JPS5937498A - 放射性物質の付着抑制機能を備えた原子力プラント - Google Patents

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】 本発明は、原子カプラントに係シ、特に、−次冷却水系
配管のように、放射性物質が溶存している液と接して使
用される構造材に対して放射性物質の付着抑制処理を施
した原子カプラントに関する。

原子力発電所の一次冷却水系に使用されている配管、ポ
ンプ、弁等はステンレス鋼及びステライト等から構成さ
れている。これらの金属は長期間使用されると腐食損傷
をうけ、構成金属元素が一次冷却水中に溶出し、原子炉
内に持ち込まれる。

溶出金属元素は大半が酸化物となって燃料棒に付着し、
中性子照射をうける。その結果　＋１０ｃｏ。

’　Ｃｏ、”Ｃｒ、”Ｍｎ　等の放射性核種が生成する
。

これらの放射性核種は一次冷却水中に再溶出してイオン
あるいは不溶性固体成分（以下、クラッドと称する）と
して浮遊する。浮遊する一部は炉水浄化用の脱塩器等で
除去されるが、残りは一次冷却水系を循環しているうち
に主にステンレス鋼からなる構造材表面に付着する。こ
のため、構造材表面における線量率が高くなシ、保守、
点検を実施する際の作業員の放射線被曝が問題となって
いる。

このため、構造材の表面線量率の上昇を防止する方法と
して、構造材に付着した放射性物質を除去する方法が検
討され、実施されている。除去方法には現状３つある。

（１）機械的洗浄方法 （２）化学的洗浄方法 （３）電気分解による洗浄方法 （１）の方法は主に部品に適用され、たとえば高圧ジェ
ット水により表面を洗浄するものである。しかし、この
方法では密着性の強い放射性物質の除去が困難であシ、
また広い範囲を系統的に除染することはできない。事実
、この方法により一時的に線量率を低減しても、その後
の長期的な使用により再び線量率が上昇する傾向にある
。

（２）の方法は酸溶液等の薬剤を用いて化学反応によシ
鋼表面の酸化被膜を溶解し、同被膜中に存在する放射性
物質を除去するものである。この方法の問題は薬剤によ
る構造材の腐食損傷にある。すなわち、被膜を溶解する
際に構造材も腐食損傷をうけ、また除染後に残留した微
量の薬剤が構造材の応力腐食割れを引き起こす恐れがあ
る。

（３）の方法も（１）と同様の問題点をもっている。

また、放射性物質の付着量を低減させるため、その源で
ある金属元素の溶出を抑制する方法も実施されている。

すなわち、酸素または過酸化水素を給水系内に注入して
構造材の腐食を抑制し、これによって腐食生成物の原子
炉内への持ち込み量を低減するものである。

しかし、このような方法を用いても給水系をはじめとし
、−次冷却水系の構造材の腐食を完全に却 防止することはできず、−次へ声中の放射性物質を無く
すことはできないため、構造材への放射性物質の付着に
よる表面線量率の増加がやはシ問題として残っている。

本発明の目的はこれらの問題点を除去し、放射性物質が
溶存している液と接して使用される構造材に対して、液
に接する部分にあらかじめ酸化皮膜を形成することによ
シ放射性物質の付着を抑制した原子カプラントを提供す
ることにある。

原子カプラントの従事者被曝に寄与する主な放射性核種
は”ｃｏであることが各種分析の結果（たとえば、Ｑ、
　Ｒｏｍｅｏ　、　Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ　’
ｌ’ｈｅ７ｔｈ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎｌｌ　Ｃｏｎ
ｇｒｅｓｓ　ｏｎ　Ｍｅｔ４１１ｉｃＣｏｒｒｏｓｉｏ
ｎ　、　Ｐ１４５６．１９７８）かられかっている。

この放射性核種はγ線の崩壊エネルギー強度が１．１７
及び１．３３ＭｅＶと高く、また半減期が５．２６年と
長いために、一旦構造材に付着すると長期にわたシ表面
線量率を高める原因となる。したがって、線量率を低減
するためには、この６０Ｃｏの付着をいかに抑制するか
が鍵である。

一方、プラント炉団りの圧力容器、配管、ポンプ、弁等
の構造材はステンレス鋼、ステライト、インコネル、炭
素鋼よシなるが、接水面積の９７％をステンレス鋼が占
める。したがって、ステンレス鋼への放射性物質の付着
を抑制することが被曝低減上、最も有効である。

炉水に溶存する放射性核種はステンレス鋼の腐食によっ
て表面に形成される酸化皮膜内にその形成過程で取り込
まれる。ところで、発明者の研究によると放射性核種の
付着速度は皮膜成長速度と（５） 相関関係を示すので、皮膜成長を抑制することは付着低
減につながるであろうと推定された。

炉水環境下でのステンレス鋼の皮膜量（ハ）の増加は（
１）式に示すように時間（１）の対数前によって表わさ
れる。

ｍ＝ａｔｏｇ　ｔ　十ｂ　　　　　　　　　　＝”（１
）ここで、ａおよびｂは定数 すなわち、皮膜の成長とともにその成長速度は小さくな
る。したがって、あらかじめ適当な非放射性の酸化皮膜
を形成しておけば、放射性物質が溶存している液へ浸せ
きしたのちの新たな皮膜形成を抑制することができ、ひ
いては皮膜形成時に多くみられる放射性物質の付着を抑
制できる。

ところで、放射性物質の皮膜内への拡散の難易は皮膜組
成及び形態に依存する。１１０　ＣＯは■価原子である
ことから■価金属を有する結晶構造をもつ酸化皮膜内に
は比較的容易に浸入する。たとえば、スピネル構造（Ｍ
”０　・ＭＩＩ［ｔＯｓ　）をもつＦ　ｅ、ｏ。

ではＦｅ］Ｉ位置に６０ＣＯＩ［が置換して浸入する。

そこで■価原子をもたないα−Ｆｅ”、ｏ、を主体とす
る皮（６） 膜をあらかじめ形成しておくことが付着抑制上有効であ
ることが判明し、本発明に至った。

以下、本発明の実施例について説明するが、本発明はこ
れによシなんら限定されるものではない。

実施例１ 第１表に示す化学組成を有したステンレス鋼を２５ない
し１０００時間流速０．５ｍ／ｓで流動する炉水に浸せ
きして、形成する酸化皮膜量および付着した６０ＣＯ量
を測定した。

ステンレス鋼は浸せき前に表面を機械加工後、脱脂洗浄
した。炉水の６０ＣＯ濃度は１×１０″μＣ１／　ｍ　
ｔで９０％以上がイオンとして存在した。また、温度は
２３０Ｃ，溶存酸素温度は１５０ないし１７０ｐｐｂｓ
　ｐＨは６．９ないし７．２であった。

１０００時間浸せきした場合に形成された酸化皮膜の主
な金属元素組成を第２表に示す。約９０％が鉄元素でめ
る。

第１図にステンレス鋼単位面積当りに形成された酸化皮
膜中の代表金属元素の量（鉄、コバルト、ニッケル、ク
ロムの総和）の経時変化を示す。

１００時間以上で対数則にしたがった増加を示している
。

一方、第２図は付着６０ＣＯ量の経時変化である。

酸化皮膜量と同様に１００時間以上で対数則にしたがっ
て増加した。

したがって、第１図、第２図よシロ０ＣＯの付着速度は
皮膜成長速度に律速されていることがわかる。また、皮
膜の成長速度はその成長とともにしだいに小さくなって
いる。

実施例２ 実施例１で使用したと同様のステンレス鋼を２５ないし
５００時間、次に示す条件の水に浸せきし、表面に非放
射性の酸化皮膜をあらかじめ形成した。

温度：２８５Ｕ 溶存酸素濃度：　２００　ｐｐｂ 電気伝導度二０．１μＳ／ｃｍ 流速：０．１ｃｒｎ／就 かくして前酸化処理し、α−Ｆｅ、Ｏ，を主体とする皮
膜をあらかじめ形成したステンレス鋼を実施例１と同条
件の炉水に浸せきし、６０ＣＯ付着量の経時変化を調べ
た。結果を無処理のステンレス鋼とあわせて第３図に示
した。曲線工ないし５は、それぞれ前酸化処理時間が２
５時間、５０時間、１００時間、２００時間および５０
０時間の場合を示す。炉水への浸せき１００時間以上に
おいて前酸化処理したステンレス鋼への６０ＣＯの付着
は著しく抑制された。

実施例３ 皮膜厚さと付着量との関係を第４図に示した。

酸化処理によって厚さ３００Å以上の皮膜を形成するこ
とが付着抑制に効果的である。

（９） 実施例４ 原子カプラントで使用された配管、機器等を化学的方法
等により除染し、再使用する場合、除染操作によシ構造
材表面の酸化皮膜は溶解、剥離しているので、金属素地
が露出しておシ、再使用時の放射性物質の付着量は第２
図と同様の経時変化を示す。そこで、本発明の前酸化処
理を施したのちに再使用することで放射性物質の付着を
抑制することができる。

実施例５ 原子カブラン）Ｋはいく種類もあるが、本発明はそれら
のいずれにも適用することができる。たとえば、沸騰水
型原子カプラントでは圧力容器、再循環系配管および一
次冷却材浄化系配管等が放射性物質を含む炉水と接して
おシ、また加圧水型原子カプラントでは圧力容器、炉内
構造材および蒸気発生器等が同様な炉水と接している。

したがって、これら放射性物質を含む液と接するステン
レス鋼、インコネル、炭素鋼およびステライトから選択
された１種または２種以上の金属からなる（１０） 構造材の全部あるいは一部に本発明の前酸化処理を施し
た構造材を適用することによって放射性物質の付着を抑
制でき、ひいては従事者被曝の小さいプラントを提出し
うる。

実施例６ 本発明を実施例５で示した原子カプラントに適用するに
は次の方法が考えられる。

（１）配管、機器等で小さな形状のものはプラントに設
置する前に酸素等の（２）項に記載した酸化剤を含む水
中でオートクレーブ処理によって構造材に酸化処理を施
すことができる。

（２）プラント既設の配管、機器等については外部よシ
高温蒸気を導くか、または既設ポンプの運転により発生
する熱で水を加熱する方法、あるいは低温においても酸
素、過酸化水素、クロム酸塩、亜硝酸塩、モリブデン酸
塩、タングステン酸塩、鉄酸塩、過テクネチウム酸塩な
どの酸化剤の水への添カロによって接水面にあらかじめ
酸化処理を施すことができる。

以上の説明から明らかなように、本発明は簡便（１１） な手段によって放射性物質の金属からなる構造材への付
着を抑制でき、その応用範囲も広く、特に原子カプラン
トに使用されるステンレス＠をはじめとする構造材に適
用して線量率の上昇を抑え、従事者の被曝を低減するに
好適でアシ、実用価値も高く、工業的にきわめて有意義
なものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はステンレス鋼酸化皮膜量と時間との関係図、第
２図及び第３図は６０ＣＯ付着蓋と時間との関係図、第
４図は放射性物質の付着量と酸化皮膜厚さとの関係図を
示す。 １・・・前酸化処理時間２５時間、２・・・同５０時間
、３・・・同１００時間、４・・・同２００時間、訃・
・同（１２） 第　３巳 日４Ｆ　　間　（ｈ−） ￥　１４−　囚 西粕し皮」莢厚さ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、放射性物質が溶解している液と接して使用される金
   属からなる構造材を使用する原子カプラントにおいて、
   前記構造材の前記液に接する表面層を構成する金属元素
   を外部から酸化剤の注入によって酸化し、あらかじめ酸
   化皮膜を形成することを特徴とする放射性物質の付着抑
   制機能を備えた原子カプラント。 ２　前記酸化剤が酸素、過酸化水素、クロム酸塩、亜硝
   酸塩、モリブデン酸塩、タングステン酸塩、鉄酸塩、過
   テクネチウム酸塩よシなる群から選ばれた少なくとも１
   種からなる特許請求の範囲第１項記載の放射性物質の付
   着抑制機能を備えた原子カプラント。