JPH1048371A - Reactor plant - Google Patents

Reactor plant

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JPH1048371A
JPH1048371A JP8207437A JP20743796A JPH1048371A JP H1048371 A JPH1048371 A JP H1048371A JP 8207437 A JP8207437 A JP 8207437A JP 20743796 A JP20743796 A JP 20743796A JP H1048371 A JPH1048371 A JP H1048371A
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Japan
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metal element
power plant
nuclear power
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metal
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Yutaka Uruma
間 裕 閏
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Toshiba Corp
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Publication date
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    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent corrosion of zircaloy fuel clad for a long period by positively utilizing metal elements having corrosion suppression function. SOLUTION: Steam generated by the heat in the core 42 is sent via a steam line 43 to a steam turbine 44. The steam having worked in the turbine 44 is condensed in a condenser 45 to recover water. This water is sent to a condensate purification device 47, impurity is removed and then it is preheated in a water supply heater 48 to be fed back into a reactor pressure vessel 41. On the way of a bypass line 38 bypassing a metal element generator 30, a flow control valve 39 is provided, which is controlled for the opening by a concentration controller 61. Valves 35 and 37 for isolation are used for isolating the device 30 during maintenance. Metal ion generated in the generator 30 is supplied in the pressure vessel 41 together with the recirculation water and thereby, corrosion of zircaloy fuel clad is suppressed.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、ジルカロイ燃料被
覆管を有する原子力プラントに係わり、特に、ジルカロ
イ燃料被覆管の腐食を防止することができる原子力プラ
ントに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a nuclear power plant having a zircaloy fuel cladding, and more particularly to a nuclear power plant capable of preventing corrosion of a zircaloy fuel cladding.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、沸騰水型原子炉(BWR)や加
圧水型原子炉(PWR)などの軽水炉においては、燃料
被覆管の材料としてジルコニウム基合金の一種であるジ
ルカロイが使用されている。このジルカロイは中性子吸
収断面積が小さく、また機械的性質も優れており燃料被
覆管として適した材料であるが、冷却材である軽水との
間で腐食反応を生じるという問題がある。BWRにおけ
るジルカロイ燃料被覆管と軽水との腐食反応は、従来は
レンズ状の酸化物を生成させるノジュラ腐食が主であっ
たが、近年は、製造時における熱処理工程の変更等によ
って、腐食形態が、全面に一様な酸化皮膜を形成する均
一腐食に変わりつつある。一方、PWRにおけるジルカ
ロイ燃料被覆管と軽水との腐食反応は、従来から変わら
ず、均一酸化皮膜形成が主な腐食形態である。但し、軽
水炉における現在の燃料使用条件では、これらの腐食
(酸化膜厚さ)は燃料被覆管の健全性といった観点から
は、燃料の寿命に影響を与えるほどの深刻な問題にはな
っていない。
2. Description of the Related Art In general, in light water reactors such as a boiling water reactor (BWR) and a pressurized water reactor (PWR), zircaloy, a kind of zirconium-based alloy, is used as a material for a fuel cladding tube. Zircaloy has a small neutron absorption cross section and excellent mechanical properties, and is a material suitable for a fuel cladding tube. However, it has a problem that it causes a corrosion reaction with light water as a coolant. Conventionally, the corrosion reaction between zircaloy fuel cladding and light water in a BWR has been mainly nodular corrosion, which produces lens-like oxides. It is changing to uniform corrosion, which forms a uniform oxide film on the entire surface. On the other hand, the corrosion reaction between the Zircaloy fuel cladding tube and light water in the PWR has not changed from the past, and the formation of a uniform oxide film is the main form of corrosion. However, under the current fuel use conditions in light water reactors, these corrosions (thickness of oxide film) are not serious problems that affect the life of the fuel from the viewpoint of the soundness of the fuel cladding tube.

【0003】しかしながら、近年の燃料再処理費用の高
騰に起因して使用済燃料の発生量の低減の要求があり、
また一方では、原子力プラントの運転費用に占める燃料
費の割合が大きいことから、その経済性の向上のために
燃料の高燃焼度化、すなわち長寿命化が計画されてい
る。そのため、長期間の使用においても腐食に対して十
分な裕度を有する優秀な燃料被覆管が求められている。
このような状況から、現在、ジルカロイ燃料被覆管の耐
食性の改善が重要な研究課題の一つになっている。
[0003] However, there has been a demand for a reduction in the amount of spent fuel generated due to a recent rise in fuel reprocessing costs.
On the other hand, since the fuel cost accounts for a large proportion of the operating cost of a nuclear power plant, a higher burnup of fuel, that is, a longer life, is being planned to improve its economic efficiency. Therefore, there is a demand for an excellent fuel cladding tube having a sufficient margin against corrosion even during long-term use.
Under such circumstances, improvement of the corrosion resistance of Zircaloy fuel cladding has become one of the important research subjects at present.

【0004】ところで、ジルカロイ燃料被覆管の耐食性
に影響を与える因子としては、燃料被覆管の製造履歴や
熱処理、合金成分などといった材料因子と、溶存酸素、
中性子照射、冷却材中の不純物といった環境因子とが考
えられており、耐食性の向上のためにこれらの因子につ
いて精力的に研究が進められている。
[0004] Factors affecting the corrosion resistance of Zircaloy fuel cladding include material factors such as fuel cladding manufacturing history, heat treatment, alloying components, dissolved oxygen,
Environmental factors such as neutron irradiation and impurities in the coolant are considered, and studies are being actively conducted on these factors to improve corrosion resistance.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】本発明者らは、ジルカ
ロイ燃料被覆管の耐食性に与える水質環境因子の影響に
関する検討・研究を進めるなかで、冷却材中に存在する
微量金属がジルカロイの腐食を抑制させる可能があるこ
とを推定するに至った。そこで、これを確証するため
に、原子力プラントにおけるジルカロイ燃料被覆管の環
境を模擬した条件の下で、微量金属を共存させてジルカ
ロイの腐食試験を実施した。そして、腐食試験の結果は
前記推定が正しいことを示すものであった。また、腐食
試験で使用された試験片の分析結果からその腐食抑制メ
カニズムの解明に成功し、さらにその防止策をも得るこ
とができた。
SUMMARY OF THE INVENTION The present inventors have been conducting studies and studies on the effects of water quality environmental factors on the corrosion resistance of zircaloy fuel cladding tubes. It has been estimated that there is a possibility of suppression. Therefore, in order to confirm this, a corrosion test of zircaloy was carried out in the presence of trace metals under conditions simulating the environment of a zircaloy fuel cladding in a nuclear power plant. And the result of the corrosion test showed that the estimation was correct. In addition, the analysis results of the test pieces used in the corrosion test succeeded in elucidating the mechanism of the corrosion inhibition, and also obtained the preventive measures.

【0006】本発明者らは、原子力プラントにおけるジ
ルカロイ燃料被覆管の腐食皮膜の成長速度を調査したと
ころ、材料因子のみでは説明困難な事例に数多く遭遇し
た。つまり、全く同じ製造ロットのジルカロイ燃料被覆
管を用いたにも関わらず、同じ運転時間あたりの酸化皮
膜厚さがプラントによって全く異なる事例が数多く報告
されていた。本発明者らはこの事実からジルカロイ燃料
被覆管の腐食が確かに水質条件によって影響されている
と確信した。さらに、これらの腐食速度の相違が、プラ
ント水中の微量不純物の有無によって左右されていると
推定し、不純物濃度とジルカロイ燃料被覆管の酸化膜厚
さとの因果関係について詳細に調査を行った。その結
果、銅がジルカロイの腐食速度に影響を及ぼしており、
微量の銅が共存することによってジルカロイの腐食が抑
制されることを突き止めた。
[0006] The present inventors have investigated the growth rate of a corrosion film on a Zircaloy fuel cladding tube in a nuclear power plant, and have found many cases that are difficult to explain only by the material factors. That is, despite the use of Zircaloy fuel cladding tubes of exactly the same production lot, many cases have been reported in which the thickness of the oxide film per the same operation time is completely different depending on the plant. We believe from this fact that the corrosion of Zircaloy fuel cladding is indeed affected by water quality conditions. Furthermore, it was presumed that these differences in corrosion rate depended on the presence or absence of trace impurities in the plant water, and the causal relationship between the impurity concentration and the oxide film thickness of the Zircaloy fuel cladding was investigated in detail. As a result, copper is affecting the corrosion rate of Zircaloy,
It was found that the coexistence of a small amount of copper suppresses the corrosion of Zircaloy.

【0007】ところで、軽水炉においては、冷却材であ
り且つ減速材でもある軽水が放射線分解を起こし、様々
な短寿命ラジカル種の生成、合成、分解を経て、最終的
には水素、酸素、過酸化水素を生成する。各々の平衡濃
度は炉型や対象部位、さらには給水系の水質等によって
異なり、例えば通常水質(給水系の酸素濃度を制御しな
い場合)のBWRにおけるジルカロイ燃料被覆管部位で
は、水素:酸素:過酸化水素=50:400:200p
pb、再循環配管部位では、水素:酸素:過酸化水素=
25:200:50ppbなどの値がシミュレーション
計算によって報告されている。すなわち、この反応によ
って生成される酸素や過酸化水素が以下に示すジルカロ
イ燃料被覆管の腐食(酸化皮膜の生成)を押し進めてい
ることが示されている。 Zr + O2 → ZrO2 ところで、原子力プラントにおいては、銅は炉水中にお
いて一価、ないしは二価イオンとして存在する。一方、
燃料被覆管の表面に付着する際には価数ゼロの金属状態
で存在する場合や酸化第一銅(Cu2 O)、酸化第二銅
(CuO)で存在する場合など、原子炉内で複数のイオ
ン価数をとっている特異な元素である。そこで、本発明
者らは、上記のような酸素や過酸化水素などの酸化を進
める酸化剤が存在する水質環境下においてジルカロイ燃
料被覆管と銅とが共存した場合、銅がジルカロイ燃料被
覆管の腐食現象に対して緩衝剤として機能しているので
はないかと考えた。つまり、酸素や過酸化水素がジルカ
ロイ燃料被覆管の表面近傍に接近し、ジルカロイを酸化
させる状況において銅が共存すると、酸化剤がジルカロ
イよりも優先的に銅を酸化させてしまい、酸化剤が酸化
力を失ってしまうため結果的にジルカロイ燃料被覆管の
腐食(酸化皮膜の成長)が抑制されるのではないかと推
定したのである。また、酸化した銅はイオンとして系統
内を循環し、他の部位において還元され、再び燃料被覆
管の表面近傍に接近して同様の反応を司ると考えられ
る。銅の還元は酸化反応が起きている部位において容易
に進み、例えば配管表面などで酸化皮膜が成長されつつ
あるような状況で起き得ると推定される。
[0007] In a light water reactor, light water, which is both a coolant and a moderator, undergoes radiolysis and undergoes generation, synthesis, and decomposition of various short-lived radical species, and finally, hydrogen, oxygen, and peroxides. Generates hydrogen. Each equilibrium concentration differs depending on the furnace type, the target site, and the water quality of the water supply system. For example, in a zircaloy fuel cladding portion of a BWR of normal water quality (when the oxygen concentration of the water supply system is not controlled), hydrogen: oxygen: Hydrogen oxide = 50: 400: 200p
pb, at the recirculation piping site, hydrogen: oxygen: hydrogen peroxide =
Values such as 25: 200: 50 ppb have been reported by simulation calculations. That is, it is shown that oxygen and hydrogen peroxide generated by this reaction are promoting the corrosion (generation of an oxide film) of the Zircaloy fuel cladding tube described below. Zr + O 2 → ZrO 2 In a nuclear power plant, copper exists as monovalent or divalent ions in reactor water. on the other hand,
When it adheres to the surface of the fuel cladding tube, it may exist in a nuclear reactor, for example, when it exists in a metal state having zero valence or when it exists as cuprous oxide (Cu 2 O) or cupric oxide (CuO). Is a unique element with an ionic valence of Therefore, the present inventors have found that when a zircaloy fuel cladding tube and copper coexist in an aqueous environment in which an oxidizing agent such as oxygen or hydrogen peroxide that promotes oxidation as described above is present, copper becomes a zircaloy fuel cladding tube. We thought that it might function as a buffer against the corrosion phenomenon. In other words, when oxygen and hydrogen peroxide approach the vicinity of the surface of the zircaloy fuel cladding tube and coexist with copper in a situation where the zircaloy is oxidized, the oxidizing agent oxidizes copper preferentially over zircaloy, and the oxidizing agent becomes oxidized. It was presumed that the loss of power would result in suppression of corrosion (growth of oxide film) of the Zircaloy fuel cladding tube. Further, it is considered that the oxidized copper circulates in the system as ions, is reduced in other parts, and approaches the vicinity of the surface of the fuel cladding again to control the same reaction. It is presumed that copper reduction easily proceeds at a site where an oxidation reaction is occurring, and can occur in a situation where an oxide film is growing on, for example, a pipe surface.

【0008】上記仮説を立証するために、原子力プラン
トにおけるジルカロイ燃料被覆管の環境を模擬した条件
の下で、銅を1価イオンとして共存させて、ジルカロイ
の腐食試験を実施した。その結果、銅イオン濃度を水中
で10ppbに調整し、1000時間浸漬した条件下の
ジルカロイ模擬燃料被覆管に、確かな腐食抑制現象を見
いだした。つまり、銅イオンがない条件ではジルカロイ
模擬燃料被覆管に生成した均一酸化皮膜厚さが約1ミク
ロンであったものが、銅イオンの共存下では約0.8ミ
クロンと約20%減になっていたのである。また、模擬
燃料被覆管には僅かながら銅酸化物が付着していたが、
これには酸化第一銅(Cu2 O)ばかりでなく酸化第二
銅(CuO)も含まれていたのである。この現象は銅が
酸化されたことを意味しており、この結果としてジルカ
ロイの酸化が抑制されたと解釈される。
To prove the above hypothesis, a corrosion test of zircaloy was carried out under conditions simulating the environment of a zircaloy fuel cladding tube in a nuclear power plant, with copper coexisting as monovalent ions. As a result, a reliable corrosion inhibition phenomenon was found in the zircaloy simulated fuel cladding tube under the condition that the copper ion concentration was adjusted to 10 ppb in water and immersed for 1000 hours. In other words, the thickness of the uniform oxide film formed on the simulated Zircaloy fuel cladding tube under the condition of no copper ions was about 1 micron, but under the coexistence of copper ions, it was reduced by about 20 microns to about 0.8 micron. It was. In addition, copper oxide was slightly attached to the simulated fuel cladding,
This included not only cuprous oxide (Cu 2 O) but also cupric oxide (CuO). This phenomenon means that copper was oxidized, and as a result, it was interpreted that oxidation of zircaloy was suppressed.

【0009】上述した一連の推定及び確証試験によっ
て、ジルカロイ燃料被覆管の腐食は銅が共存することに
よって抑制されることが明らかになった。また、その腐
食メカニズムは発明者が推定したように、銅が複数のイ
オン価数を取るためにジルカロイ燃料被覆管の腐食現象
に関して緩衝剤として機能するためと推定され、銅を共
存させることによってジルカロイ燃料被覆管の腐食を抑
制することができるとの確信を得た。
[0009] From the above series of estimation and confirmation tests, it was found that corrosion of the Zircaloy fuel cladding is suppressed by the coexistence of copper. In addition, the corrosion mechanism is presumed to be due to the fact that copper takes a plurality of ionic valences to function as a buffer for the corrosion phenomenon of the Zircaloy fuel cladding tube, as estimated by the inventors. I was convinced that the corrosion of the fuel cladding tube could be suppressed.

【0010】このようにジルカロイ燃料被覆管の腐食を
抑制するために銅の共存が有効であることが判明した
が、従来の原子力プラント、例えばBWRにおいては、
復水器の材料に銅と亜鉛との合金である真鍮が用いれら
れており、その結果として炉水中の銅濃度が高くなって
前記腐食抑制作用が生じていたに過ぎなかった。
As described above, it has been found that coexistence of copper is effective for suppressing corrosion of the Zircaloy fuel cladding tube. However, in a conventional nuclear power plant, for example, BWR,
Brass, which is an alloy of copper and zinc, is used as the material of the condenser, and as a result, the copper concentration in the reactor water has increased, and the above-described corrosion inhibiting effect has only occurred.

【0011】そこで、本発明の目的は、腐食抑制機能を
有する金属元素を積極的に利用してジルカロイ燃料被覆
管の腐食を防止することができる原子力プラントを提供
することにある。
An object of the present invention is to provide a nuclear power plant capable of preventing corrosion of a Zircaloy fuel cladding tube by positively utilizing a metal element having a corrosion inhibiting function.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】上述したように銅が共存
することによってジルカロイ燃料被覆管の腐食が抑制さ
れることが判明したが、銅以外にも、燃料被覆管の使用
環境下において複数のイオン価数を取り得る元素が存在
するので、このような銅以外の元素もまた銅と同様のメ
カニズムによってジルカロイ燃料被覆管の腐食を抑制し
得るものと考えられる。
As described above, it has been found that the coexistence of copper suppresses the corrosion of the Zircaloy fuel cladding tube. Since there are elements that can have an ionic valence, it is considered that such elements other than copper can also suppress corrosion of the Zircaloy fuel cladding tube by the same mechanism as copper.

【0013】そこで、燃料被覆管の使用環境における各
元素の電位−pH図を調査したところ、銅(Cu)に加
えて、セリウム(Ce)、チタン(Ti)、バナジウム
(V)、クロム(Cr)、タングステン(W)、マンガ
ン(Mn)、鉄(Fe)、錫(Sn)、鉛(Pb)にお
いても同様の効果が期待できることが判明した。
[0013] Then, when the potential-pH diagram of each element in the use environment of the fuel cladding tube was investigated, in addition to copper (Cu), cerium (Ce), titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr) ), Tungsten (W), manganese (Mn), iron (Fe), tin (Sn), and lead (Pb).

【0014】図1は、300℃における銅−水系の電位
−pH図の計算例である。ここで、温度を300℃とし
たのはBWRにおける燃料被覆管の使用環境を想定した
ものである。電位−pH図は、熱力学的な手法によっ
て、pHと電位で規定される特定の環境において、銅が
存在した場合に銅のどの形態が安定であるかを表してい
る。なお、図1は、銅の濃度が10-6(mol/l)の
条件で計算されている。図1において横軸は300℃に
おけるpHを示しており、BWRの温度条件で不純物を
含まない系では約5.5となる。また、縦軸は水素基準
電極に対する材料の電位を示しており、材料毎に異なる
が通常のBWRの炉水環境では、例えばステンレス鋼で
0Vから0.1Vなどの値が多く報告されている。ま
た、ジルカロイについては従来報告例はなかったが、ス
テンレス鋼とほぼ同様の値を示すことを本発明者らは実
験的に確認した。つまり、300℃の水中におけるステ
ンレス鋼やジルカロイ表面では、銅が一価としてイオン
(Cu+ )もしくは酸化物(Cu2 O)として存在する
か、二価としてイオン(Cu2+)もしくは酸化物(Cu
O)ないしは水酸化物(Cu(OH)2 )として存在す
るかの境界近傍であることがわかる。つまり、銅は電位
によって容易にイオン価数が移行する状況にある。この
結果、ジルカロイと銅が共存すると酸化剤である酸素や
過酸化水素は銅を優先的に酸化させ、ジルカロイの腐食
を抑制すると考えられる。また、銅以外の他の元素につ
いてもほぼ同様な状況にあり、同じメカニズムによって
同様な効果が得られる。
FIG. 1 is a calculation example of a potential-pH diagram of a copper-water system at 300 ° C. Here, the reason why the temperature is set to 300 ° C. is based on the assumption of the use environment of the fuel cladding tube in the BWR. The potential-pH diagram shows, by a thermodynamic method, which form of copper is stable when copper is present in a specific environment defined by pH and potential. FIG. 1 is calculated under the condition that the copper concentration is 10 −6 (mol / l). In FIG. 1, the horizontal axis indicates the pH at 300 ° C., which is about 5.5 in a system containing no impurities under the temperature condition of BWR. The vertical axis indicates the potential of the material with respect to the hydrogen reference electrode. Although different for each material, in a normal BWR reactor water environment, for example, values of 0 V to 0.1 V for stainless steel have been reported. In addition, although there has been no report on Zircaloy in the past, the present inventors have experimentally confirmed that it shows almost the same value as that of stainless steel. That is, on the surface of stainless steel or zircaloy in water at 300 ° C., copper exists as ions (Cu + ) or oxides (Cu 2 O) as monovalent, or ions (Cu 2+ ) or oxides as divalent. Cu
It can be seen that it is near the boundary of whether it exists as O) or hydroxide (Cu (OH) 2 ). In other words, copper is in a situation where the ionic valence easily changes depending on the potential. As a result, it is considered that when zircaloy and copper coexist, oxygen and hydrogen peroxide, which are oxidizing agents, preferentially oxidize copper and suppress corrosion of zircaloy. In addition, other elements other than copper are in almost the same situation, and the same effect can be obtained by the same mechanism.

【0015】ところで、ジルカロイ燃料被覆管と共存さ
せる当該金属元素の濃度は高ければより効果的という訳
ではない。これは、高温水中でのその物質の溶解度によ
って規定されるからである。つまり、炉水中においてそ
の物質の溶解度を超えた濃度で存在するとそれらは析出
反応を起こす。特にBWRの燃料表面では沸騰に伴って
濃縮現象が生じるためにこの析出現象が顕著である。こ
こで、高温水中における各物質の溶解度データについて
はすべてのデータが得られている訳ではなく、また既に
得られているデータにおいてもそれらの信頼性は残念な
がら完全とは言えない。そこで、発明者は、高温水中に
おける熱力学データを検討し、燃料表面における濃縮現
象が生じている環境下でも析出が起きない濃度範囲を算
定し、さらに安全係数を見込んで5ppbという値を得
た。つまり、この濃度以下であるならば燃料表面に析出
することなくジルカロイ燃料被覆管と当該金属元素とを
共存させることができることになる。
By the way, the higher the concentration of the metal element coexisting with the Zircaloy fuel cladding tube, the more effective it is not necessarily. This is because it is defined by the solubility of the substance in high temperature water. That is, if they exist in the reactor water at a concentration exceeding the solubility of the substance, they cause a precipitation reaction. In particular, since the enrichment phenomenon occurs with boiling on the fuel surface of BWR, this precipitation phenomenon is remarkable. Here, not all data on the solubility data of each substance in high-temperature water has been obtained, and even with the data already obtained, their reliability is unfortunately not complete. Therefore, the inventor examined thermodynamic data in high-temperature water, calculated a concentration range in which precipitation did not occur even in an environment in which enrichment occurred on the fuel surface, and obtained a value of 5 ppb in view of a safety factor. . That is, if the concentration is not more than this, the Zircaloy fuel cladding tube and the metal element can coexist without depositing on the fuel surface.

【0016】燃料被覆管の使用環境下において共存させ
ることによりジルカロイ燃料被覆管の腐食抑制剤となる
前述の金属元素は、放射化によって二次的な放射能を発
生させないように予め同位体比を調整したものであるこ
とが望ましい。ここで、「同位体比を調整する」ことの
意味についてクロムを例にとって説明する。自然界にお
いてクロムは50Cr、52Cr、53Cr、54Crが各々
4.3、83.8、9.5、2.4%の割合で存在して
いる。この天然の存在比のままのクロムを原子力プラン
トに供給すると、放射化反応によって50Crから51
r、54Crから55Crの各放射性同位元素が生成され
る。これらの放射性同位元素は、高エネルギーのガンマ
線を大量に発生する有害物質である。そこで、原子力プ
ラントに供給する前に、予め遠心分離法などによって同
位体分離を行い、50Cr及び54Crを除外して52Cr及
53Crのみにすることによって、二次的な放射能の発
生を阻止することができる。このような方法を「同位体
比の調整」とここでは定義するものである。
The above-mentioned metal element which becomes a corrosion inhibitor of the Zircaloy fuel cladding tube by coexisting in the use environment of the fuel cladding tube has an isotope ratio in advance so as not to generate secondary radioactivity by activation. It is desirable that they be adjusted. Here, the meaning of “adjusting the isotope ratio” will be described by taking chromium as an example. Chromium is present in a proportion of each 4.3,83.8,9.5,2.4 percent 50 Cr, 52 Cr, 53 Cr , 54 Cr in nature. Supplying chromium remains abundance of naturally nuclear plant, from 50 Cr by radiation reaction 51 C
Each radioisotope from r, 54 Cr 55 Cr is generated. These radioisotopes are harmful substances that generate large amounts of high-energy gamma rays. Therefore, before supplying to the nuclear power plant, secondary radioactivity is generated by preliminarily isotopic separation by centrifugation, etc., and excluding 50 Cr and 54 Cr to only 52 Cr and 53 Cr. Can be prevented. Such a method is defined herein as “adjustment of the isotope ratio”.

【0017】請求項1記載の発明による原子力プラント
は、ジルカロイ燃料被覆管を有する原子力プラントにお
いて、前記ジルカロイ燃料被覆管の使用環境下において
前記ジルカロイ燃料被覆管の腐食を抑制する金属元素を
前記ジルカロイ燃料被覆管の表面近傍に存在させるよう
にしたことを特徴とする。
In a nuclear power plant according to the present invention, there is provided a nuclear power plant having a zircaloy fuel cladding tube, wherein the zircaloy fuel cladding tube is provided with a metal element which suppresses corrosion of the zircaloy fuel cladding tube in a use environment of the zircaloy fuel cladding tube. It is characterized in that it is made to exist near the surface of the cladding tube.

【0018】請求項2記載の発明による原子力プラント
は、前記金属元素は前記ジルカロイ燃料被覆管の使用環
境下において複数のイオン価数を取り得ることを特徴と
する。
The nuclear power plant according to the second aspect of the present invention is characterized in that the metal element can have a plurality of ionic valences in an environment in which the zircaloy fuel cladding tube is used.

【0019】請求項3記載の発明による原子力プラント
は、前記金属元素はセリウム(Ce)、チタン(T
i)、バナジウム(V)、クロム(Cr)、タングステ
ン(W)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、銅(C
u)、錫(Sn)、鉛(Pb)の一群から選ばれた1種
類又は2種類以上の元素であることを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, in the nuclear power plant, the metal elements are cerium (Ce), titanium (T
i), vanadium (V), chromium (Cr), tungsten (W), manganese (Mn), iron (Fe), copper (C
u), tin (Sn), and lead (Pb).

【0020】請求項4記載の発明による原子力プラント
は、複数のイオン価数を取り得る前記金属元素の同位体
比を調整し、前記金属元素の放射化による二次的な放射
能の発生を抑制するようにしたことを特徴とする。
In the nuclear power plant according to the present invention, the isotope ratio of the metal element capable of taking a plurality of ion valences is adjusted to suppress the generation of secondary radioactivity due to the activation of the metal element. It is characterized by doing.

【0021】請求項5記載の発明による原子力プラント
は、前記金属元素は前記ジルカロイ燃料被覆管の使用前
に予め前記ジルカロイ燃料被覆管の表面に付与されたこ
とを特徴とする。
A nuclear power plant according to a fifth aspect of the present invention is characterized in that the metal element is previously applied to the surface of the Zircaloy fuel cladding tube before using the Zircaloy fuel cladding tube.

【0022】請求項6記載の発明による原子力プラント
は、前記金属元素はレーザークラッディング、メッキ、
ドライプレーティング、溶射、イオン注入、ライニング
のうちの1又は2以上の技術を用いて前記ジルカロイ燃
料被覆管の表面に付与されたことを特徴とする。
In the nuclear power plant according to the present invention, the metal element may be formed by laser cladding, plating,
The Zircaloy fuel cladding is applied to the surface of the Zircaloy fuel cladding tube using one or more of dry plating, thermal spraying, ion implantation, and lining.

【0023】請求項7記載の発明による原子力プラント
は、前記イオン注入技術によって前記ジルカロイ燃料被
覆管の表面に前記金属元素を注入する場合に注入量を1
×1017個/cm2 以下にしたことを特徴とする。
According to a seventh aspect of the present invention, in the nuclear power plant, when the metal element is injected into the surface of the Zircaloy fuel cladding tube by the ion injection technique, the injection amount is one.
× 10 17 / cm 2 or less.

【0024】請求項8記載の発明による原子力プラント
は、前記ライニング技術によって前記ジルカロイ燃料被
覆管の表面に100ミクロン以下の厚さの前記金属元素
の薄膜を形成したことを特徴とする。
The nuclear power plant according to the present invention is characterized in that a thin film of the metal element having a thickness of 100 μm or less is formed on the surface of the Zircaloy fuel cladding tube by the lining technique.

【0025】請求項9記載の発明による原子力プラント
は、前記原子力プラントの系統内において前記金属元素
を発生させる金属元素発生装置を有することを特徴とす
る。請求項10記載の発明による原子力プラントは、前
記金属元素発生装置は、前記金属元素を金属、酸化物、
水素化物ないしは水酸化物、或いは金属酸塩のように水
素及び酸素の一方若しくは両方を含む化合物のいずれか
の状態として前記原子力プラントの高温系に設置して高
温水を通水し、腐食放出反応によって前記金属元素を前
記高温水中に放出させるようにしたことを特徴とする。
A nuclear power plant according to a ninth aspect of the present invention is characterized in that the nuclear power plant has a metal element generator for generating the metal element in a system of the nuclear power plant. The nuclear power plant according to the invention of claim 10, wherein the metal element generator includes a metal, an oxide,
A hydride or hydroxide, or a compound containing one or both of hydrogen and oxygen, such as a metal salt, is installed in the high-temperature system of the nuclear power plant and is allowed to pass high-temperature water to cause a corrosion release reaction. Thereby releasing the metal element into the high-temperature water.

【0026】請求項11記載の発明による原子力プラン
トは、前記金属元素発生装置は金属メッシュスクリーン
を有するカラムを備えており、前記金属元素は前記金属
メッシュスクリーンによって前記カラムの内部に保持さ
れていることを特徴とする。請求項12記載の発明によ
る原子力プラントは、前記金属元素を微粒子化し、その
粒径が0.1mmから1mmの間に分布するように粒度
調整したことを特徴とする。
In the nuclear power plant according to the present invention, the metal element generating device includes a column having a metal mesh screen, and the metal element is held inside the column by the metal mesh screen. It is characterized by. A nuclear power plant according to a twelfth aspect of the invention is characterized in that the metal element is finely divided and the particle size is adjusted so that the particle size is distributed between 0.1 mm and 1 mm.

【0027】請求項13記載の発明による原子力プラン
トは、粒度調整された前記金属元素を溶融温度の半分以
上の温度で焼成して焼結状態にしたことを特徴とする。
A nuclear power plant according to a thirteenth aspect of the present invention is characterized in that the metal element whose particle size has been adjusted is fired at a temperature equal to or more than half the melting temperature to be in a sintered state.

【0028】請求項14記載の発明による原子力プラン
トは、前記金属元素発生装置に対して並列にバイパスラ
インを設け、このバイパスラインの途中に流量調節バル
ブを設け、この流量調節バルブの開閉度を調節して前記
金属元素発生装置内を流れる高温水の流量を調節し、こ
れによって前記金属元素の発生量を制御する濃度制御装
置を設けたことを特徴とする。
According to a fourteenth aspect of the present invention, in the nuclear power plant, a bypass line is provided in parallel with the metal element generator, a flow control valve is provided in the middle of the bypass line, and the degree of opening and closing of the flow control valve is controlled. A concentration controller for controlling the flow rate of the high-temperature water flowing in the metal element generator and thereby controlling the amount of the metal element generated.

【0029】請求項15記載の発明による原子力プラン
トは、前記金属元素発生装置に対して直列に高圧ポンプ
を設け、この高圧ポンプの流量を調節して前記金属元素
発生装置内を流れる高温水の流量を調節し、これによっ
て前記金属元素の発生量を制御する濃度制御装置を設け
たことを特徴とする。
In the nuclear power plant according to the fifteenth aspect, a high-pressure pump is provided in series with the metal element generator, and the flow rate of the high-pressure pump is adjusted to control the flow rate of high-temperature water flowing in the metal element generator. And a concentration control device for controlling the amount of generation of the metal element.

【0030】請求項16記載の発明による原子力プラン
トは、前記原子力プラントは再循環ラインを有する沸騰
水型原子炉であり、前記金属元素発生装置は、前記沸騰
水型原子炉における系統のうち、炉水又は炉水と略等温
の高温水が流れている系統に設けられており、前記濃度
制御装置は、前記再循環ラインを流れる炉水中の前記金
属元素の濃度を測定し、その測定値に応じて前記流量調
節バルブの開閉度又は前記高圧ポンプの流量を調節して
炉水中の前記金属元素の濃度を制御することを特徴とす
る。
The nuclear power plant according to the present invention is characterized in that the nuclear power plant is a boiling water reactor having a recirculation line, and the metal element generating device is a reactor of a system in the boiling water reactor. Water or reactor water is provided in a system in which high-temperature water that is substantially isothermal is flowing, the concentration control device measures the concentration of the metal element in the reactor water flowing through the recirculation line, and according to the measured value, Adjusting the opening / closing degree of the flow rate control valve or the flow rate of the high-pressure pump to control the concentration of the metal element in the reactor water.

【0031】請求項17記載の発明による原子力プラン
トは、前記炉水又は炉水と略等温の高温水が流れている
系統は、再循環ライン、給水ライン、炉水浄化ラインの
いずれかの系統であることを特徴とする。
In the nuclear power plant according to the seventeenth aspect of the present invention, the reactor water or the system through which high-temperature water having substantially the same temperature as the reactor water flows may be any one of a recirculation line, a water supply line, and a reactor water purification line. There is a feature.

【0032】請求項18記載の発明による原子力プラン
トは、前記濃度制御装置はイオンクロマトグラフィによ
って前記金属元素の濃度を測定することを特徴とする。
The nuclear power plant according to the present invention is characterized in that the concentration controller measures the concentration of the metal element by ion chromatography.

【0033】請求項19記載の発明による原子力プラン
トは、2台の前記金属元素発生装置を並列に設けたこと
を特徴とする。
The nuclear power plant according to the invention of claim 19 is characterized in that two said metal element generating devices are provided in parallel.

【0034】請求項20記載の発明による原子力プラン
トは、前記原子力プラントの系統外から前記金属元素を
系統内に注入する金属元素注入装置を有することを特徴
とする。
A nuclear power plant according to a twentieth aspect of the present invention is characterized in that the nuclear power plant has a metal element injection device for injecting the metal element into the system from outside the system of the nuclear power plant.

【0035】請求項21記載の発明による原子力プラン
トは、前記金属元素注入装置は、前記金属元素を酸化
物、水素化物ないしは水酸化物、或いは金属酸塩のよう
に水素及び酸素の一方若しくは両方を含む化合物のいず
れかの状態の原料を溶液状態又はスラリー状態に変態さ
せた後に前記原子力プラントの系統内に注入するように
したことを特徴とする。
According to a twenty-first aspect of the present invention, in the nuclear power plant, the metal element injecting device may include one or both of hydrogen and oxygen, such as an oxide, a hydride or a hydroxide, or a metal salt. The raw material in any state of the contained compound is transformed into a solution state or a slurry state and then injected into the nuclear power plant system.

【0036】請求項22記載の発明による原子力プラン
トは、前記原料は1ミクロン以下の微粉末状であること
を特徴とする。
A nuclear power plant according to a twenty-second aspect of the present invention is characterized in that the raw material is in the form of fine powder of 1 micron or less.

【0037】請求項23記載の発明による原子力プラン
トは、前記金属元素注入装置は、微粉末状の前記原料を
含んだ液体を蓄えたタンクと、このタンク内の液体を強
制的に攪拌して前記原料の沈降を防止するインペラーと
を備えていることを特徴とする。
According to a twenty-third aspect of the present invention, in the nuclear power plant, the metal element injection device includes a tank storing a liquid containing the raw material in the form of a fine powder, and the liquid in the tank is forcibly stirred. And an impeller for preventing sedimentation of the raw material.

【0038】請求項24記載の発明による原子力プラン
トは、前記金属元素注入装置は、前記金属元素からなる
金属板又は前記金属元素を一部に含む金属板によって構
成された複数の電極を有する電解槽を備えており、前記
電極に直流電圧を印加して前記金属元素をイオン化する
ようにしたことを特徴とする。
In the nuclear power plant according to the present invention, the metal element injection device has a plurality of electrodes constituted by a metal plate made of the metal element or a metal plate partially containing the metal element. And applying a DC voltage to the electrode to ionize the metal element.

【0039】請求項25記載の発明による原子力プラン
トは、前記電極に印加する直流電圧の極性を所定時間毎
に切り換えて前記複数の電極の減肉を均一化するように
したことを特徴とする。
The nuclear power plant according to the twenty-fifth aspect of the present invention is characterized in that the polarity of the DC voltage applied to the electrodes is switched at predetermined time intervals so that the thinning of the plurality of electrodes is made uniform.

【0040】請求項26記載の発明による原子力プラン
トは、前記電解槽内の電解液の中に予め炭酸ガスを溶解
させて電解液を電解質として電極反応を促進するように
したことを特徴とする。
The nuclear power plant according to the twenty-sixth aspect is characterized in that carbon dioxide gas is dissolved in the electrolyte in the electrolytic cell in advance, and the electrode reaction is promoted by using the electrolyte as an electrolyte.

【0041】請求項27記載の発明による原子力プラン
トは、電極反応後の電解液中に脱気ガスを注入して電解
液中に溶解している炭酸ガスを脱気するようにしたこと
を特徴とする。
In the nuclear power plant according to the twenty-seventh aspect, a degassing gas is injected into the electrolytic solution after the electrode reaction to degas carbon dioxide gas dissolved in the electrolytic solution. I do.

【0042】請求項28記載の発明による原子力プラン
トは、前記金属元素注入装置に対して直列に流量調節バ
ルブを設け、この流量調節バルブの開閉度を調節して前
記金属元素の注入量を制御する濃度制御装置を設けたこ
とを特徴とする。
In the nuclear power plant according to the twenty-eighth aspect, a flow rate control valve is provided in series with the metal element injection apparatus, and the opening degree of the flow rate control valve is adjusted to control the injection amount of the metal element. A concentration control device is provided.

【0043】請求項29記載の発明による原子力プラン
トは、前記金属元素注入装置に対して直列に注入ポンプ
を設け、この注入ポンプの流量を調節して前記金属元素
の注入量を制御する濃度制御装置を設けたことを特徴と
する。
In the nuclear power plant according to the invention, an injection pump is provided in series with the metal element injection device, and a concentration control device for controlling the injection amount of the metal element by adjusting the flow rate of the injection pump. Is provided.

【0044】請求項30記載の発明による原子力プラン
トは、前記原子力プラントは再循環ラインを有する沸騰
水型原子炉であり、前記濃度制御装置は、前記再循環ラ
インを流れる炉水中の前記金属元素の濃度を測定し、そ
の測定値に応じて前記流量調節バルブの開閉度又は前記
高圧ポンプの流量を調節して炉水中の前記金属元素の濃
度を制御することを特徴とする。
In the nuclear power plant according to the present invention, the nuclear power plant is a boiling water reactor having a recirculation line, and the concentration control device is configured to control the concentration of the metal element in the reactor water flowing through the recirculation line. The concentration of the metal element in the furnace water is controlled by measuring the concentration and adjusting the opening / closing degree of the flow control valve or the flow rate of the high-pressure pump according to the measured value.

【0045】請求項31記載の発明による原子力プラン
トは、前記金属元素注入装置は、再循環ライン、給水ラ
イン、炉水浄化ライン等の高温系、或いは復水浄化ライ
ン等の低温系のいずれかの系統に前記金属元素を注入す
る特徴とする。
In the nuclear power plant according to the present invention, the metal element injection device may be any one of a high-temperature system such as a recirculation line, a water supply line, a reactor water purification line, or a low-temperature system such as a condensate purification line. A feature is that the metal element is injected into a system.

【0046】請求項32記載の発明による原子力プラン
トは、炉水中における前記金属元素の濃度を5ppb以
下に制限したことを特徴とする。
A nuclear power plant according to the invention of claim 32 is characterized in that the concentration of the metal element in the reactor water is limited to 5 ppb or less.

【0047】[0047]

【発明の実施の形態】第1の実施形態 以下、本発明による原子力プラントの第1実施形態につ
いて図面を参照して説明する。本実施形態においては、
レーザークラッディング、メッキ、ドライプレーティン
グ、溶射、イオン注入、ライニングなどの技術を用い
て、ジルカロイ燃料被覆管の表面に上述した腐食抑制剤
となる当該金属元素を予め付与することを特徴とする。
以下、ジルカロイ燃料被覆管の表面に当該金属元素を付
与する方法について説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS First Embodiment Hereinafter, a first embodiment of a nuclear power plant according to the present invention will be described with reference to the drawings. In the present embodiment,
The metal element serving as the above-described corrosion inhibitor is preliminarily applied to the surface of the Zircaloy fuel cladding tube using a technique such as laser cladding, plating, dry plating, thermal spraying, ion implantation, and lining.
Hereinafter, a method for providing the metal element to the surface of the Zircaloy fuel cladding tube will be described.

【0048】まず、レーザークラッディングによる施工
方法について説明する。レーザークラッディングは当該
金属元素の金属粉末をバインダに溶かしてペースト状に
して対象部位に塗布し、その後、レーザービームを照射
してクラッド合金層を形成する工法である。腐食防止効
果を高めるためには燃料被覆管の全面に合金層を薄く形
成するのが最も効果的であるが、燃料被覆管の表面の一
部に当該金属元素を付与した場合でも腐食防止効果を得
ることができるので、合金層をスポット的に加工した
り、或いは燃料被覆管の軸方向に一本ないし数本の線状
に加工しても良い。また、レーザー源としてはYAG(Y
ttrium Aluminuim Garnet)レーザが現行では最も優れて
いる。図2はレーザークラッディングによる施工方法を
概念的に示しており、この方法は点線源であるために母
材への影響が少ないという特徴がある。
First, a construction method using laser cladding will be described. Laser cladding is a method of forming a clad alloy layer by dissolving a metal powder of the metal element in a binder, applying the paste to a target site, and then irradiating a laser beam. In order to enhance the corrosion prevention effect, it is most effective to form a thin alloy layer on the entire surface of the fuel cladding tube.However, even when the metal element is applied to a part of the surface of the fuel cladding tube, the corrosion prevention effect is obtained. Since it can be obtained, the alloy layer may be processed in a spot-like manner, or may be processed into one or several lines in the axial direction of the fuel cladding tube. In addition, YAG (Y
ttrium Aluminuim Garnet) lasers are currently the best. FIG. 2 conceptually shows a construction method using laser cladding. This method has a feature that it has little influence on a base material because it is a point source.

【0049】次に、メッキによる施工方法について説明
する。メッキは電気化学的に当該金属元素を対象部位に
析出させる工法であり、燃料被覆管の表面の全面に当該
金属元素を付与することができる。当該金属元素は硫酸
塩、アンモニウム塩、シアン化合物、エチレンジアミン
化合物、EDTA化合物などとしてメッキ槽に満たし、
対象部材を浸漬して施工する。図3はメッキ槽の一例を
示しており、メッキ槽1は、当該金属よりなる陽極2
と、陰極3とが挿入されており、陽極2と陰極3との間
には所定の電圧が印加されている。また、陽極2と陰極
3との間には隔膜4が介装されている。さらに、メッキ
槽1の下部には、メッキ施工層の均一化を図るために空
気パイプ5が設けられている。そして、施工対象部材は
隔膜4の内側に浸漬されて処理される。
Next, an application method by plating will be described. Plating is a method of electrochemically depositing the metal element on a target portion, and the metal element can be applied to the entire surface of the fuel cladding tube. The metal element fills the plating tank as a sulfate, ammonium salt, cyanide, ethylenediamine compound, EDTA compound, etc.
The target member is immersed for construction. FIG. 3 shows an example of a plating tank, and a plating tank 1 includes an anode 2 made of the metal.
And the cathode 3 are inserted, and a predetermined voltage is applied between the anode 2 and the cathode 3. Further, a diaphragm 4 is interposed between the anode 2 and the cathode 3. Further, an air pipe 5 is provided below the plating tank 1 to make the plating layer uniform. Then, the construction target member is immersed inside the diaphragm 4 and processed.

【0050】次に、ドライプレーティングによる施工方
法について説明する。ドライプレーティングは乾式で当
該金属膜を対象部位に形成させる工法であり、燃料被覆
管の全面に当該金属元素を付与することができる。ドラ
イプレーティング方法をさらに細かく分類すると、金属
を気化させて固体表面で凝縮させる蒸着法、雰囲気ガス
中で気体放電を起こさせ、蒸発粒子をイオン化させて活
性にして成膜させるイオンプレーティング法、当該金属
元素を金属状態でターゲットとし、電極間に高電圧を印
加して放電を起こさせて対象部位に薄膜を形成させるス
パッタリング法などがある。図4はスパッタリング装置
の概念図を示し、スパッタリング装置10は当該金属で
形成されたターゲット11を備えている。このターゲッ
ト11に対向するようにホルダー12が配置されてお
り、このホルダー12上に対象部材13が載置されてい
る。ターゲット11及びホルダー12は絶縁体14によ
って真空容器15から絶縁されており、さらに、スパッ
タリング効率を高めるためにターゲット11及びホルダ
ー12の周囲にはシールド16が設けられている。そし
て、ターゲット11には直流電源17によって高電圧が
印加され、ターゲット11を構成する当該金属がプラズ
マ化し、対象部材13に付着して薄膜を形成する。
Next, a construction method by dry plating will be described. Dry plating is a method in which the metal film is formed on a target portion by a dry method, and the metal element can be applied to the entire surface of the fuel cladding tube. The dry plating method is further classified into a vapor deposition method in which a metal is vaporized and condensed on a solid surface, an ion plating method in which a gas discharge is caused in an atmosphere gas, ionized vapor particles are activated by ionization, and a film is formed. There is a sputtering method in which a metal element is used as a target in a metal state, a high voltage is applied between the electrodes to cause a discharge, and a thin film is formed on a target portion. FIG. 4 is a conceptual diagram of a sputtering apparatus, and the sputtering apparatus 10 includes a target 11 formed of the metal. A holder 12 is arranged so as to face the target 11, and a target member 13 is placed on the holder 12. The target 11 and the holder 12 are insulated from the vacuum vessel 15 by an insulator 14, and a shield 16 is provided around the target 11 and the holder 12 to increase the sputtering efficiency. Then, a high voltage is applied to the target 11 by the DC power supply 17, and the metal constituting the target 11 is turned into plasma and adheres to the target member 13 to form a thin film.

【0051】次に、溶射による施工方法について説明す
る。溶射は、当該金属を加熱し、溶融又はそれに近い状
態にして素地に吹き付けて皮膜を形成する工法である。
また、燃料被覆管への溶射にあたっては最も高温状態が
得られるプラズマ溶射が最適である。このプラズマ溶射
は、生成される皮膜が高密度であり、密着性が良好であ
るなどの特徴を備えている。図5はプラズマ溶射の原理
を示した概念図であり、溶射装置20は陽極であるプラ
ズマトーチ21を備え、このプラズマトーチ21の中に
陰極22が設けられている。そして、金属供給路23を
経由して粉末状の当該金属Mが供給され、作動ガスGに
よってプラズマジェットPが噴射される。溶射された材
料は対象部材24の表面に付着して皮膜を形成する。さ
らに、この溶射装置20は、プラズマの指向性を高める
ために対象部材24を陽極としている。
Next, an application method by thermal spraying will be described. Thermal spraying is a method in which the metal is heated, melted or brought into a state close to it, and sprayed onto a substrate to form a film.
For thermal spraying on the fuel cladding tube, plasma spraying, which can obtain the highest temperature, is optimal. This plasma spraying has features such as a high density of the film to be formed and good adhesion. FIG. 5 is a conceptual diagram showing the principle of plasma spraying. A spraying apparatus 20 includes a plasma torch 21 as an anode, and a cathode 22 is provided in the plasma torch 21. Then, the metal M in powder form is supplied via the metal supply path 23, and the plasma gas P is jetted by the working gas G. The sprayed material adheres to the surface of the target member 24 to form a film. Further, the thermal spraying apparatus 20 uses the target member 24 as an anode in order to enhance the directivity of the plasma.

【0052】次に、イオン注入による施工方法について
説明する。イオン注入は、当該金属元素をイオン化した
後に電界によって加速し、対象部材の表面に衝突させて
打ち込むという物理的現象を利用するものである。この
イオン注入技術は、例えばニッケルイオンの注入によっ
て材料の摩耗を抑制することを利用した工具鋼への適用
や、チタン合金へのバリウムイオンの注入による耐食性
の向上などが報告されており、既に様々な分野において
適用されている。イオン注入法では、注入量を表す単位
として単位面積当たりの注入されたイオン数(個/cm
2 )が良く用いられる。目安としては1×1017個/c
2 の注入量は10原子%程度の表面組成に対応すると
考えられている。当該金属元素を燃料被覆管に付与する
に当たっては表面に10%程度の当該金属元素を含有す
る皮膜が形成されていれば十分と考えられるので、本工
法を用いる場合には1×1017個/cm2 が注入量の上
限となる。イオン注入の際には、注入されたイオンと対
象部材の原子と直接弾性衝突、及び直接弾性衝突後に生
じるカスケード衝突によって、対象部材内に多数の点欠
陥や2次欠陥が導入され、いわゆる照射損傷が引き起こ
される可能性がある。そこで、本工法を適用する際に
は、イオン注入後に対象部材に対して熱処理による焼鈍
操作を加えることが好ましい。
Next, a construction method by ion implantation will be described. The ion implantation utilizes a physical phenomenon in which the metal element is ionized, accelerated by an electric field, and colliding with and hitting the surface of the target member. This ion implantation technology has been reported to be applied to tool steel, for example, by using the suppression of material wear by nickel ion implantation, and to improve corrosion resistance by barium ion implantation into titanium alloys. Applied in various fields. In the ion implantation method, the number of implanted ions per unit area (pieces / cm
2 ) is often used. As a guide, 1 × 10 17 pieces / c
It is believed that the injection amount of m 2 corresponds to a surface composition of about 10 atomic%. In applying the metal element to the fuel cladding tube, it is considered sufficient if a film containing the metal element of about 10% is formed on the surface. Therefore, when this method is used, 1 × 10 17 / cm 2 is the upper limit of the injection amount. At the time of ion implantation, a large number of point defects and secondary defects are introduced into the target member due to direct elastic collision of the implanted ions with atoms of the target member and cascade collision occurring after the direct elastic collision, resulting in so-called irradiation damage. Can be caused. Therefore, when applying this method, it is preferable to perform an annealing operation by heat treatment on the target member after ion implantation.

【0053】次に、ライニングとは、当該金属元素を金
属状態とし、圧延して製作した薄膜を燃料被覆管の外側
に被覆する工法である。薄膜の厚さは100ミクロン程
度で十分であると考えられる。
Next, the lining is a method in which the metal element is brought into a metal state, and a thin film produced by rolling is coated on the outside of the fuel cladding tube. It is considered that a thickness of the thin film of about 100 microns is sufficient.

【0054】以上述べたように本実施形態によれば、ジ
ルカロイ燃料被覆管の使用前に、予め、ジルカロイ燃料
被覆管の表面に腐食抑制剤として機能する金属元素を付
与したので、この金属元素によって使用中のジルカロイ
燃料被覆管の腐食を防止することができる。
As described above, according to the present embodiment, before the use of the zircaloy fuel cladding tube, the metal element functioning as a corrosion inhibitor is applied to the surface of the zircaloy fuel cladding tube in advance. Corrosion of the Zircaloy fuel cladding tube during use can be prevented.

【0055】第2の実施形態 次に、本発明による原子力プラントの第2実施形態につ
いて図面を参照して説明する。本実施形態による原子力
プラントは、当該金属元素を金属、酸化物、水素化物な
いし水酸化物、或いは金属酸塩のように水素と酸素の一
方、もしくは両者を含む化合物のいずれかの状態とし、
原子力プラントの高温系に設置して高温水を通水させ、
腐食放出反応によって所定濃度を得るようにしたことを
特徴としている。
Second Embodiment Next, a second embodiment of the nuclear power plant according to the present invention will be described with reference to the drawings. In the nuclear power plant according to the present embodiment, the metal element is in a state of a metal, an oxide, a hydride or a hydroxide, or a compound containing one or both of hydrogen and oxygen such as a metal salt,
Installed in the high-temperature system of a nuclear power plant to allow high-temperature water to flow,
It is characterized in that a predetermined concentration is obtained by a corrosion release reaction.

【0056】図6は、ジルカロイ燃料被覆管の使用環境
下において、腐食抑制剤として機能する金属元素を発生
させるための金属元素発生装置30を示している。この
金属元素発生装置30は、カラム31を備えており、こ
のカラム31の内部には金属メッシュスクリーン32が
設けられている。この金属メッシュスクリーン32の間
には粒子化された当該金属が充填された金属元素部33
が設けられている。当該金属の粒子は0.1mmから1
mmの粒径分布を持つように粒度調整されて比表面積の
増大が図られると共に、カラム31内での充填密度の向
上が図られている。カラム31の一方の端部には、原子
力プラントの系統内の高温水をカラム31内に導入する
ための入口配管34が接続されており、この供給配管3
4の途中にはバルブ35が設けられている。また、カラ
ム31の他方の端部にはカラム31内に供給された高温
水を排出するための出口配管36が接続されており、こ
の出口配管36の途中には、流量調節機能を有する流量
調節バルブ37が設けられている。また、入口配管34
と出口配管36との間にはカラム31をバイパスするよ
うにしてバイパス配管38が設けられており、このバイ
パス配管38の途中には流量調節機能を有する流量調節
バルブ39が設けられている。
FIG. 6 shows a metal element generator 30 for generating a metal element that functions as a corrosion inhibitor in a use environment of a Zircaloy fuel cladding tube. The metal element generator 30 includes a column 31, and a metal mesh screen 32 is provided inside the column 31. Between the metal mesh screens 32, the metal element portions 33 filled with the metal in the form of particles are provided.
Is provided. The metal particles are from 0.1 mm to 1
The particle size is adjusted so as to have a particle size distribution of mm, the specific surface area is increased, and the packing density in the column 31 is improved. One end of the column 31 is connected to an inlet pipe 34 for introducing high-temperature water in the system of the nuclear power plant into the column 31.
In the middle of 4, a valve 35 is provided. An outlet pipe 36 for discharging the high-temperature water supplied into the column 31 is connected to the other end of the column 31. A flow rate adjusting function having a flow rate adjusting function is provided in the middle of the outlet pipe 36. A valve 37 is provided. In addition, the inlet pipe 34
A bypass pipe 38 is provided between the outlet pipe 36 and the outlet pipe 36 so as to bypass the column 31, and a flow control valve 39 having a flow control function is provided in the middle of the bypass pipe 38.

【0057】そして、この金属元素発生装置30におい
ては、入口配管34を経由して原子力プラントの系統内
の高温水がカラム31内に導入され、粒子状の当該金属
よりなる金属元素部33を通過する。すると、当該金属
のイオンが高温水の中に溶解し、当該金属イオンを含有
する高温水は出口配管36を経由して原子力プラントの
系統内に環流される。また、原子力プラント内の当該金
属イオンの濃度を濃度制御装置(図示を省略)によって
監視し、バルブ37及び39の開閉度を常時調節しなが
ら最適濃度に調節する。つまり、当該金属イオンの濃度
が所定値よりも低い場合には、バイパス配管38のバル
ブ39を絞り、カラム31内を流れる高温水の流量を増
加させる。一方、当該金属イオンの濃度が所定値よりも
高い場合には、出口配管36のバルブ37を絞ってカラ
ム31内の流量を減少させ、当該金属イオンの発生量を
低下させる。
Then, in the metal element generator 30, high-temperature water in the system of the nuclear power plant is introduced into the column 31 via the inlet pipe 34, and passes through the metal element portion 33 made of the metal in the form of particles. I do. Then, the metal ions are dissolved in the high-temperature water, and the high-temperature water containing the metal ions is returned to the system of the nuclear power plant via the outlet pipe 36. Further, the concentration of the metal ion in the nuclear power plant is monitored by a concentration control device (not shown), and the opening and closing degree of the valves 37 and 39 is constantly adjusted to adjust the concentration. That is, when the concentration of the metal ion is lower than the predetermined value, the valve 39 of the bypass pipe 38 is throttled to increase the flow rate of the high-temperature water flowing in the column 31. On the other hand, when the concentration of the metal ion is higher than the predetermined value, the valve 37 of the outlet pipe 36 is throttled to decrease the flow rate in the column 31 and reduce the amount of the metal ion generated.

【0058】また、金属元素発生装置30では、当該金
属を粒子化し、0.1から1mmの粒径分布を持つよう
に粒度調整しているが、粒度調整した後に溶融温度の半
分以上の温度で焼成し、焼結状態にして供すると、高温
水を通過させても焼結状態を保つため、焼結微粒子が誤
って原子力プラントの高温系に直接流入するようなこと
がなく、高温系での保持が容易となる。
Further, in the metal element generating device 30, the metal is made into particles and the particle size is adjusted so as to have a particle size distribution of 0.1 to 1 mm. When it is fired and sintered, the sintered state is maintained even when high temperature water is passed, so that the sintered fine particles do not accidentally flow directly into the high temperature system of the nuclear power plant. Holding becomes easy.

【0059】図7は、金属元素発生装置30をBWRに
適用した例を示している。図7において符号41は原子
炉圧力容器を示し、この原子炉圧力容器41内には炉心
42が設けられている。この炉心42からの熱によって
生成された蒸気は、蒸気ライン43を経由して蒸気ター
ビン44に送られて仕事をする。蒸気タービン44で仕
事をした蒸気は復水器45において凝縮されて水に戻
る。この水は復水ポンプ46によって復水浄化装置47
に送られ、不純物が除去された後に給水加熱器48で予
熱されて原子炉圧力容器41内に環流される。また、炉
水は再循環ポンプ49を有する再循環ライン50及びジ
ェットポンプ51によって原子炉圧力容器41内を強制
的に循環されている。また、再循環ライン50を流れる
炉水の一部は炉水浄化系ポンプ52を有する炉水浄化ラ
イン53を介して、再生熱交換器54、非再生熱交換器
55で降温された後、炉水浄化装置56によって浄化さ
れる。浄化された炉水は給水ライン57を経由して原子
炉圧力容器41に環流される。
FIG. 7 shows an example in which the metal element generator 30 is applied to a BWR. In FIG. 7, reference numeral 41 denotes a reactor pressure vessel, in which a reactor core 42 is provided. The steam generated by the heat from the core 42 is sent to a steam turbine 44 via a steam line 43 to perform work. The steam that has worked in the steam turbine 44 is condensed in the condenser 45 and returns to water. This water is condensed by a condensate pump 46 into a condensate purification device 47.
After the impurities are removed, the feed water is preheated by the feed water heater 48 and returned to the reactor pressure vessel 41. The reactor water is forcibly circulated in the reactor pressure vessel 41 by a recirculation line 50 having a recirculation pump 49 and a jet pump 51. A part of the reactor water flowing through the recirculation line 50 is cooled down by a regenerative heat exchanger 54 and a non-regenerative heat exchanger 55 through a reactor water purification line 53 having a reactor water purification system pump 52. The water is purified by the water purification device 56. The purified reactor water is returned to the reactor pressure vessel 41 via the water supply line 57.

【0060】なお、現行のBWRの中には、炉水浄化系
ポンプ52が再生熱交換器54もしくは非再生熱交換器
55の下流側に配置されているプラントもある。さら
に、炉水再循環系を持たず、インターナルポンプと呼ば
れるポンプを原子炉圧力容器41内に複数基装備し、こ
れらのインターナルポンプによって炉水を強制攪拌する
ようにしたプラント(ABWRと呼ばれている)も建設
されており、今後はこのABWRタイプのプラント数が
増加する情勢にある。
In some BWRs, a reactor water purification system pump 52 is disposed downstream of the regenerative heat exchanger 54 or the non-regenerative heat exchanger 55. Further, a plant having no reactor water recirculation system and having a plurality of pumps called internal pumps in the reactor pressure vessel 41 and forcing reactor water to be stirred by these internal pumps (referred to as ABWR) Has been constructed, and the number of ABWR-type plants is increasing in the future.

【0061】そして、再循環ポンプ49の出口側には金
属元素発生装置30が付帯されており、この金属元素発
生装置30の上流側及び下流側には隔離用のバルブ3
5、37がそれぞれ設けられている。また、金属元素発
生装置30をバイパスするバイパスライン38の途中に
は流量調節機能を有する流量調節バルブ39が設けられ
ており、この流量調節バルブ39は濃度制御装置61に
よって開閉度を調節できるようになっている。この濃度
制御装置61は再循環ポンプ49の下流側における金属
イオン濃度を測定し、その測定値に応じて流量調節バル
ブ39の開閉度を調節するようになっている。ここで、
濃度制御装置61における金属イオン濃度測定方法(分
析方法)としては、イオン種濃度を連続的に測定するこ
とができるイオンクロマトグラフィが現時点では最適で
ある。なお、隔離用のバルブ35、37は金属元素発生
装置30をメインテナンス時に隔離するために使用され
る。以上述べたように本実施形態によれば、金属元素発
生装置30で発生した当該金属イオンは再循環水と共に
原子炉圧力容器41内に供給され、これによってジルカ
ロイ燃料被覆管の腐食が抑制される。
A metal element generator 30 is attached to the outlet side of the recirculation pump 49, and an isolation valve 3 is provided upstream and downstream of the metal element generator 30.
5 and 37 are provided respectively. A flow control valve 39 having a flow control function is provided in the middle of a bypass line 38 that bypasses the metal element generating device 30, and the flow control valve 39 can be adjusted by a concentration control device 61 to adjust the degree of opening and closing. Has become. The concentration control device 61 measures the metal ion concentration on the downstream side of the recirculation pump 49 and adjusts the degree of opening and closing of the flow control valve 39 according to the measured value. here,
As the metal ion concentration measuring method (analyzing method) in the concentration control device 61, ion chromatography capable of continuously measuring the ion species concentration is the most suitable at present. The isolation valves 35 and 37 are used to isolate the metal element generator 30 during maintenance. As described above, according to the present embodiment, the metal ions generated in the metal element generator 30 are supplied into the reactor pressure vessel 41 together with the recirculated water, whereby the corrosion of the zircaloy fuel cladding tube is suppressed. .

【0062】第1の変形例 図8は上記実施形態の第1変形例を示し、この変形例に
おいては金属元素発生装置30は再循環ポンプ49の上
流側に設けられており、バルブ35、37を開放するこ
とによって再循環ライン50に接続される。さらに、金
属元素発生装置30とバルブ35との間には高圧ポンプ
71が設けられており、この高圧ポンプ71は金属元素
発生装置30で生じる圧力損失を補償する。また、濃度
制御装置72は再循環ポンプ49の上流側における金属
イオン濃度を測定し、その測定値に応じて高圧ポンプ7
2の流量を調節するようになっている。このように高圧
ポンプ72の流量を濃度制御装置72によって調節して
金属イオンの濃度を制御するようにすれば、図7に示し
た流量調節バルブ39が不要となる。
First Modification FIG. 8 shows a first modification of the above embodiment. In this modification, the metal element generator 30 is provided on the upstream side of the recirculation pump 49, and the valves 35 and 37 are provided. Is connected to the recirculation line 50 by opening the Further, a high-pressure pump 71 is provided between the metal element generator 30 and the valve 35, and the high-pressure pump 71 compensates for pressure loss generated in the metal element generator 30. Further, the concentration control device 72 measures the metal ion concentration on the upstream side of the recirculation pump 49, and according to the measured value, the high-pressure pump 7
2 is adjusted. If the concentration of the metal ions is controlled by adjusting the flow rate of the high-pressure pump 72 by the concentration control device 72 as described above, the flow rate control valve 39 shown in FIG. 7 becomes unnecessary.

【0063】第2の変形例 図9は上記実施形態の第2変形例を示し、図9に示した
ように2基の金属元素発生装置30を並列に設け、それ
ぞれの金属元素発生装置30の上流側及び下流側に隔離
用のバルブ73、74を設けることもできる。このよう
に構成することによって、原子力プラントの運転時にお
いても、一方の金属元素発生装置30によって当該金属
元素の供給を行いながら、他方の金属元素発生装置30
をバルブ73、74によって隔離してメインテナンスを
行うことができる。
[0063] The second modification Figure 9 shows a second modification of the embodiment, provided a metal element generator 30 of 2 groups as shown in parallel in FIG 9, the respective metal elements generator 30 Isolation valves 73 and 74 may be provided on the upstream and downstream sides. With this configuration, even when the nuclear power plant is in operation, one metal element generator 30 supplies the metal element while the other metal element generator 30 supplies the metal element.
Can be isolated by the valves 73 and 74 to perform maintenance.

【0064】なお、上記実施形態は金属元素発生装置3
0を再循環ライン50に設置するようにしたが、金属元
素発生装置30の設置位置は再循環ライン50に限定さ
れるものではなく、例えば給水ライン57、炉水浄化ラ
イン53の出口部等のように炉水温度と同程度の高温水
が流れている部位に設置することができる。
In the above embodiment, the metal element generator 3
0 is installed in the recirculation line 50, but the installation position of the metal element generator 30 is not limited to the recirculation line 50. For example, the water supply line 57, the outlet of the reactor water purification line 53, etc. Thus, it can be installed at a site where high-temperature water of the same level as the reactor water temperature flows.

【0065】第3の実施形態 次に、本発明による原子力プラントの第3実施形態につ
いて図面を参照して説明する。図10は本実施形態にお
ける金属元素注入装置80を示し、この金属元素注入装
置80は腐食抑制剤として機能する当該金属元素を金属
状態としておき、この金属状態の当該金属元素から電極
反応によって金属イオンを発生させ、この金属イオンを
注入ポンプを用いて原子力プラントの系統内に注入する
ようにしたものである。
Third Embodiment Next, a third embodiment of the nuclear power plant according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 10 shows a metal element implantation apparatus 80 according to the present embodiment. The metal element implantation apparatus 80 sets the metal element functioning as a corrosion inhibitor in a metal state, and converts the metal element in the metal state into a metal ion by an electrode reaction. Is generated, and the metal ions are injected into the system of the nuclear power plant using an injection pump.

【0066】図10において符号81は炭酸ガス飽和槽
を示しており、この炭酸ガス飽和槽81は、電極反応に
よって金属イオンが容易に発生しうるように、電解液を
電解質にする機能を有している。このように電解液を電
解質にすることによって、低い電圧で電解反応を起こす
ことができるので、電極反応を起こすための直流電源設
備を小型化することができる。炭酸ガス飽和槽81には
純水供給ライン82が接続されており、この純水供給ラ
イン82の途中には純水流量を調節する流量調節バルブ
83が設けられている。また、炭酸ガス飽和槽81の内
部には、バブリングライン84の先端部に設けられた炭
酸ガス放出部85が配置されており、バプリングライン
85には炭酸ガスボンベ86が接続されている。また、
炭酸ガス飽和槽81には、過剰に供給された炭酸ガスを
炭酸ガス飽和槽81から放出するために、配管87を介
してシールポット88が接続されている。
In FIG. 10, reference numeral 81 denotes a carbon dioxide gas saturation tank. The carbon dioxide gas saturation tank 81 has a function of converting an electrolytic solution into an electrolyte so that metal ions can be easily generated by an electrode reaction. ing. By using the electrolyte as the electrolyte in this way, the electrolytic reaction can be caused at a low voltage, so that the DC power supply equipment for causing the electrode reaction can be downsized. A pure water supply line 82 is connected to the carbon dioxide gas saturation tank 81, and a flow control valve 83 for adjusting the pure water flow rate is provided in the middle of the pure water supply line 82. Further, inside the carbon dioxide gas saturating tank 81, a carbon dioxide gas discharge part 85 provided at the tip of the bubbling line 84 is arranged, and a carbon dioxide gas cylinder 86 is connected to the bubbling line 85. Also,
A seal pot 88 is connected to the carbon dioxide gas saturation tank 81 via a pipe 87 in order to release the excessively supplied carbon dioxide gas from the carbon dioxide gas saturation tank 81.

【0067】また、炭酸ガス飽和槽81は連結管89を
介して電解槽90に連結されている。この電解槽90に
は電解液が入れられており、この電解液の中には一対の
板状の電極91が浸漬されており、これらの電極91に
はリード線92を介して直流電源93が接続されてい
る。これらの電極91は、腐食抑制剤として機能する当
該金属元素を含む金属材料によって形成されており、当
該金属元素単体で形成することもできる。なお、図10
には2枚の電極91が示されているが、電極の枚数を増
やすことによって当該金属イオンの発生量を増加させた
り、或いは異なる金属種からなる電極を取り付けること
によって異なるイオン種をブレンド状態で発生させるこ
ともできる。また、直流電源93の極性を一定時間毎に
切り換えるようにすれば、複数の電極の減肉量が均等化
されて当該金属の材料の有効利用を図ることができる。
The carbon dioxide gas saturating tank 81 is connected to the electrolytic cell 90 via a connecting pipe 89. An electrolytic solution is put in the electrolytic cell 90, and a pair of plate-shaped electrodes 91 are immersed in the electrolytic solution. A DC power supply 93 is connected to these electrodes 91 via a lead wire 92. It is connected. These electrodes 91 are formed of a metal material containing the metal element functioning as a corrosion inhibitor, and may be formed of the metal element alone. Note that FIG.
Although two electrodes 91 are shown, the number of electrodes is increased to increase the amount of generated metal ions, or by attaching electrodes made of different metal species, different ion species are blended. It can also be generated. If the polarity of the DC power supply 93 is switched at regular intervals, the thickness of the plurality of electrodes can be equalized, and the metal material can be effectively used.

【0068】さらに、電解槽90は連結管94を介して
炭酸ガス除去タンク95に連結されている。この炭酸ガ
ス除去タンク95の内部には、バブリングライン96の
先端部に設けられた脱気ガス放出部97が配置されてお
り、このバブリングライン96には脱気ガスボンベ98
が接続されている。脱気ガス放出部96は多数の微細な
吹き出し口を有するバブラー構造を備えており、このバ
ブラー構造によって脱気ガスを効率的に注入することが
できる。また、炭酸ガス除去タンク95には、回収され
た炭酸ガスと過剰な脱気ガスを炭酸ガス除去タンク95
から放出するために、配管99を介してシールポット1
00が接続されている。さらに、炭酸ガス除去タンク9
5には、生成された金属イオン溶液を原子力プラント内
の目的の部位に送るための輸送配管101が接続されて
おり、この輸送配管101の途中には注入ポンプ102
が設けられている。
Further, the electrolytic cell 90 is connected to a carbon dioxide gas removing tank 95 via a connecting pipe 94. Inside the carbon dioxide gas removal tank 95, a degassing gas discharging portion 97 provided at a tip end of a bubbling line 96 is arranged, and a degassing gas cylinder 98 is provided in the bubbling line 96.
Is connected. The degassing gas discharge section 96 has a bubbler structure having a large number of fine outlets, and the bubbler structure allows the degassing gas to be injected efficiently. In the carbon dioxide gas removal tank 95, the collected carbon dioxide gas and excess degassed gas are stored in the carbon dioxide gas removal tank 95.
To release from the seal pot 1 via a pipe 99
00 is connected. Further, the carbon dioxide removal tank 9
5 is connected to a transport pipe 101 for sending the generated metal ion solution to a target site in the nuclear power plant.
Is provided.

【0069】次に、金属元素注入装置80の作用につい
て説明する。まず、流量調節バルブ83によって一定流
量に調節された純水が、純水供給ライン82を経由して
炭酸ガス飽和槽81に連続的に供給される。また、炭酸
ガスボンベ86からの炭酸ガスがバブリングライン84
を経由して炭酸ガス放出部85に供給され、この炭酸ガ
ス放出部85から炭酸ガス飽和槽81の中に気泡状の炭
酸ガスが放出される。炭酸ガス飽和槽81内に放出され
た気泡状の炭酸ガスは純水中に溶解し、以下の解離反応
を起こして電解質となり、電解槽90における電極反応
を促進する。 CO2 +H2 O→H2 CO3 2 CO3 →H+ +HCO3 - HCO3 - →H+ +CO3 2- なお、過剰に供給された炭酸ガスは配管87を経由して
シールポット88から系外に放出される。
Next, the operation of the metal element injection device 80 will be described. First, pure water adjusted to a constant flow rate by the flow rate adjusting valve 83 is continuously supplied to the carbon dioxide gas saturation tank 81 via the pure water supply line 82. The carbon dioxide gas from the carbon dioxide gas cylinder 86 is supplied to the bubbling line 84.
The carbon dioxide gas is supplied to the carbon dioxide gas releasing section 85 via the carbon dioxide gas releasing section 85, and the bubble-like carbon dioxide gas is released from the carbon dioxide gas releasing section 85 into the carbon dioxide gas saturation tank 81. The bubbled carbon dioxide gas released into the carbon dioxide gas saturation tank 81 is dissolved in pure water, and causes the following dissociation reaction to become an electrolyte, thereby promoting an electrode reaction in the electrolytic tank 90. CO 2 + H 2 O → H 2 CO 3 H 2 CO 3 → H + + HCO 3 - HCO 3 - → H + + CO 3 2- Incidentally, excessively supplied carbon dioxide gas from the seal pot 88 via a pipe 87 Released outside the system.

【0070】次に、炭酸ガスが溶解し、炭酸イオンが解
離状態にある溶液が連結管89を経由して電解槽90に
送られる。電解槽90内の一対の電極91には直流電源
93によって互いに極性の異なる電圧が印加されている
ので、この電極91において電極反応が行われ、電極9
1を構成する当該金属がイオンとして溶液中に溶解す
る。
Next, the solution in which the carbon dioxide gas is dissolved and the carbonate ions are in a dissociated state is sent to the electrolytic cell 90 via the connecting pipe 89. Since voltages having different polarities are applied to the pair of electrodes 91 in the electrolytic cell 90 by the DC power supply 93, an electrode reaction occurs in the electrodes 91, and the electrodes 9.
The metal constituting 1 dissolves in the solution as ions.

【0071】電解槽90において当該金属イオンが溶解
した電解液は、連結管94を経由して炭酸ガス除去タン
ク95に送られる。炭酸ガス除去タンク95の内部で
は、バブリングライン96を経由して脱気ガスタンク9
8から供給された脱気ガスが、気泡状態にて脱気ガス放
出部97から放出されている。放出された気泡状の脱気
ガスによって、溶液中に溶解している炭酸イオンが解離
反応の逆反応によってガス状態で回収される。回収され
た炭酸ガスは、過剰に供給された脱気ガスと共に、配管
99を介してシールポット100から系外に放出され
る。
The electrolytic solution in which the metal ions are dissolved in the electrolytic cell 90 is sent to the carbon dioxide gas removing tank 95 via the connecting pipe 94. Inside the carbon dioxide gas removal tank 95, the degassing gas tank 9 is passed through a bubbling line 96.
The degassed gas supplied from 8 is discharged from the degassed gas discharge unit 97 in a bubble state. The released bubble-like degassed gas allows the carbonate ions dissolved in the solution to be recovered in a gaseous state by a reverse reaction of the dissociation reaction. The collected carbon dioxide gas is released from the seal pot 100 to the outside of the system via the pipe 99 together with the excessively supplied degassed gas.

【0072】そして、この金属元素注入装置80によっ
て生成された当該金属イオンを含む溶液は、注入ポンプ
102によって加圧され、輸送配管101を経由して原
子力プラント内の目的の部位に送られる。
The solution containing the metal ions generated by the metal element injection device 80 is pressurized by the injection pump 102 and sent to a target site in the nuclear power plant via the transport pipe 101.

【0073】このように金属元素注入装置80によれ
ば、当該金属イオン種を製造しながら原子力プラントの
系統内に注入するようにしたので、タンク内の濃度も低
く、しかも、電解液中の炭酸イオンを脱気によって除去
するようにしたので、不必要なイオン種の導入が抑制さ
れ、目的の金属イオンのみを注入することができる。
As described above, according to the metal element implantation apparatus 80, the metal ion species is injected into the system of the nuclear power plant while producing the metal ion species. Therefore, the concentration in the tank is low, and the carbon ion in the electrolyte is reduced. Since the ions are removed by degassing, introduction of unnecessary ion species is suppressed, and only target metal ions can be implanted.

【0074】また、炭酸ガスの脱気によって、溶解して
いた金属イオンの一部は微粒子の水酸化物として溶液中
に析出するが、この微粒子は高温水中に導入されると再
びイオン状態となる。これは、これらの金属の溶解度が
目的とする濃度(例えば5ppb)と比較して十分に高
いからであり、その結果、付随的に不要なイオン種を原
子炉内に持ち込むことなく所期の目的を達成することが
できる。
In addition, by degassing the carbon dioxide gas, a part of the dissolved metal ions is precipitated in the solution as hydroxide of fine particles, but when the fine particles are introduced into the high-temperature water, they become ionic again. . This is because the solubility of these metals is sufficiently high compared to the desired concentration (for example, 5 ppb), and as a result, the intended purpose can be obtained without introducing unnecessary ion species into the reactor. Can be achieved.

【0075】また、当該金属元素単体からなる金属板、
もしくは当該金属元素を含む金属板を複数枚用いて電極
91を構成するようにしたので、金属イオン種の濃度
は、電極91の電流値を調整することによって任意の値
に制御することが可能であり、しかも、微調整を正確に
行うこともできるし、不必要な金属イオン種の流入を防
止することもできる。さらに、電極91を形成する金属
の組成を変更することによって注入するイオン種を変更
することが可能であり、また、金属組成の異なる複数の
金属板によって電極91を構成すれば、注入するイオン
種をブレンド状にすることもできる。また、電極91を
構成する金属板の数を増減することによって、対象とす
る原子力プラントの規模に応じてイオン種の発生量を調
節することができる。
A metal plate made of the metal element alone;
Alternatively, since the electrode 91 is formed using a plurality of metal plates containing the metal element, the concentration of the metal ion species can be controlled to an arbitrary value by adjusting the current value of the electrode 91. In addition, fine adjustment can be performed accurately and unnecessary inflow of metal ion species can be prevented. Further, it is possible to change the ion species to be implanted by changing the composition of the metal forming the electrode 91, and if the electrode 91 is constituted by a plurality of metal plates having different metal compositions, the ion species to be implanted can be changed. Can be blended. Further, by increasing or decreasing the number of metal plates constituting the electrode 91, the amount of generated ionic species can be adjusted according to the scale of the target nuclear power plant.

【0076】図11は、図10に示した金属元素注入装
置80をBWRに適用した場合を示している。輸送配管
101の出口端が炉水浄化ライン53に接続されてお
り、注入ポンプ102の下流側の輸送配管101の途中
には流量調節バルブ103が設けられている。また、再
循環ライン50には濃度制御装置104が設けられてい
る。この濃度制御装置104は再循環ポンプ49の上流
側における金属イオン濃度を測定し、その測定値に応じ
て流量調節バルブ103の開閉度及び金属元素注入装置
80の金属イオン発生量を制御し、これによって炉水中
の金属イオン濃度を所定値に制御する。ここで、濃度制
御装置104における金属イオン濃度測定方法(分析方
法)としては、イオン種濃度を連続的に測定することが
できるインラインのイオンクロマトグラフィが現時点で
は最適である。この方法によれば、一定時間おきに炉水
中の金属イオン濃度を測定することができる。
FIG. 11 shows a case where the metal element implantation apparatus 80 shown in FIG. 10 is applied to a BWR. The outlet end of the transport pipe 101 is connected to the reactor water purification line 53, and a flow control valve 103 is provided in the transport pipe 101 downstream of the injection pump 102. The recirculation line 50 is provided with a concentration control device 104. The concentration control device 104 measures the metal ion concentration on the upstream side of the recirculation pump 49, and controls the opening / closing degree of the flow control valve 103 and the amount of metal ions generated by the metal element injection device 80 according to the measured value. Thereby, the metal ion concentration in the reactor water is controlled to a predetermined value. Here, as the metal ion concentration measurement method (analysis method) in the concentration control device 104, in-line ion chromatography that can continuously measure the ion species concentration is the most suitable at the present time. According to this method, the metal ion concentration in the reactor water can be measured at regular intervals.

【0077】なお、上記実施形態は金属元素注入装置8
0を炉水浄化ライン53に接続するようにしたが、金属
元素注入装置80の接続位置は炉水浄化ライン53に限
定されるものではなく、例えば再循環ライン50、給水
ライン57等のように炉水温度と同程度の高温水が流れ
ている部位や、或いは復水浄化装置(図示を省略)の出
口部等のような低温水が流れている低温系に接続するこ
ともできる。
In the above embodiment, the metal element injection device 8 is used.
0 is connected to the reactor water purification line 53, but the connection position of the metal element injection device 80 is not limited to the reactor water purification line 53. For example, the recirculation line 50, the water supply line 57, etc. It can also be connected to a low-temperature system in which low-temperature water flows, such as a site where high-temperature water at the same temperature as the reactor water flows, or an outlet of a condensate purification device (not shown).

【0078】第4の実施形態 次に、本発明による原子力プラントの第4実施形態につ
いて図面を参照して説明する。図12は本実施形態にお
ける金属元素注入装置110を示しており、金属元素注
入装置110は、目的とする金属元素を発生させるため
に、対象とする金属元素を酸化物、水素化物ないしは水
酸化物、或いは金属酸塩のように水素及び酸素の一方、
もしくは両方を含む化合物状態とし、スラリー状態もし
くは溶液状態で注入して所定濃度を得ることを特徴とす
るものである。
Fourth Embodiment Next, a fourth embodiment of the nuclear power plant according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 12 shows a metal element implanting device 110 according to the present embodiment. The metal element implanting device 110 converts an object metal element into an oxide, hydride, or hydroxide in order to generate a target metal element. Or one of hydrogen and oxygen, such as metalates,
Alternatively, it is characterized in that it is in a compound state containing both, and is injected in a slurry state or a solution state to obtain a predetermined concentration.

【0079】金属元素注入装置110はタンク111を
備え、このタンク111には純水供給ライン112を経
由して純水が連続的に供給されている。タンク111の
上方には微粉末タンク113が設けられており、この微
粉末タンク113には、腐食抑制剤として機能する当該
金属元素が、酸化物、水素化物ないしは水酸化物、或い
は金属酸塩のように水素及び酸素の一方、もしくは両方
を含む化合物が微粉末状で充填されている。そして、微
粉末タンク113内の微粉末は、連続的もしくは間欠的
にタンク11内に供給される。なお、微粉末の粒径は沈
降防止の観点から1ミクロン以下のサブミクロンオーダ
であることが望ましい。また、タンク111内にはイン
ペラー114が設けられており、このインペラー114
の強制攪拌機能によって微粉末の沈降を確実に防止する
ことができる。そして、タンク111には、生成された
スラリー状の混濁液もしくは溶液を原子力プラント内の
目的の部位に送るための輸送配管115が接続されてお
り、この輸送配管115の途中には高圧ポンプ116が
設けられている。そして、輸送配管115を経由して原
子力プラント内の目的部位に供給されたスラリーは、プ
ラント系統内の高温水と接触することによって速やかに
金属イオン化される。
The metal element injection device 110 has a tank 111, to which pure water is continuously supplied via a pure water supply line 112. Above the tank 111, a fine powder tank 113 is provided. In the fine powder tank 113, the metal element functioning as a corrosion inhibitor contains an oxide, hydride or hydroxide, or a metal salt. As described above, a compound containing one or both of hydrogen and oxygen is filled in a fine powder form. Then, the fine powder in the fine powder tank 113 is supplied to the tank 11 continuously or intermittently. The particle size of the fine powder is desirably on the order of submicron of 1 micron or less from the viewpoint of preventing sedimentation. In addition, an impeller 114 is provided in the tank 111.
, The sedimentation of the fine powder can be reliably prevented. The tank 111 is connected to a transport pipe 115 for sending the generated slurry turbid solution or solution to a target site in the nuclear power plant. Is provided. Then, the slurry supplied to the target site in the nuclear power plant via the transport pipe 115 is rapidly ionized by contact with high-temperature water in the plant system.

【0080】図13は、図12に示した金属元素注入装
置110をBWRに適用した場合を示している。輸送配
管115の出口端が給水ライン57に接続されており、
また、再循環ライン50には濃度制御装置117が設け
られている。この濃度制御装置117は再循環ポンプ4
9の上流側における金属イオン濃度を測定し、その測定
値に応じて高圧ポンプ116の流量を制御し、これによ
って炉水中の金属イオン濃度を所定値に制御する。
FIG. 13 shows a case where the metal element implantation apparatus 110 shown in FIG. 12 is applied to a BWR. The outlet end of the transport pipe 115 is connected to the water supply line 57,
The recirculation line 50 is provided with a concentration control device 117. The concentration control device 117 includes a recirculation pump 4
The metal ion concentration on the upstream side of 9 is measured, and the flow rate of the high-pressure pump 116 is controlled according to the measured value, thereby controlling the metal ion concentration in the reactor water to a predetermined value.

【0081】そして、本実施形態においては、金属元素
注入装置110で生成された当該金属元素を含むスラリ
ー状の混濁液が輸送配管115を経由して給水ライン5
7に供給され、供給されたスラリーは給水ライン57を
流れる高温水との接触して金属イオン化される。生成さ
れた金属イオンは原子炉圧力容器41内に供給されてジ
ルカロイ燃料被覆管の腐食を抑制する。
In the present embodiment, the slurry turbid liquid containing the metal element generated by the metal element injection device 110 is supplied via the transport pipe 115 to the water supply line 5.
7, and the supplied slurry is brought into contact with the high-temperature water flowing through the water supply line 57 to be metal-ionized. The generated metal ions are supplied into the reactor pressure vessel 41 to suppress corrosion of the Zircaloy fuel cladding tube.

【0082】また、上記実施形態では金属元素注入装置
110を給水ライン57に接続するようにしたが、金属
元素注入装置110の接続位置は給水ライン57に限定
されるものではなく、例えば再循環ライン50、炉水浄
化ライン53の出口部等のように炉水温度と同程度の高
温水が流れている部位に設置することができる。また、
低温水が流れている低温系であっても、系内の流量が十
分に大きく、微粉末の沈降が無視できるような部位であ
れば金属元素注入装置110を接続することが可能であ
る。
In the above embodiment, the metal element injection device 110 is connected to the water supply line 57. However, the connection position of the metal element injection device 110 is not limited to the water supply line 57. 50, such as at the outlet of the reactor water purification line 53, where it can be installed at a location where high-temperature water at the same temperature as the reactor water temperature flows. Also,
Even in a low-temperature system in which low-temperature water flows, the metal element injection device 110 can be connected to a portion where the flow rate in the system is sufficiently large and sedimentation of the fine powder can be ignored.

【0083】なお、上記第1乃至第4の実施形態におい
てはジェットポンプによって炉水を強制循環させるタイ
プのBWRを例にとって説明したが、本発明の適用はこ
のタイプのBWRに限られるものではなく、ジェットポ
ンプを持たない自然循環式のBWRや、外部再循環ライ
ンを持たす、インターナルポンプによって炉水を強制循
環させるABWR、さらにはPWRなどを含むすべての
軽水炉、重水炉など、各種の原子力プラントに適用する
ことができる。
In the first to fourth embodiments, a BWR of a type in which reactor water is forcibly circulated by a jet pump has been described as an example. However, application of the present invention is not limited to this type of BWR. Various types of nuclear power plants, including natural circulation BWRs without jet pumps, ABWRs with external recirculation lines, forced water circulation by internal pumps, and all light water reactors and heavy water reactors including PWRs Can be applied to

【0084】[0084]

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、ジル
カロイ燃料被覆管の使用環境下においてジルカロイ燃料
被覆管の腐食を抑制する金属元素をジルカロイ燃料被覆
管の表面近傍に存在させるようにしたので、ジルカロイ
燃料被覆管の腐食を長期間にわたって防止することがで
きる。
As described above, according to the present invention, a metal element which suppresses corrosion of a Zircaloy fuel cladding tube in the use environment of the Zircaloy fuel cladding tube is present near the surface of the Zircaloy fuel cladding tube. Therefore, corrosion of the Zircaloy fuel cladding tube can be prevented for a long period of time.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】300℃における銅−水系の電位−pH図の計
算例を示した図。
FIG. 1 is a diagram showing a calculation example of a potential-pH diagram of a copper-water system at 300 ° C.

【図2】レーザークラッディング工法の施工概念を示し
た概念図。
FIG. 2 is a conceptual diagram showing a construction concept of a laser cladding method.

【図3】メッキ槽の一例を示した概念図。FIG. 3 is a conceptual diagram showing an example of a plating tank.

【図4】スパッタリング装置の一例を示した概念図。FIG. 4 is a conceptual diagram illustrating an example of a sputtering apparatus.

【図5】プラズマ溶射の原理を示した概念図。FIG. 5 is a conceptual diagram showing the principle of plasma spraying.

【図6】本発明の第2実施形態における金属元素発生装
置の概略を示した縦断面図。
FIG. 6 is a longitudinal sectional view schematically showing a metal element generator according to a second embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第2実施形態による原子力プラントを
示した系統図。
FIG. 7 is a system diagram showing a nuclear power plant according to a second embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第2実施形態の第1変形例を示した系
統図。
FIG. 8 is a system diagram showing a first modification of the second embodiment of the present invention.

【図9】本発明の第2実施形態の第2変形例を示した系
統図。
FIG. 9 is a system diagram showing a second modification of the second embodiment of the present invention.

【図10】本発明の第3実施形態における金属元素注入
装置の概略を示した縦断面図。
FIG. 10 is a longitudinal sectional view schematically showing a metal element implantation apparatus according to a third embodiment of the present invention.

【図11】本発明の第3実施形態による原子力プラント
を示した系統図。
FIG. 11 is a system diagram showing a nuclear power plant according to a third embodiment of the present invention.

【図12】本発明の第4実施形態における金属元素注入
装置の概略を示した縦断面図。
FIG. 12 is a longitudinal sectional view schematically showing a metal element implantation apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.

【図13】本発明の第4実施形態による原子力プラント
を示した系統図。
FIG. 13 is a system diagram showing a nuclear power plant according to a fourth embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 メッキ槽 10 スパッタリング装置 20 溶射装置 30 金属元素発生装置 31 カラム 32 金属メッシュスクリーン 33 金属元素部 37、39、83、103 流量調節バルブ 38 バイパス配管 50 再循環ライン 53 炉水浄化ライン 57 給水ライン 71、116 高圧ポンプ 72、104、117 濃度制御装置 80、110 金属元素注入装置 81 炭酸ガス飽和槽 84、96 バブリングライン 85 炭酸ガス放出部 86 炭酸ガスボンベ 90 電解槽 91 電極 93 直流電源 95 炭酸ガスタンク 97 脱気ガス放出部 98 脱気ガスボンベ 102 注入ポンプ 111 タンク 113 微粉末タンク 114 インペラー DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Plating tank 10 Sputtering apparatus 20 Thermal spraying apparatus 30 Metal element generator 31 Column 32 Metal mesh screen 33 Metal element part 37, 39, 83, 103 Flow control valve 38 Bypass pipe 50 Recirculation line 53 Reactor water purification line 57 Water supply line 71 , 116 High-pressure pump 72, 104, 117 Concentration control device 80, 110 Metal element injection device 81 Carbon dioxide gas saturation tank 84, 96 Bubbling line 85 Carbon dioxide gas discharge part 86 Carbon dioxide gas cylinder 90 Electrolyzer 91 Electrode 93 DC power supply 95 Carbon dioxide gas tank 97 Desorption Gas gas discharge section 98 Degassing gas cylinder 102 Injection pump 111 Tank 113 Fine powder tank 114 Impeller

Claims (32)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】ジルカロイ燃料被覆管を有する原子力プラ
ントにおいて、前記ジルカロイ燃料被覆管の使用環境下
において前記ジルカロイ燃料被覆管の腐食を抑制する金
属元素を前記ジルカロイ燃料被覆管の表面近傍に存在さ
せるようにしたことを特徴とする原子力プラント。
In a nuclear power plant having a Zircaloy fuel cladding, a metal element which inhibits corrosion of the Zircaloy fuel cladding in a use environment of the Zircaloy fuel cladding may be present near the surface of the Zircaloy fuel cladding. A nuclear power plant characterized in that:
【請求項2】前記金属元素は前記ジルカロイ燃料被覆管
の使用環境下において複数のイオン価数を取り得ること
を特徴とする請求項1記載の原子力プラント。
2. The nuclear power plant according to claim 1, wherein said metal element can have a plurality of ionic valences in an environment in which said zircaloy fuel cladding tube is used.
【請求項3】前記金属元素はセリウム(Ce)、チタン
(Ti)、バナジウム(V)、クロム(Cr)、タング
ステン(W)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、銅(C
u)、錫(Sn)、鉛(Pb)の一群から選ばれた1種
類又は2種類以上の元素であることを特徴とする請求項
1又は請求項2記載の原子力プラント。
3. The metal element includes cerium (Ce), titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), tungsten (W), manganese (Mn), iron (Fe), and copper (C).
The nuclear power plant according to claim 1, wherein the nuclear power plant is at least one element selected from the group consisting of u), tin (Sn), and lead (Pb).
【請求項4】複数のイオン価数を取り得る前記金属元素
の同位体比を調整し、前記金属元素の放射化による二次
的な放射能の発生を抑制するようにしたことを特徴とす
る請求項2又は請求項3に記載の原子力プラント。
4. The method according to claim 1, wherein an isotope ratio of said metal element capable of taking a plurality of ionic valences is adjusted to suppress generation of secondary radioactivity due to activation of said metal element. A nuclear power plant according to claim 2 or claim 3.
【請求項5】前記金属元素は前記ジルカロイ燃料被覆管
の使用前に予め前記ジルカロイ燃料被覆管の表面に付与
されたことを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれ
か一項に記載の原子力プラント。
5. The zircaloy fuel cladding tube according to claim 1, wherein the metal element is applied to a surface of the zircaloy fuel cladding tube before using the zircaloy fuel cladding tube. Nuclear plant.
【請求項6】前記金属元素はレーザークラッディング、
メッキ、ドライプレーティング、溶射、イオン注入、ラ
イニングのうちの1又は2以上の技術を用いて前記ジル
カロイ燃料被覆管の表面に付与されたことを特徴とする
請求項5記載の原子力プラント。
6. The method according to claim 1, wherein the metal element is laser cladding,
6. The nuclear power plant according to claim 5, wherein the nuclear power plant is applied to the surface of the Zircaloy fuel cladding using one or more of plating, dry plating, thermal spraying, ion implantation, and lining.
【請求項7】前記イオン注入技術によって前記ジルカロ
イ燃料被覆管の表面に前記金属元素を注入する場合に注
入量を1×1017個/cm2 以下にしたことを特徴とす
る請求項6記載の原子力プラント。
7. The method according to claim 6, wherein when the metal element is implanted into the surface of the zircaloy fuel cladding tube by the ion implantation technique, the implantation amount is set to 1 × 10 17 / cm 2 or less. Nuclear plant.
【請求項8】前記ライニング技術によって前記ジルカロ
イ燃料被覆管の表面に100ミクロン以下の厚さの前記
金属元素の薄膜を形成したことを特徴とする請求項6記
載の原子力プラント。
8. The nuclear power plant according to claim 6, wherein a thin film of the metal element having a thickness of 100 μm or less is formed on the surface of the Zircaloy fuel cladding tube by the lining technique.
【請求項9】前記原子力プラントの系統内において前記
金属元素を発生させる金属元素発生装置を有することを
特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか一項に記載
の原子力プラント。
9. The nuclear power plant according to claim 1, further comprising a metal element generator for generating the metal element in a system of the nuclear power plant.
【請求項10】前記金属元素発生装置は、前記金属元素
を金属、酸化物、水素化物ないしは水酸化物、或いは金
属酸塩のように水素及び酸素の一方若しくは両方を含む
化合物のいずれかの状態として前記原子力プラントの高
温系に設置して高温水を通水し、腐食放出反応によって
前記金属元素を前記高温水中に放出させるようにしたこ
とを特徴とする請求項9に記載の原子力プラント。
10. The apparatus for generating a metal element according to claim 1, wherein the metal element is in a state of one of a metal, an oxide, a hydride or a hydroxide, and a compound containing one or both of hydrogen and oxygen such as a metal salt. 10. The nuclear power plant according to claim 9, wherein the metal element is installed in a high-temperature system of the nuclear power plant, water is passed through the high-temperature water, and the metal element is released into the high-temperature water by a corrosion release reaction.
【請求項11】前記金属元素発生装置は金属メッシュス
クリーンを有するカラムを備えており、前記金属元素は
前記金属メッシュスクリーンによって前記カラムの内部
に保持されていることを特徴とする請求項10記載の原
子力プラント。
11. The apparatus according to claim 10, wherein said metal element generator includes a column having a metal mesh screen, and wherein said metal element is held inside said column by said metal mesh screen. Nuclear plant.
【請求項12】前記金属元素を微粒子化し、その粒径が
0.1mmから1mmの間に分布するように粒度調整し
たことを特徴とする請求項10又は請求項11に記載の
原子力プラント。
12. The nuclear power plant according to claim 10, wherein the metal element is finely divided and the particle size is adjusted so that the particle size is distributed between 0.1 mm and 1 mm.
【請求項13】粒度調整された前記金属元素を溶融温度
の半分以上の温度で焼成して焼結状態にしたことを特徴
とする請求項12記載の原子力プラント。
13. The nuclear power plant according to claim 12, wherein the metal element whose particle size has been adjusted is fired at a temperature equal to or higher than half the melting temperature to be in a sintered state.
【請求項14】前記金属元素発生装置に対して並列にバ
イパスラインを設け、このバイパスラインの途中に流量
調節バルブを設け、この流量調節バルブの開閉度を調節
して前記金属元素発生装置内を流れる高温水の流量を調
節し、これによって前記金属元素の発生量を制御する濃
度制御装置を設けたことを特徴とする請求項9乃至請求
項13のいずれか一項に記載の原子力プラント。
14. A bypass line is provided in parallel with the metal element generator, a flow control valve is provided in the middle of the bypass line, and the degree of opening and closing of the flow control valve is adjusted so that the inside of the metal element generator is controlled. The nuclear power plant according to any one of claims 9 to 13, further comprising a concentration control device that adjusts a flow rate of the flowing high-temperature water and thereby controls an amount of the metal element generated.
【請求項15】前記金属元素発生装置に対して直列に高
圧ポンプを設け、この高圧ポンプの流量を調節して前記
金属元素発生装置内を流れる高温水の流量を調節し、こ
れによって前記金属元素の発生量を制御する濃度制御装
置を設けたことを特徴とする請求項9乃至請求項13の
いずれか一項に記載の原子力プラント。
15. A high-pressure pump is provided in series with the metal element generator, and the flow rate of the high-pressure pump is adjusted to adjust the flow rate of high-temperature water flowing in the metal element generator. The nuclear power plant according to any one of claims 9 to 13, further comprising a concentration control device for controlling an amount of generation of the gas.
【請求項16】前記原子力プラントは再循環ラインを有
する沸騰水型原子炉であり、前記金属元素発生装置は、
前記沸騰水型原子炉における系統のうち、炉水又は炉水
と略等温の高温水が流れている系統に設けられており、
前記濃度制御装置は、前記再循環ラインを流れる炉水中
の前記金属元素の濃度を測定し、その測定値に応じて前
記流量調節バルブの開閉度又は前記高圧ポンプの流量を
調節して炉水中の前記金属元素の濃度を制御することを
特徴とする請求項14又は請求項15に記載の原子力プ
ラント。
16. The nuclear power plant is a boiling water reactor having a recirculation line, and the metal element generator includes:
Among the systems in the boiling water reactor, the system is provided in a system in which high-temperature water that is substantially equal to reactor water or reactor water flows,
The concentration control device measures the concentration of the metal element in the reactor water flowing through the recirculation line, and adjusts the opening / closing degree of the flow rate control valve or the flow rate of the high-pressure pump in accordance with the measured value, thereby controlling the flow rate of the reactor water. The nuclear power plant according to claim 14, wherein the concentration of the metal element is controlled.
【請求項17】前記炉水又は炉水と略等温の高温水が流
れている系統は、再循環ライン、給水ライン、炉水浄化
ラインのいずれかの系統であることを特徴とする請求項
16記載の原子力プラント。
17. The system through which the reactor water or high-temperature water having a temperature substantially equal to that of the reactor water flows is any one of a recirculation line, a water supply line, and a reactor water purification line. Nuclear power plant as described.
【請求項18】前記濃度制御装置はイオンクロマトグラ
フィによって前記金属元素の濃度を測定することを特徴
とする請求項16又は請求項17に記載の原子力プラン
ト。
18. A nuclear power plant according to claim 16, wherein said concentration control device measures the concentration of said metal element by ion chromatography.
【請求項19】2台の前記金属元素発生装置を並列に設
けたことを特徴とする請求項9乃至請求項18のいずれ
か一項に記載の原子力プラント。
19. The nuclear power plant according to claim 9, wherein two metal element generators are provided in parallel.
【請求項20】前記原子力プラントの系統外から前記金
属元素を系統内に注入する金属元素注入装置を有するこ
とを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか一項に
記載の原子力プラント。
20. The nuclear power plant according to claim 1, further comprising a metal element injection device for injecting the metal element into the system from outside the nuclear power plant.
【請求項21】前記金属元素注入装置は、前記金属元素
を酸化物、水素化物ないしは水酸化物、或いは金属酸塩
のように水素及び酸素の一方若しくは両方を含む化合物
のいずれかの状態の原料を溶液状態又はスラリー状態に
変態させた後に前記原子力プラントの系統内に注入する
ようにしたことを特徴とする請求項20記載の原子力プ
ラント。
21. The metal element injection device, wherein the metal element is a raw material in a state of one of an oxide, a hydride or a hydroxide, and a compound containing one or both of hydrogen and oxygen such as a metal salt. 21. The nuclear power plant according to claim 20, wherein after being transformed into a solution state or a slurry state, it is injected into a system of the nuclear power plant.
【請求項22】前記原料は1ミクロン以下の微粉末状で
あることを特徴とする請求項21記載の原子力プラン
ト。
22. The nuclear power plant according to claim 21, wherein said raw material is in the form of fine powder of 1 micron or less.
【請求項23】前記金属元素注入装置は、微粉末状の前
記原料を含んだ液体を蓄えたタンクと、このタンク内の
液体を強制的に攪拌して前記原料の沈降を防止するイン
ペラーとを備えていることを特徴とする請求項22記載
の原子力プラント。
23. The metal element injection device includes a tank storing a liquid containing the raw material in the form of fine powder, and an impeller for forcibly stirring the liquid in the tank to prevent sedimentation of the raw material. 23. The nuclear power plant according to claim 22, comprising a nuclear power plant.
【請求項24】前記金属元素注入装置は、前記金属元素
からなる金属板又は前記金属元素を一部に含む金属板に
よって構成された複数の電極を有する電解槽を備えてお
り、前記電極に直流電圧を印加して前記金属元素をイオ
ン化するようにしたことを特徴とする請求項20記載の
原子力プラント。
24. The apparatus for injecting a metal element, comprising: an electrolytic bath having a plurality of electrodes constituted by a metal plate made of the metal element or a metal plate partially including the metal element. 21. The nuclear power plant according to claim 20, wherein a voltage is applied to ionize said metal element.
【請求項25】前記電極に印加する直流電圧の極性を所
定時間毎に切り換えて前記複数の電極の減肉を均一化す
るようにしたことを特徴とする請求項24記載の原子力
プラント。
25. The nuclear power plant according to claim 24, wherein the polarity of the DC voltage applied to said electrodes is switched at predetermined time intervals so as to equalize the thickness reduction of said plurality of electrodes.
【請求項26】前記電解槽内の電解液の中に予め炭酸ガ
スを溶解させて電解液を電解質として電極反応を促進す
るようにしたことを特徴とする請求項24又は請求項2
5に記載の原子力プラント。
26. The electrode reaction according to claim 24, wherein carbon dioxide gas is dissolved in the electrolytic solution in the electrolytic cell in advance to promote the electrode reaction using the electrolytic solution as an electrolyte.
6. The nuclear power plant according to 5.
【請求項27】電極反応後の電解液中に脱気ガスを注入
して電解液中に溶解している炭酸ガスを脱気するように
したことを特徴とする請求項26記載の原子力プラン
ト。
27. The nuclear power plant according to claim 26, wherein a degassing gas is injected into the electrolytic solution after the electrode reaction to degas carbon dioxide dissolved in the electrolytic solution.
【請求項28】前記金属元素注入装置に対して直列に流
量調節バルブを設け、この流量調節バルブの開閉度を調
節して前記金属元素の注入量を制御する濃度制御装置を
設けたことを特徴とする請求項20乃至請求項27のい
ずれか一項に記載の原子力プラント。
28. A flow control valve provided in series with the metal element injection device, and a concentration control device for controlling the injection amount of the metal element by adjusting the opening / closing degree of the flow control valve. The nuclear power plant according to any one of claims 20 to 27, wherein
【請求項29】前記金属元素注入装置に対して直列に注
入ポンプを設け、この注入ポンプの流量を調節して前記
金属元素の注入量を制御する濃度制御装置を設けたこと
を特徴とする請求項20乃至請求項27のいずれか一項
に記載の原子力プラント。
29. An injection pump is provided in series with the metal element injection device, and a concentration control device for controlling the injection amount of the metal element by adjusting the flow rate of the injection pump is provided. A nuclear power plant according to any one of claims 20 to 27.
【請求項30】前記原子力プラントは再循環ラインを有
する沸騰水型原子炉であり、前記濃度制御装置は、前記
再循環ラインを流れる炉水中の前記金属元素の濃度を測
定し、その測定値に応じて前記流量調節バルブの開閉度
又は前記注入ポンプの流量を調節して炉水中の前記金属
元素の濃度を制御することを特徴とする請求項28又は
請求項29に記載の原子力プラント。
30. The nuclear power plant is a boiling water reactor having a recirculation line, and the concentration control device measures the concentration of the metal element in the reactor water flowing through the recirculation line, and calculates the measured value. 30. The nuclear power plant according to claim 28, wherein the degree of opening and closing of the flow control valve or the flow rate of the injection pump is adjusted to control the concentration of the metal element in the reactor water.
【請求項31】前記金属元素注入装置は、再循環ライ
ン、給水ライン、炉水浄化ライン等の高温系、或いは復
水浄化ライン等の低温系のいずれかの系統に前記金属元
素を注入する特徴とする請求項30記載の原子力プラン
ト。
31. The metal element injection device injects the metal element into a high-temperature system such as a recirculation line, a water supply line, a reactor water purification line, or a low-temperature system such as a condensate purification line. The nuclear power plant according to claim 30, wherein:
【請求項32】炉水中における前記金属元素の濃度を5
ppb以下に制限したことを特徴とする請求項1乃至請
求項31のいずれか一項に記載の原子力プラント。
32. The method according to claim 32, wherein the concentration of the metal element in the reactor water is 5%.
The nuclear power plant according to any one of claims 1 to 31, wherein the nuclear power plant is limited to ppb or less.
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