放射性物質の付着量は急激
に増加するが、本発明の酸化処理を施したのち
に再使用することで放射性物質の付着を抑制す
ることができる。 (2) 原子力発電プラントにはいく種類もあるが、
本発明はそれらのいずれにも適用することがで
きる。たとえば、BWRプラントでは圧力容
器，再循環系配管および一次冷却材浄化系配管
等が放射性物質を含む炉水と接しており、また
加圧水型原子力発電プラントでは圧力容器，炉
内構造材および蒸気発生器等が同様な炉水と接
している。したがつて、これら放射性物質を含
む溶液と接するステンレス鋼，インコネル，炭
素鋼およびステライトから選択された１種また
は２種以上の金属からなる構成部材の全部ある
いは一部に本発明を適用することによつて放射
性物質の付着を抑制でき、ひいては従事者への
被曝量の少ないプラントを提供しうる。 (3) プラント組立前あるいは組立後、放射性物質
が溶存する冷却水と接して使用される構成部材
の該接水面に、本発明により酸化被膜を形成す
る。なお、金属材料表面をクロム富化させたのち
の酸化処理はプラント設置前に実施するか、あ
るいはプラント設置後に高温水を導入すること
により行うことができる。実施例１プラント構成部材として第２表に示す表面研摩
したステンレス鋼（SUS304）及び鉄の粉末を
230℃で100時間、純水及び純水にカルシウムイオ
ン濃度50ppbのCa（NO₃）₂を含む溶液中で酸化処
理した。第１図はステンレス鋼の、第２図は鉄の酸化処
理後のゼータ電位測定結果である。また、第３表
は各酸化物のZPCである。

【表】

【表】ステンレス鋼及び鉄を純水中で酸化処理した場
合にはZPCはいずれも７であるのにくらべ、Ca
（NO₃）₂中で酸化処理した場合はステンレス鋼で
11、鉄で11.5であり、中性水中（PH７）では正に
帯電していることがわかつた。したがつて、２価陽イオンのCa²⁺と１価陰イ
オンのNO₃ ^-の組合せであるCa（NO₃）₂中で酸化
処理した場合は、酸化皮膜は中性水中で正に帯電
し、皮膜は陰イオン選択透過性を示し、冷却水中
の⁶⁰Co等の陽イオンの透過を抑制することが明ら
かとなつた。実施例２表面を研摩した前述第２表に示すステンレス鋼
（SUS304）を第４表に示す条件であらかじめ酸
化処理した。その後、50ppbのCc²⁺イオンを含む
285℃（BWRプラントの冷却水温度）のCoSO₄
溶液に200時間浸漬し、コバルトの付着量を比較
した。

【表】本実施例では本発明に基づく上表のａ〜ｅの方
法のほか、２価の金属陽イオンと２価の陰イオン
の組合せであるCaSO₄溶液中での酸化処理(f)並び
に純水中での酸化処理(g)も比較のため検討した。
また、従来のように特別の酸化処理を施さなかつ
た場合(h)についても検討した。コバルト付着量評価にはEDX（エネルギー分散
型Ｘ線分析装置）を用い、Coのピーク強度をFe
のピーク速度で除した値でコバルト付着量の比較
を行つた。結果を第５表に示す。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、本発明は簡便
な手段によつてプラント構成部材への放射性物質
の付着を抑制できる。又、その応用範囲も広く、
特に原子力発電プラントに使用されるステンレス
鋼をはじめとする構成部材に適用して線量率の上
昇を抑え、従事者の被曝を低減するのに好適であ
り、実用価値が高く、工業的にきわめて有意義な
ものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はステンレス鋼酸化物のゼータ電位とPH
との関係図、第２図は鉄酸化物のゼータ電位とPH
との関係図、第３図は沸騰水型電子力プラントの
系統図を示す図である。１…復水浄化系出口、２…給水出口、３…炉水
浄化系入口、４…復水ホツトウエル、５…復水浄
化系、６…炉水浄化系。

Claims

【特許請求の範囲】

１放射性物質を含む原子炉冷却水と接触する原
子力発電プラント構成部材への放射性物質の付着
を抑制する方法において、原子炉起動前に前記構
成部材への前記冷却水に接する表面を多価金属陽
イオン及び該多価金属陽イオンのイオン価数より
も小さいイオン価数の陰イオンを含む高温水にて
酸化処理し、正に帯電した酸化物皮膜を形成する
ことを特徴とする原子力発電プラント構成部材の
放射性物質の付着抑制方法。