JPS59166214A - 軽水炉用高温フイルタ−およびその製造方法 - Google Patents

軽水炉用高温フイルタ−およびその製造方法

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JPS59166214A
JPS59166214A JP58039106A JP3910683A JPS59166214A JP S59166214 A JPS59166214 A JP S59166214A JP 58039106 A JP58039106 A JP 58039106A JP 3910683 A JP3910683 A JP 3910683A JP S59166214 A JPS59166214 A JP S59166214A
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JP
Japan
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powder
filter
powdered
alloy
weight
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Pending
Application number
JP58039106A
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English (en)
Inventor
Tetsuo Fujiwara
藤原 鉄雄
Yasuyuki Yamashina
山科 泰之
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

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  • Treatment Of Liquids With Adsorbents In General (AREA)
  • Water Treatment By Sorption (AREA)
  • Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (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】 〔発明の技術分野1 本発明は軽水炉用高温フィルターに関し、更に詳しくは
、軽水炉の一次冷却水系に微量に含まれるコバルトに対
する吸着除去能力が大きく、シかも機械的強度、削食性
にも優れた軽水炉用高温フィルター及びその狐造方法に
関する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
近時、軽水炉の運転年数の増大とともに、−次冷却水系
配管の名所tこ放射性核種が沈稗[2、炉停止時の放射
線線分i率が次第に増大している。このような放射能蓄
積は定期検査などのために炉停止した時の定肋検介要員
の被曝線量の増大を招き、ひいては稼動率の低下などの
悪影響を与える。このような放射能蓄積による炉停止時
の糾散率の増大は、炉の形式、維持管理方法によって千
差万別であるが、例えは、E P RI (Elect
ric PowerResearch In5titu
te 、 USA )の報告によれば、米国のいくつか
の沸騰水型軽水炉(BWR)の再循環ラインの表面la
 M率は、実効有効運転期間1年(I F P Y :
 I Full Power Year )当9100
〜150 mR/hrの上昇を見せてbる。
放射能g H,’i:<を招来する放射性核種の大部分
は、半減niiの長い60Co、58Coであることが
知られてお夕、奇声の研究よシこれら放射性核紳は軽水
炉の構造材からの腐食生成物に起因することが明らかと
なっている。
ずなわぢ、軽水炉構造材の腐食によって水中に放出され
る腐食生成物は、水に可溶な各種イオンと水中に分散す
る各種全綱酸化物とがら成シ、放射能蓄積の主因をなす
60Co 、 ”Coけ、次のような経緯で生fjV、
することが知られている。
すなわち、まず、構造材の構成元素であるC。
がR119造拐の腐食によって冷却水系に溶出してイオ
ン化する。該イオン化したCoが金に酸化物に吸着した
フ又はイオン交換反応を起して核金に酸化物に取り込ま
れる。そして該金属酸化物が炉心に運び込まれることに
よって取り込凍れているC。
が放射化されるものである。
したがって、冷却水系のイオンとしてのCoを減少せし
めれば、炉−〇に運び込まれて放射化されるCoの相対
量を減少させることができ、ひいては放射能蓄積を抑制
することか可能となる。
このような観点に立って、従来がら、炉水中のコバルト
濃度を低減する方法がいくつが試みられているが、いず
れも室温、大気圧下で行なうイオン交換法の延長線上に
あるものであって、炉水環境のような高温(270〜2
90℃)、高圧(56〜76 atm )のような条件
下で有効な炉水中コバルト濃度低減法は、現存のところ
、まだ実用化されていない。
現在、最も有望視゛されている方法は、例えばC。
イオン交換能を有する酸化第二スズ(Sn02)、四三
酸化鉄(Fe5O4) 又は二酸化マンガ>(MnOz
)の金槻酸化物をCo除去材とし、その粉末を結合イオ
である金蔵粉末とともに焼結して成るCo吸着材(フィ
ルター)を用いる方法である。しかしながら、この方法
にあっては、高濡水中における金属酸化物の保痔一方法
について間M’((があった。
例えば、5nOz粉末の除去拐f Ni金金粉粉末混合
し、これ’を焼結して得られたフィルターを低温域で使
用する場合においては、該フィルターの強度、冷却水系
の流速増大によ7y□5nO1の脱落、S nQ2の保
持方法等、全ての点につbて問題はないが、高温域にな
ると保持方法に関して特に問題が生じてくる。
すなわち、5n02除去利とNi結合材との熱膨張係数
差(100℃における熱膨張係数Snow  :5.8
 X 10−6/℃、Ni : I 3.8 X 10
−’/’C) Kよる5n02脱落のおそれがあった。
また、co除去処理後、フィルターを酸洗いによル除染
するが、この際Co除去材を保持している結合金蔵も同
時に酸によって溶出して放射化されるため゛、多大な放
射線廃棄物量となった。
また、縦通では、耐熱度の高い無機質イオン交換体が注
目を集めている。これは例えば、酸化アルミニウム、二
酸化ジルコニウムなどのコバルトイオン交換能を有する
金属酸化物の粉末を炉水の流通路に逆水oJ能な状観で
充填して用いられるものである。
しかし々から、この場合にも、該粉末の保持が重要な問
題となる。すなわち、炉水との接触面積を増大してイオ
ン交換能を高めるためには、その粒径を小さくすること
が必要となる。しかし、その場合、炉水の流速が規定値
以上に増大したシ又は脈流等の流速変動が生じると該粉
末の流出する1れが生ずる。そのため、炉の運転におい
て、炉水の流、速を指標とする処理能力(単位時間当り
の1通水可能匍)を制限することが必要となシ、また、
流速変動を防止するためのM重な運転管理が必要となっ
て操作が煩雑となってし甘う。
〔発明の目的〕
本発明は、前記従来技術の欠点を解消し、強度、流速、
保持方法等に対する柔軟性を持たせ、かつ除染工程時の
放射線廃棄物量を軽減さぜるのに有〃lな軽水炉用高温
フィルター及びその製造方法を提供することを目的とす
る。
〔発明の概要〕
本発明者らは、各控の無機質イオン交換体の粉末のコバ
ルト吸着除去能力を調査した結果、二酸化スズ(SnO
z)、四三酸化鉄(F e304 )、二酸化マンガス
(Mn 02 )はそのコバルト吸着除去前1・力が大
きいことを見出した。更には、結合金朽として、ニッケ
ルー鉄合金は純ニッケルと同程度の耐食性を有し、しか
も上記金属酸化物と同程度の低熱膨張係数を有すること
を見出した3、本発明はこれらの事実を利用することに
よって完成されるに至ったものである。
すなわち、本発明の軽水炉用高温フィルターは、ニッケ
ル30〜45重景係、鉄、55〜70重月%から成る合
金50〜70重館チ・と、酸化第二スズ、四三酸化鉄、
二酸化マンガンの群から選ばれる1種以上の金属酸化物
30〜50重%r係との炉結体であることを特徴とする
また、本発明の上記フィルターの製造方法は、ニッケル
粉末30〜45 vit % 、鉄粉末55〜70重釦
°係から成る合金粉末あるいは混合粉末50〜70重N
−係と、酸化第二スズ、四三酸化鉄、二酸化マンガンの
群から選ばれる1種以上の金属酸化物粉末30〜50重
量係との混合物を加圧成形し7、ついで、真空中又は不
活性ガス中で焼結することを特徴とする。
本発明のフィルターは例えば、次のようにして製造され
る。まず、金属酸化物の粉末と、上記組成範囲の金属又
は合金粉末とを適宜な粉末混合機で充分に混合する、金
属酸化物としては、上記したものを単独又は2種以上混
合して用いてよいが、とくに5nOzを単独で用いたも
のが好適である。
各粉末の粒径については格別限定されることはないが、
金属酸化物の粉末については1〜5μm、合金粉末につ
いては3〜10μmの8度であることが好ましい。
Ni−Fe結合金属中、Niは耐食性に寄与する成分で
ある。Niが30重量未満の場合は、熱膨張係数が金属
酸化物よりも大きくなるため、該酸化物が脱落し易くな
り、しかも充分な耐食性が得られない。また45重惜係
を超えると、優れた耐食性を有する反面、酸化物除去材
と同程度の熱膨張係数が得られ々い。なお参考のために
、本発明フィルターを、25℃の5%硝酸溶液に浸漬し
て耐食性を試駆した際の、Ni含有焔と重iB1失μと
の相関々係、及びNi −Fe結合金属のNi含有担と
100℃における熱膨張係数との相間々係を各々、第1
図及び第2図に示した。
図から明らか々ように、Ni蕾が30〜45重僻係にあ
るとき幻1、乗f1+1損失餉が20 (1’*!7/
 dm” /day以下であって、耐食性は優れている
。また、5nu2、Fe5O4、M、nO+の100℃
における熱膨張係数は各々、s、5xxo  /℃であ
って、Nl量が3()〜45重曾チであるときのNi 
−Fe結合金属の100℃における熱膨張係数は、2〜
8X10 /℃であるため、両者の熱膨張係数は略同程
度である。
なお、金属酸化物を2種以上用いる場合は、その合量が
上記範囲にあることが必要である。金属酸化物が3()
191%未満(合金粉末が70重j?r%を超える)の
ときには、得られた焼結体のコバルト吸着除去能力が充
分ではなく、また逆に50重耕%を超える(合金粉末が
50重@−%未満)場合には、高強度の焼結体を得るた
めに非常に高い焼結温度が必要となる。
この混合粉末をそのまま加圧成形したのち、焼結して本
発明のフィルターが体られる。本発明のフィルタ要素に
あっては、その気孔率が30〜50チとなるように、成
形、焼結過程の条件が設定されることが好ましい。気孔
率が30%未満の場合には、フィルターの炉水との接触
rRi積が小さくなシ、シかも通水量も減少してしまう
ので充分なコバルト吸着除去能力を生じない。また気孔
率が50%を超え′ると、フィルターの機械的強問が低
下して粉末化の原因が増して好ましくない。
まず、成形については、上記した混合粉末を所定の型に
充填した後加圧成形して圧粉体とする。
このとき適用する成形圧は、焼結温度と並んで、フィル
ターの気孔率に影響を与える。成形圧が小さい場合には
、気孔率の大きい焼結体f:得ることができるが全体の
機械的強度が低下する。逆に成形圧が大きい場合には、
気孔率は小さくなるが機械的強度は増大する。本発明に
あっては、成形圧を4〜8 ton7%m”の範囲で適
宜に選定することが好ましい。
このようにして得られた圧粉体を、大気又は不活性雰囲
気中で焼結する。このとき、焼結温度が低いと、気孔率
は犬きくなるが焼結が充分ではないので機械的強度は低
下する。逆に、焼結8度が高いと、機械的強度は増大す
るが気孔率は小さく々る。本発明にあっては、焼結温度
を約100 (1〜1200℃の範囲で適宜に選定する
ことが好1[2い。
〔発明の実施例〕
実施例1 平均粒径2へ3μmのニッケル粉末35重量係、平均粒
径2μmの鉄粉末65重址裂から彦る粉末70重11平
均粒径311mの5no2粉末30.重量%荀混合した
。ついで6 ton 7cm2の圧力でプレス成形後、
真空中110 (1℃で1時間熱処理を行ない気孔率3
0%、直径100簡、厚さ10箭の焼結フィルターを得
た。
実施例2 平均粒径2〜3μmのニッケル粉末45重i%、平均粒
径2μmの鉄粉末55重量%を混合後このNi−Fe混
合粉末55爪量係と平均粒径3μmのS nOz粉末粉
末4年 の圧力でプレス成形後、真空中1100℃、1時間熱処
理を行ない気孔率42%、直径100肪、厚さ10門の
焼結フィルターを得た。
実施例3 平均粒径2〜3μmのニッケル粉末40重鋼製、平均粒
径2μmの鉄粉末60爪量係からなる混合粉末50爪量
係と平均粒径2μmのFe50<粉末50爪量係を混合
した。ついで4 ton/♂の圧力で成−形後真空中1
 0 0 0℃で1時間熱処理を行ない気孔率35受、
直径100咽、厚さ10mの焼結フィルターを得た。
実施例4 平均粒径2〜3μmのニッケル粉末45重量%平均粒径
2μmの鉄粉末55重量%からなる粉末65重t%と平
均粒径4μmのMn0z粉末35重泗%を混合j〜だ。
ついで5 ton/♂の圧力でプレス成形後真空中11
00℃で1時間熱処理を行ない気孔率40%、直径10
0間、厚さ10町の焼結フィルターを得た。
比較例 結合材として純Niを用いたこと以外は、実施例1と同
様にして焼結フィルターを得た。
以上で得られた5種のフィルターを25℃の5チ硝酸溶
液に浸漬して耐食性試験を行,・よった。いずれも重量
損失量が2 0 0 mg/ 6m2/ day以下で
あった(第1図参照)。
次に、実施例1〜4で得られたフィルターに使用したF
e − Ni合金について100℃における熱膨張係数
(r−測定しまた。その結果、いずれの熱膨張係数も5
insの熱膨張係数5.8.X 1 0  7℃と同程
度であった(第2 に′.(参照)1、一方、比較例で
得られたフィルターに使用した純Niの100℃におけ
る熱膨張係数は13.8X10  7℃であって、5i
02のその係数とは大差がある。
以上のことから、本発明フィルターは耐食性及び金廊醒
化物の保持性に優れていることが確認された。
〔発明の効果〕
本発明によれば、SnO, 、 Fe3O4 、 Mn
O, を低熱膨張係数のNi−Fe合金で保持し、さら
に5nap。
Fe,04 、 MnO2除去材と炉水との接触面積を
粉体に近い状態のまま保持することによシ、従来技術の
欠点である強度、流速、保持方法等の問題点が皆無とな
る。[−かも結合金属の耐食性向上によυ、酸除染工程
時に発生する放射線廃棄物量が軽減される。すなわち、
SnO, 、 Fe3O4 、 Mn0tはNi−Fe
合金によシ固定されているため各特性はNi−、Fe焼
結体の熱的、機械的特性に依存し、SnO, I,Fe
3O4 。
M n O 2除去材と結合金属間の熱膨張差に対して
柔軟性が保たれること姉より酸化物除去材の脱落が・−
防止され耐流速に関する余裕度が増加する。また、本発
明高温)1イルターのSnO, 、 Fe3O4 、 
MnO2除去材の被表面積は、よシ粉体に近くセラミッ
クよシも大きな被表面積でしかも保持金属は優れた耐食
性を有している。
【図面の簡単な説明】
第1図は、フィルターを25℃の5%硝酸溶液に浸漬し
て耐食性を試験した際の、Nt含有量と重量損失情との
相関体゛1、第2図は、Ni−Fe結合金属のN!含有
量と100℃における熱膨張係数との相関図である。 侍竪火弁理士 則近窓佑(◆工が1−%)第1図 Fe    20  40   60   80   
NiNi含4隻(wt%)

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 tl+  ニッケル30〜45重tj楚、鉄55〜70
    1日から成る合金50〜70v1%と、酸化第二スズ、
    四三酸化鉄、二酸化マンガンの群から?ばれる1稗以上
    Ω金団酸化物30〜50重量% との焼結体である軽水炉用高温フィルター。 (2)  ニッケル粉末30〜451工量茄、鉄粉末5
    5〜70 短針%から成る合金粉末あるいは混合粉末5
    ()〜70重量係と、酸化第二スズ、四三酸化鉄、二酸
    化マンガンの群から選ばれる1秒以上の金棒酸化物粉末
    30〜50重帖係との混合物を加圧成形[2、 ついで、真空中又は不活性ガス中で焼結することを特徴
    とする軽水炉用ρ、渦ラフイルター製造方法。
JP58039106A 1983-03-11 1983-03-11 軽水炉用高温フイルタ−およびその製造方法 Pending JPS59166214A (ja)

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