JPS5860296A - 軽水炉のコバルト除去方法 - Google Patents

軽水炉のコバルト除去方法

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JPS5860296A
JPS5860296A JP56158637A JP15863781A JPS5860296A JP S5860296 A JPS5860296 A JP S5860296A JP 56158637 A JP56158637 A JP 56158637A JP 15863781 A JP15863781 A JP 15863781A JP S5860296 A JPS5860296 A JP S5860296A
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water reactor
reactor
cobalt
coolant
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山科 泰之
純一 高林
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Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

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  • Preventing Corrosion Or Incrustation Of Metals (AREA)
  • Removal Of Specific Substances (AREA)

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】 本発明紘軽水炉の;Δルト除去方法に係勤、更に詳しく
は、軽水炉を、放射性核種の沈積を抑制して運転すべく
、該放射性核種の原因となるコバルトを、核加熱以前に
、予め軽水炉から排出除去する方法に関する。
近時、軽水炉運転年数O増大とともに、−次冷却系配管
の各所に放射性核種が沈積し、炉停止時の放射線量率が
次第に増大している。このよう表放射能蓄積は、定期検
査など炉停止時の被曝線量の増大につながり、ひいて社
稼動率の一低下などの悪影響を与える。
仁のような放射能蓄勢による炉停止時のlI量率の増大
は、炉の形式、維持管理方法によって千差万別があるが
1例えばs IPRI(El@ctric Pow@r
Rtseareh In5tltut@、USA) 4
0 tとめによれば、米国のいくつかの沸騰水型軽水炉
< BWR)の再循環ツインop面曽量率線実効有効運
転期1年(IFPY冨I Full Pow@r Y@
ar )当D1GG 〜150mR/hrの上昇を見せ
ている。
こO放射能蓄積に寄与する放射性核種の大部分は、半減
期の長い Co、Coであるととが知られている。
今までの研究から、これら放射性核種は軽水炉の構成部
材からの腐食生成物に帰因することが明らかとなってい
る。
すなわち、軽水炉構成部材の腐食によって水中に放出さ
れる腐食生成物は、水に可溶なイオンと水中に分散する
金属酸化物(クラッド)から成つている。これら腐食生
成物は、−次冷却材とともに炉心部に移動し、該炉心部
又はその近傍の構成部材の表面に沈着又は固着して炉の
運転時に熱中性子により放射化される。放射化された腐
食生成物は、炉運転停止時又唸起動時等の非定常運転時
に該炉心部から運び出され、何らかの原因で一次冷却系
配管内に再度沈着する。このようにして、本来ならば炉
心部にあるべき放射性の腐食生成物、したがって放射性
核種が一次冷却系全体に拡散して、線量率を増大させる
tのである。
一般に、軽水炉の構成部材としては、ステンレス鋼、炭
素鋼、ニッケル基合金が多用されているが、それはCo
成分を含有する。
これら構成部材O腐食生成物の大部分は、鉄の酸化物で
あ為。
即ち、軽水炉運転時に冷却材が、電離放射線照射下で初
期分離反応を起こして酸素を放出する。
このような環境下にあって、冷却材と接触する構成部材
の表面でアノード溶解が起こシ、F・ 等が溶出する。
また、酸素7bX喪在すゐと、カソード反応によ多水酸
イオン(OI()が生成する。前記のF−1は局所的に
高濃度で存在するOH−と反応してFa (OH’hと
々p構成部材の宍直に付着したシ、又は水中に分散する
軽水炉の運転温度、すなわちBWRでは250〜300
℃、PWRでは31S@O程度の温度域にあっては、該
Fe(OR)mは分解してマグネタイト(Flb Ql
 )を生成する。
このようにして生成した鉄の酸化皮膜又は水中に分散す
るFesCkは、構成部材か−ら水中に放出されている
Coイオンと反応して、該Coイオンがマグネタイト中
に取シ込まれて、例えば)’a  (Co  *F・s
+、0.が生成する。
こうして生成したFe  (Co  、F・ )04 
が炉の運転時、その炉心部で放射化されて半減期の長い
コバルトの放射性核種を生成する。
従来、このような線量率増大の原因となる腐食生成物を
除去する方法としては、例えば、KMnO4のような酸
化剤で構成部材の表面に付着する腐食生成物(酸化皮膜
)又は水中に分散する腐食生成物を全て溶解したシ、あ
るいは、シェラ酸等のような有機酸とEDTムのような
錯化剤の混合物を系内に循環せしめ、仁のとき遊離する
腐食生成物を浄化系で除去するなどの化学除染法が適用
4されている。
しかしながら、これらの方法社、構成部材の表面に付着
する腐食生成物(酸化皮膜)だけではなく構成部材その
ものも溶解すゐことがあル(例えば強力な酸化剤を用%
/%大場合)、該構成部材を損傷して炉の安全性及び信
頼性を低める結果を招くことがある。また、錯化剤を用
い九場合には、腐食生成物を充分に除去できないという
欠点があった。
本発明者等味、従来の放射性核種(放射化され喪腐食生
成物)の除去方法が有していた上述の不都合を解消して
、皺放射性核種の原因となるコバルトを選択的に軽水炉
から除去し得る方法を開発すべく鋭意研究した。
そこで、本発明考尋は、先づ、軽水炉の構成部材として
用いられる。ステンレス鋼、炭素鋼、ニッケル基合金、
及びコバルト、ニッケル、クロム等i属の、軽水炉内に
お妙る腐食現象を再現すべく、模擬実験を行なった。即
ち、原子炉実機連転温度下で、上記の各金属を、種々の
溶′存i12素濃度の高圧冷却材(純水)とII9触せ
゛しめ、該軽水炉模擬環境下における、各金属の腐食電
位(SHE基準)を測定した。
第1図は、290”O1溶存酸酸素濃1〜1 G、00
0PPboliaの冷却材と接触し友、=パル)(mi
ll曽l)、ニッケル(It!i#2)、クロム(1M
183)、SU8 g 04鋼(11111!4 )及
びSTS 42銅(−線5)に関する、該冷却材の溶存
酸素濃度とこれら金属の腐食電位との関係を示した一線
図である。
第1図から明らかな様に、コバルトの腐食電位線、溶存
酸素濃度が略10G〜1000 ppbの範囲で、他の
4種類の金属と比べて着しく卑となる。
例えば、第1図において、溶存酸素濃度100ppbの
ところでは、純;パルト、5Us804鋼及びSTS 
42鋼の腐食電位は、夫々、−o、s v 。
−0,2V、−0,1Vとなっている。従って、コノ櫂
ルトの腐食電位は、8U8304鋼と比べてO,aV。
略純鉄の腐食電位と同等の腐食電位を有すると考えられ
る8T842鋼と比べても0.4v低いものとなってい
る。
一般に、軽水炉運転温1先り下では、アノード反応によ
り2価の酸化種となる、F@mNi、Cr、Co等の全
会固溶金属元素の平衡電位線、その種類に係わらず、活
量と温度のみKよって決まる□値だけ変化し、活量と固
溶濃度が減少する1責となる。そこで、8U83040
不純物として存在するCoは、合金中に0.1重量饅固
溶していても、高々0.17 V程度しか平衡電位が負
側にずれない。従って、純コ/4ルトとSU83 G 
4の前述の腐食電位の差に、コ/(ルト固溶濃度による
平衡電位の責備へのずれを加味しても、未だ、8U83
04鋼表面においては、固溶コバルトが0.1v以上の
アノード過電圧を受けるとととなり、鋼表面に皮膜が形
成されない限り、固溶鉄よpも優先的にアノード溶解す
る。同様にニッケルやクロ^と比べても固溶コバルトが
アノード過電圧を受けて、選択的に冷却材に溶出するこ
ととなる。このコバルトの選択溶解性は、溶存酸素濃度
が、略、100〜1000 ppbの範囲で、一様に発
揮される。
以上の知見から、軽水炉の初動時等の核加熱以前の段階
で、予め、コバルトを微量含む構成部材を核加熱以外の
方法で実炉運転温度に加熱し、該部材を溶存酸素濃度1
00〜1000 ppbの冷却材に接触せしめると、該
構成部材の表層部分のコバルトのみが選択的に溶出され
、これを軽水炉外に排出すると、該構成部材表面に強固
な酸化皮膜が形成されるととも相俟って、核加熱以後の
、コバルトを主原因とする放射性核種の生成が抑制され
て、これによシ、炉停止時の被曝−量も著しく低いもの
となることを見出し、本発明を完成するに至った。
本発明の目的社、軽水炉を、放射性核種の沈積を抑制し
て運転すべく、該放射性核種の原因となるコバ2.ルト
を、核加熱以前に、予め軽水炉から排出除去する方法を
提供することにある。
即ち、本発明の軽水炉のコバルト除去方法は、コバルト
を微量含む金属から成る軽水炉の構成部材を、核加熱以
前に、予め、核加熱以外の手段によシ実炉運転温度に到
達せしめると共に、溶存酸素濃度100〜1000 p
pbの冷却材と接触せしめて、該部材の表層部分のコバ
ルトを選択的に溶出せしめ、この溶出コバルトを軽水炉
外に排出することを特徴とするものである 上記のコバルトを微量含む金属から成る構成部材とは、
具体的には、軽水炉をIIII成する高温高圧部分、炉
心部、配管系等であシ、これらの構成部材は、コバルト
を微量含む、例えに、オーステナイト系ステンレス鋼、
インブネル等ニッケル基合金から成っている。
前記の、構成部材を実炉運転温度に到達せしめる核加熱
以外の手段とは、冷却材及び該冷却材を介して構成部材
を共に実炉運転温度に到達せしめ得るものであれば良く
、その設置位置KI¥fK制限はない。通常の脆及びm
においては、取扱上、これらの再循環系に設置するのが
好ましい。
次に、添付した図面に即して、本発明方法の一実施態様
を詳細に説明する。
第2図は、本発明方法を実施するための装置の一例を備
えた軽水炉(BWR)の模式図である。
本発明方法は、例えば軽水炉内に核燃料を装荷する前に
実施される。
先づ、核燃料装荷前に、軽水炉内に、冷却材である純水
を溝たす。このとき、炉内に満九される純水の溶存酸素
濃度を、予め、100〜1000ppbに調整しておい
ても良いが、第2図の例では。
本発明方法を実施する装置として、圧力容器1内の冷却
材を循環する再循環系にあって、冷却材の溶存酸−濃度
を調整するための水精製器2が軽水炉の一次冷却材導出
口3の後で、再循環−ング4の前に配設されている。ま
た、該冷却材を実炉運転温度に到達せしめる手段として
、加熱器5が、−次冷却材導入口6の前に配設されてい
る。
かくして軽水炉内に満たされた圧力容器1内の冷却材を
再循3J/ンプ4を用いて循環し、水精製器2によシ冷
却材の溶存酸素濃度を100〜1000ppbの範囲内
に調整する。所定O溶存酸素濃度となったら、加熱器5
にょ夛除々に軽水炉内金体を、軽水炉運転温度まで昇温
せしめる。このとき、復水系のパイ/4スフのバルブ8
.9は開放であっても、閉止であっても嵐い。
かくして加熱された軽水炉内の圧力は、運転温度に相当
する飽和蒸気圧に到達し、給水−ンプ1゜を作動させる
ことによシ、冷却材の蒸気は、主蒸気管11.タービン
12及び復水器13を介して圧力容器1内に循mされる
ここで、構成部材からのコバルト溶出の目安として、軽
水炉内の冷却材のコバルトイオン濃度を測定する。例え
ば、水精製器2サンプリング水を採堆し、コバルトイオ
ン濃度を逐次測定する。この”イオン鹸度が、実炉運転
時と同程度の千゛衡値となつ九ときに、一旦、操作を終
了し、軽水炉内の冷却材を、例えば、復水器13と接続
したバルブ14から排出する。排出が終了したら、また
同様の操作を繰夛返す。
かかる操作を行なうことによって、軽水炉の構成部材の
表層部に含まれる:IAルトは、イオンとして軽水炉外
に排出される。
またかかる操作を十分に行なうことによって1、軽水炉
の構成部材表面には、冷却材の溶存酸素によって、核加
熱以前に、強固な酸化皮膜が形成され、実炉運転時のコ
バルト溶出速度が遅くなるという効果も顕現する。
以上の様に1本発明方法によれば、軽水炉の構成部材を
損傷することなく、紋部材の表層部に含まれるコバルト
を選択的に、核加熱以前に軽水炉外に排出除去すると共
に前記構成部材の表面に強固な酸化皮膜を形成して、以
て、該コバルトを原因とする放射性核種の沈積を抑制し
て、軽水炉を運転することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図れ、本発明に係る、軽水炉の構成金属材料の実炉
運転状態における°腐食電位を表わし丸ものであシ、曲
iIi!1〜sは、夫に290℃、溶存酸素濃度1〜1
0.000 ppbの冷却材と接触した、コΔルF、ニ
ッケル、クロム、SU83104及び5TS42鋼に関
する、冷却材の溶存酸素濃度とこれら金属の腐食電位(
8′8基準)との関係を示した曲線図である。 第2図は、本発明方法を実細する装置を備えた軽水炉の
模式図である。 1・・・圧力容器、2・・・水精製器、3・・・−次冷
却材寿出口、41・再循環Iン!、5・・・加熱器、6
・・・−次冷却材導入口、7・・・ΔイΔス、8.9・
・・パルプ。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. スパルトを黴量含む金属から成る薯水炉O構成部材を、
    被加熱以前に、予め、核加熱以外t)1jPRにより夷
    デ這転温度に到達せしめると共に%博存酸素濃度100
    −104)OppbO冷却材と接触せしめて、鉄部材の
    表層部分のコバルトを選択的に溶出せしめ、この溶出コ
    A#シを軽水炉外に排出することを特徴とする軽水炉の
    ;ノ噌ルト除去方法。
JP56158637A 1981-10-07 1981-10-07 軽水炉のコバルト除去方法 Granted JPS5860296A (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5937498A (ja) * 1982-08-25 1984-02-29 株式会社日立製作所 放射性物質の付着抑制機能を備えた原子力プラント
JPS6279396A (ja) * 1985-10-02 1987-04-11 株式会社日立製作所 原子力プラントの放射能低減方法
JP2014130160A (ja) * 2014-03-24 2014-07-10 Hitachi-Ge Nuclear Energy Ltd 原子力プラント構成部材の線量低減方法

Cited By (4)

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