JPH04361196A - 原子炉冷却水の可溶分の試験方法 - Google Patents

原子炉冷却水の可溶分の試験方法

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JPH04361196A
JPH04361196A JP4033946A JP3394692A JPH04361196A JP H04361196 A JPH04361196 A JP H04361196A JP 4033946 A JP4033946 A JP 4033946A JP 3394692 A JP3394692 A JP 3394692A JP H04361196 A JPH04361196 A JP H04361196A
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water sample
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JP4033946A
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Robert J Law
ロバート・ジェームス・ロウ
Michel N Robles
ミッシェル・ノエル・ロブルス
Dane T Snyder
デーン・トーマス・スナイダー
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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】
【０００１】
【発明の分野】本発明は、冷却材兼減速材として水を使
用する原子炉プラント内を循環する冷却水の分析試験方
法に関するものである。更に詳しく言えば本発明は、試
験のために採取された冷却水試料のｐＨレベルを分析前
に調整することから成るような上記のごとき分析試験方
法の改良に関する。
【０００２】
【発明の背景】通常の沸騰水型および加圧水型原子炉プ
ラントは、熱発生用の核燃料から成る炉心を封入した原
子炉と、発電機を回転させるための蒸気駆動タービンと
を含んでいる。原子炉の冷却水が正規の運転期間を通じ
て系内を連続的に循環することにより、発生した熱エネ
ルギーは炉心から運ばれて蒸気を発生させるために利用
され、そしてかかる蒸気がタービンを駆動する仕事のた
めに消費される。このようにして使用された後の冷却水
および（または）復水は再び原子炉内に戻される結果、
熱エネルギーを輸送するための冷却水の循環が実質的に
無限に繰返されることになる。この場合、各種の材料で
製造された容器および導管から成り、温度、圧力および
放射能のごとき様々な化学的および物理的条件を有し、
かつ一般に腐食性物質を含む核分裂生成物を伴う大規模
な回路網中を冷却水が繰返して循環するため、冷却水循
環系内の様々な部位から採取された冷却水の化学的性質
を絶えず監視することが必要である。
【０００３】原子炉冷却水の一般的な分析試験方法に従
えば、冷却水循環系内の様々な部位から冷却水試料が順
次に採取される。こうして採取された冷却水試料の各々
が、冷却水試料を移送するための導管から成る回路網を
通して中央の水分析装置または統合された水分析装置に
移送される。かかる水分析装置は各々の冷却水試料を順
次に分析し、それによって冷却水試料中に溶解した所定
成分（たとえば、塩素イオン、ナトリウムイオン、カリ
ウムイオン、硫酸イオンなど）の有無およびそれらの濃
度を測定する。このようにして各種の冷却水試料から得
られた可溶分データは、冷却水循環系内において腐食、
放射能およびその他の潜在的に有害な状態を引起こす成
分の含量を制御するための手段として水の化学的性質を
調整するための基礎資料となる。
【０００４】原子炉冷却水の分析装置および分析試験方
法の代表例は、米国特許第４４７２３５４号明細書中に
開示されている。
【０００５】
【発明の概要】本発明は、冷却水循環系内の様々な部位
から原子炉冷却水の試料を順次に採取し、次いで各々の
試料を水分析装置に移送して分析するような分析試験方
法の改良に関するものである。本発明の改良は、採取さ
れた冷却水試料のｐＨレベルを分析前に調整してイオン
濃度を安定化することから成っている。
【０００６】
【発明の目的】本発明の主たる目的は、原子炉冷却水の
可溶分を試験するための改良された手段を提供すること
にある。
【０００７】また、原子炉冷却系の冷却水中に含まれる
溶質イオンを一層正確に分析し得るような分析試験方法
を提供することも本発明の目的の１つである。
【０００８】更にまた、冷却水回路中の様々な部位から
採取された冷却水の可溶分を試験するための方法を提供
することも本発明の目的の１つである。
【０００９】更にまた、金属製の容器および導管との接
触に由来する金属イオンを原子炉冷却水中に溶質として
含有して成る溶液における平衡状態の乱れを防止しなが
ら原子炉冷却水の可溶分を分析するための方法を提供す
ることも本発明の目的の１つである。
【００１０】更にまた、イオン平衡状態を安定化するた
めのｐＨレベルに試料を予備調整することから成るよう
な原子炉冷却水の可溶分の試験方法を提供することも本
発明の目的の１つである。
【００１１】
【発明の詳しい説明】先ず図１を見ると、冷却材兼減速
材として水を使用する原子炉プラント１０が示されてい
る。かかる原子炉プラント１０は、熱発生用の核燃料か
ら成る炉心（図示せず）を収容した原子炉圧力容器１２
を含んでいる。熱を発生する炉心は冷却水中に沈められ
ている一方、その冷却水は冷却水回路１４を通って絶え
ず循環している。その結果、炉心から発生した熱エネル
ギーは高圧の熱水または蒸気の形で輸送されて仕事を行
うために役立つ。
【００１２】熱エネルギーを輸送する冷却水回路１４は
、通例、圧力容器１２内において冷却水から発生した蒸
気を蒸気駆動タービン１８に運ぶための蒸気導管１６を
含んでいる。かかる蒸気駆動タービン１８は発電機２０
を回転させ、それによって電力が生み出される。使用済
みの蒸気およびそれから生じた復水は復水器２２に送ら
れ、そこにおいて全ての蒸気が液体の水に変えられる。 その後、復水は帰り導管２４を通して圧力容器１２に戻
され、そして冷却材兼減速材として再使用される。 冷却水がこのような循環を実質的に無限に繰返すことに
より、正規の運転期間を通じ、炉心から発生した熱エネ
ルギーはそれを仕事に変えるための手段に連続的に輸送
されることになる。
【００１３】冷却水およびそれの回路中には、水によっ
て運ばれる汚染物が生成しかつ蓄積することが避けられ
ない。かかる汚染物としては、腐食性物質や腐食生成物
、核分裂によって生成された放射性物質、およびその他
の潜在的に有害な成分が挙げられる。冷却水回路中に汚
染物が次第に蓄積することは、設備（とりわけ弁やポン
プ）に対して損害を与える可能性のある状態を生み出す
と共に、運転員にとって危険な放射性物質の増加をもた
らす可能性もある。
【００１４】このような水によって運ばれる有害な汚染
物の蓄積を評価して対処するため、原子炉プラントの冷
却水回路中の幾つかの部位から採取した冷却水の可溶分
を日常的に分析することが慣例となっている。そのため
の冷却水試験手段としては、冷却水回路中の幾つかの重
要な部位から冷却水試料を採取しかつかかる冷却水試料
を水分析装置に移送するための試料採取・移送導管系を
具備した共同の水分析装置または統合された水分析装置
が使用されている。たとえば、図１について説明すれば
、冷却水回路中の様々な部位から冷却水試料を順次に採
取するための一連の導管３０、３２、３４および３６が
設けられている。こうして採取された冷却水試料は共通
の導管２８を通して単一の水分析装置２６内に順次に移
送され、そこにおいて個別に分析される。
【００１５】このような冷却水試験手段によれば、様々
な部位から冷却水試料を順次に採取し、こうして採取さ
れた冷却水試料の流れを水分析装置内に導き、それによ
って原子炉冷却水中に含まれる所定の溶質成分を分析す
ることが可能となる。
【００１６】上記のごとき冷却水試験手段の使用に際し
ては、高純度の冷却水試料を流す導管の内壁と水相（す
なわち溶媒相）中に含まれる溶質イオン（たとえば、銅
イオンや亜鉛イオン）との間に確立される平衡状態が冷
却水試料のｐＨレベルの影響を受けることが判明した。 詳しく述べれば、移送される冷却水試料のｐＨレベルが
低下する（すなわち、より酸性になる）のに伴い、特定
のイオンが金属導管から放出される。逆に、移送される
冷却水試料のｐＨレベルが上昇する（すなわち、より塩
基性になる）のに伴い、特定のイオンが金属導管の露出
面上に沈着、吸収もしくは吸着される。ｐＨによって誘
起されるこのような現象は、オンラインの化学的分析装
置を使用した場合あるいはランダム抜取り技術を使用し
た場合に誤った過渡状態を引起こすことが判明した。か
かる欠点は、それぞれにｐＨレベルの異なる多数の試料
を共通の導管によって移送しながら監視を行う場合に特
に問題となることがある。
【００１７】本発明は、冷却水回路中の様々な部位から
原子炉冷却水の試料を採取し、次いでそれらを水分析装
置に順次に移送して分析するような分析試験方法の改良
に関するものである。かかる分析試験方法の実例は上記
に記載されていると共に、前述のごとき米国特許明細書
中にも記載されている。本発明の改良は、採取された冷
却水試料のｐＨレベルを分析前に調整することから成っ
ている。
【００１８】詳しく述べれば本発明は、原子炉冷却水（
またはそれのプロセス水流）から採取された試料を導管
によって採取部位から水分析装置に移送する間に、それ
のｐＨレベルを低下または酸性化するための手段を含ん
でいる。本発明の手段は、採取された冷却水試料の流れ
の中に酸性化ガス（たとえば、二酸化炭素ガス）または
液体の酸を注入することから成っている。すなわち、注
入された酸性化ガスが冷却水試料中に溶解すると、試料
のｐＨレベルは低下し、それによって下流側の導管また
は試料瓶の内壁上への陽イオンの沈着は低減することに
なる。かかるｐＨレベルは注入される混合ガス中に添加
された酸性化ガスの分圧によって調節される。なお、ｐ
Ｈレベルは約３．０〜約５．５の範囲内に調整する必要
があるが、好ましくは約４．０〜約４．５の範囲内に調
整される。
【００１９】冷却水試料のｐＨレベルを低下させるため
に適した酸性化ガスとしては、二酸化炭素、硫化水素、
塩素などのガスが挙げられる。有用な酸性化ガスは、か
かる試験によって監視すべきイオンを追加導入して冷却
水試料の汚染を引起こすことのないようなものである。 二酸化炭素ガス（ＣＯ２　）はかかる要求条件の全てを
満たすという点で理想的であり、従ってそれを使用する
ことが好ましい。二酸化炭素ガスは水に容易に溶解して
炭酸−重炭酸塩平衡を生じ、それによって水のｐＨレベ
ルを効果的に低下させる。このような平衡反応は下記の
反応式によって表わされる。
【００２０】
【化１】 本発明の方法を実験室内で評価したところ、ステンレス
鋼管またはテフロンチューブを通って流れる冷却水試料
中に二酸化炭素ガスを直接に注入することにより、金属
イオン（たとえば、銅イオン）に関する記憶効果を無視
し得る程度にまで低減させ得ることが判明した。その他
の酸性化ガス（たとえば、Ｈ２　Ｓ、Ｃｌ２　、ＨＮＯ
３　などのガス）およびそれらの水溶液もまた、イオン
記憶効果を低減させる点で同様な効果を示した。
【００２１】次の図２には、本発明に基づくｐＨ調整装
置３８が略示されている。図示のごとく、冷却水回路１
４から採取された冷却水試料は導管（たとえば、３０、
３２または３４）を通して共通の導管２８に送られ、そ
して予備調整用のｐＨ調整装置３８内に導入される。ｐ
Ｈ調整装置３８を通って流れる冷却水試料中に適当な酸
性化ガス（たとえば、二酸化炭素ガス）が注入され、そ
れによって冷却水試料のｐＨレベルが低下させられる。 予備調整済みの冷却水試料は装置３８から導管４２を通
して過剰ガス除去装置４０に送られ、そこにおいて過剰
のガスが冷却水試料から排除される。かかる過剰ガス除
去装置４０は、気体透過性を有する管状の膜によって過
剰のガスを排除するものである。予備調整済みの冷却水
試料は装置４０から導管４４を通して水分析装置２６に
送られ、そこにおいて通常の分析技術に基づく所定イオ
ンの日常的な測定が行われる。
【００２２】次の図３には、予備調整用のｐＨ調整装置
３８を通って流れる冷却水試料中に酸性化ガス（たとえ
ば、二酸化炭素ガス）を導入するための別の手段が示さ
れている。かかる手段は、冷却水試料を流すための通路
を有する気体不透過性の外被４６から成っている。かか
る外被４６は、冷却水試料の入口４８および出口５０を
有すると共に、入口４８と出口５０とを連結しかつ導管
２８からの冷却水試料を流すため外被４６を横切って伸
びる気体透過性のチューブ５２を含んでいる。気体不透
過性の外被４６はまた、それの内部に酸性化ガスを導入
しかつ排出するためにそれぞれ役立つガス入口連結部５
４およびガス出口連結部５６をも有している。それによ
り、気体不透過性の外被４６を通して酸性化ガスを流す
ことができる。その場合、外被４６を通って流れる冷却
水試料を含む気体透過性のチューブ５２の外面に酸性化
ガスが接触すると、酸性化ガスはチューブ５２の管壁を
透過して内部の冷却水試料中に吸収され、それによって
冷却水試料のｐＨレベルを低下させる。
【００２３】
【実施例】本発明の実施に伴う問題点およびそれの解決
を説明するため、以下に実施例を示す。２リットルのテ
フロン製試料瓶内に２種の試料を用意した。ブランク試
料（試料１）は、標準試料（試料２）の場合と同じ極め
て純粋な給水源から採取したものであった。標準試料は
、５ｐｐｂ　ずつの銅、亜鉛およびニッケル濃度を与え
るように中性塩を添加することによって調製した。各試
料のｐＨは約７に調整され、また二酸化炭素の吸収を防
止するため各試料瓶内には僅かに過圧の窒素が導入され
た。
【００２４】これらの試料は、試料瓶のできるだけ近く
に配置された自動弁によって選択された。かかる自動弁
のすぐ下流側にｐＨ調整室が設置された。ｐＨ調整室の
底部から二酸化炭素ガスを導入し、少量の試料中を通過
させ、次いで大気中に排出することによって酸性化試験
を行った。
【００２５】利用可能な最も不活性の試験材料として、
テフロンチューブ（外径１／８　インチ×内径１／１６
インチ×長さ７０フィート）のコイルを使用した。かか
るチューブは、試料マニホルドと水分析用のイオンクロ
マトグラフ装置との間において試料を流すための共通の
導管を構成した。
【００２６】イオンクロマトグラフ装置の試料ポンプの
入口において過剰の試料を取出し、そしてそれのｐＨを
測定した。全流量は約６ｍｌ／分であったが、ポンプを
通る流量は正確に１．５ｍｌ／分であった。
【００２７】試料の供給順序は、１組のブランク試料測
定と１組の標準試料測定とが交互に行われるようにプロ
グラムされた。各組の測定は５回の測定から成っており
、そして得られたデータがプロットされた。酸性化を施
す前における銅の測定結果は、「イオン記憶効果」と呼
ばれる現象を見事に証明していた。このような現象は、
同じ金属イオンをより低い濃度で含有する溶液を導管中
に流した場合、以前に吸着されていた金属イオンが導管
の内壁から溶液中に放出され（すなわち、導管の内壁か
ら脱着し）、それによって不正確な読みを生じるという
ものである。しかるに、試料中に約２ｃｃ／分の流量で
二酸化炭素ガスを通過させることによって酸性化を施し
た後には、かかる現象は大幅に低減した。
【００２８】本発明の方法はｐＨに対する見掛けの緩衝
効果をもたらすのであって、一定の流量で二酸化炭素ガ
スを導入した場合、試料の流量を４倍の範囲内で変化さ
せても比較的安定したｐＨが得られる。たとえば、試料
の流量を６ｍｌ／分から２４ｍｌ／分までの範囲内にお
いて変化させた場合でも、ｐＨの測定値は４．０〜４．
３の範囲内に維持された。
【００２９】本発明の手段は、微量金属の観点から見て
汚染を生じることがなく、貯蔵が容易であって長い保存
寿命を有し、しかも酸より取扱いが安全である。
【００３０】本発明は、試料の汚染を最小限に抑えなが
ら、オンラインでｐＨレベルを低下させるための簡単か
つ信頼可能な手段を提供する。かかる手段は冷却水試料
のイオン記憶効果を少なくとも低減させ、そして最良の
場合にはそれを完全に排除するために役立つ。その上、
本発明の方法は流量にかかわりなく冷却水試料のｐＨレ
ベルを調節し、それによってオンラインの冷却水監視装
置の精度を向上させる。好適な酸性化ガスである二酸化
炭素ガスは無毒性の酸性物質であって、取扱いのために
特別の注意を必要としない。このガスを用いた場合、達
成されるｐＨの低下は水に対する二酸化炭素の溶解度お
よび混合ガス中における二酸化炭素の分圧によって制限
され、従って制御の容易な方法が得られることになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】冷却水回路中の様々な部位から冷却水試料を採
取しかつそれらの試料を水分析装置内において分析する
ための冷却水試験手段を示す原子炉プラントの略図であ
る。
【図２】本発明の方法を実施するための装置の１つの実
例を示す流れ図である。
【図３】本発明の方法を実施するための装置のもう１つ
の実例を示す断面図である。
【符号の説明】
１０　　原子炉プラント １２　　原子炉圧力容器 １４　　冷却水回路 １６　　蒸気導管 １８　　蒸気駆動タービン ２０　　発電機 ２２　　復水器 ２４　　帰り導管 ２６　　水分析装置 ２８　　共通の導管 ３０　　導管 ３２　　導管 ３４　　導管 ３６　　導管 ３８　　ｐＨ調整装置 ４０　　過剰ガス除去装置 ４２　　導管 ４４　　導管 ４６　　外被 ４８　　入口 ５０　　出口 ５２　　気体透過性のチューブ ５４　　ガス入口連結部 ５６　　ガス出口連結部

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】　　冷却水を流す金属導管に由来する金属
    イオンを冷却水中に溶質として含有して成る溶液におけ
    る平衡状態の乱れを防止しながら、冷却材兼減速材とし
    て水を使用する原子炉の冷却系内を循環する冷却水の可
    溶分を試験するための方法において、（ａ）　分析目的
    のため、原子炉の冷却系内を循環する冷却水の試料を前
    記冷却系内の幾つかの部位から順次に採取し、（ｂ）　
    金属導管から成る回路網を通して前記冷却水試料を水分
    析装置に順次に移送することにより、各々の冷却水試料
    のイオン組成およびイオン濃度を確認し、かつまた（ｃ
    ）　前記水分析装置内に流入させるのに先立ち、各々の
    冷却水試料中に酸性化剤を導入することによって各々の
    冷却水試料のｐＨを酸性状態に調整する諸工程から成る
    ことを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】　　前記酸性化剤が二酸化炭素ガスである
    請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】　　各々の冷却水試料中に酸性化剤を導入
    する前記工程が、気体透過性の膜を通して酸性化ガスを
    浸透させることによって達成される請求項２記載の方法
    。
  4. 【請求項４】　　各々の冷却水試料中に酸性化剤を導入
    する前記工程が、各々の冷却水試料中に酸性化ガスを注
    入することによって達成される請求項１記載の方法。
  5. 【請求項５】　　冷却水を流す金属導管に由来する金属
    イオンを冷却水中に溶質として含有して成る溶液におけ
    る平衡状態の乱れを防止しながら、冷却材兼減速材とし
    て水を使用する原子炉の冷却系内を循環する冷却水の可
    溶分を試験するための方法において、（ａ）　個別分析
    目的のため、原子炉の冷却系内を循環する冷却水の試料
    を前記冷却系内の幾つかの部位から順次に採取し、（ｂ
    ）　金属導管から成る回路網を通して前記冷却水試料を
    水分析装置に順次に移送することにより、各々の冷却水
    試料のイオン組成およびイオン濃度を確認し、かつまた
    （ｃ）　前記水分析装置内に流入させるのに先立ち、各
    々の冷却水試料中に酸性化剤として二酸化炭素ガスを導
    入することによって各々の冷却水試料のｐＨを酸性状態
    に調整する諸工程から成ることを特徴とする方法。
  6. 【請求項６】　　各々の冷却水試料中に酸性化剤として
    二酸化炭素ガスを導入する前記工程が、気体透過性の膜
    を通して二酸化炭素ガスを浸透させることによって達成
    される請求項５記載の方法。
  7. 【請求項７】　　各々の冷却水試料中に酸性化剤として
    二酸化炭素ガスを導入する前記工程が、各々の冷却水試
    料を流す気体透過性のチューブを通して二酸化炭素ガス
    を浸透させることによって達成される請求項５記載の方
    法。
  8. 【請求項８】　　各々の冷却水試料中に酸性化剤として
    二酸化炭素ガスを導入する前記工程が、各々の冷却水試
    料中に二酸化炭素ガスを注入することによって達成され
    る請求項５記載の方法。
  9. 【請求項９】　　各々の冷却水試料のｐＨが約３．０〜
    約５．５の範囲内の値に調整される請求項５記載の方法
    。
  10. 【請求項１０】　　冷却水を流す金属導管に由来する金
    属イオンを冷却水中に溶質として含有して成る溶液にお
    ける平衡状態の乱れを防止しながら、冷却材兼減速材と
    して水を使用する原子炉の冷却系内を循環する冷却水の
    可溶分を試験するための方法において、（ａ）　個別分
    析目的のため、原子炉の冷却系内を循環する冷却水の試
    料を前記冷却系内の幾つかの部位から順次に採取し、（
    ｂ）　金属導管から成る回路網を通して前記冷却水試料
    を水分析装置に順次に移送することにより、各々の冷却
    水試料のイオン組成およびイオン濃度を確認し、かつま
    た（ｃ）　前記水分析装置内に流入させるのに先立ち、
    各々の冷却水試料中に酸性化剤を導入することによって
    各々の冷却水試料のｐＨを約３．０〜約５．５の範囲内
    の酸性値に調整する諸工程から成ることを特徴とする方
    法。
  11. 【請求項１１】　　前記酸性化剤が二酸化炭素ガスであ
    る請求項１０記載の方法。
  12. 【請求項１２】　　各々の冷却水試料中に酸性化剤を導
    入する前記工程が、気体透過性の膜を通して酸性化ガス
    を浸透させることによって達成される請求項１０記載の
    方法。
  13. 【請求項１３】　　各々の冷却水試料中に酸性化剤を導
    入する前記工程が、各々の冷却水試料中に酸性化ガスを
    注入することによって達成される請求項１０記載の方法
    。
  14. 【請求項１４】　　冷却水を流す金属導管に由来する金
    属イオンを冷却水中に溶質として含有して成る溶液にお
    ける平衡状態の乱れを防止しながら、冷却材兼減速材と
    して水を使用する原子炉の冷却系内を循環する冷却水の
    可溶分を試験するための方法において、（ａ）　個別分
    析目的のため、原子炉の冷却系内を循環する冷却水の試
    料を前記冷却系内の幾つかの部位から順次に採取し、（
    ｂ）　金属導管から成る回路網を通して前記冷却水試料
    を水分析装置に順次に移送することにより、各々の冷却
    水試料のイオン組成およびイオン濃度を確認し、かつま
    た（ｃ）　前記水分析装置内に流入させるのに先立ち、
    各々の冷却水試料中に酸性化剤として二酸化炭素ガスを
    導入することによって各々の冷却水試料のｐＨを約４．
    ０〜約４．５の範囲内の酸性値に調整する諸工程から成
    ることを特徴とする方法。
  15. 【請求項１５】　　各々の冷却水試料中に酸性化剤とし
    て二酸化炭素ガスを導入する前記工程が、気体透過性の
    膜を通して各々の冷却水試料中に二酸化炭素ガスを浸透
    させることによって達成される請求項１４記載の方法。
JP4033946A 1991-01-31 1992-01-27 原子炉冷却水の可溶分の試験方法 Withdrawn JPH04361196A (ja)

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