JPS5989775A - コバルト含有金属のコバルト溶出抑制方法 - Google Patents

コバルト含有金属のコバルト溶出抑制方法

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JPS5989775A
JPS5989775A JP57197573A JP19757382A JPS5989775A JP S5989775 A JPS5989775 A JP S5989775A JP 57197573 A JP57197573 A JP 57197573A JP 19757382 A JP19757382 A JP 19757382A JP S5989775 A JPS5989775 A JP S5989775A
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小澤 義弘
Masao Endo
正男 遠藤
Shunsuke Uchida
俊介 内田
Masao Kitamura
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、高温水中において使用するコバルト含有金属
からのコバルト溶出抑制方法に係シ、特に原子カプラン
ト−次冷却系配管の給水加熱器ヒータチューブからのコ
バルト溶出を減少するのに好適な方法に関する。
〔従来技術〕
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、長期間使用される仁とに
より、腐食損傷を受は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。これら溶出金属元素は
、大半が酸化物となって燃料棒に付着し、中性子照射を
受けて”Co、”Co、llCr、14Mn等の放射性
核種になる。燃料棒に付着し放射化した放射性核種は、
−次冷却水中に再溶出し、イオン或いは不溶性固体成分
(以下り2ツトと称する)として浮遊する。
浮遊する放射性核種の一部は、炉水浄化装置の脱塩器等
において除去されるが、除去されなかった放射性核種は
、−次冷却水系を循環しているうちに主にステンレス鋼
から成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り、保守、点検を実施する際に
おける作業員の放射線被曝の問題を生じる。そこで、構
造材の表面線量率の上昇を防止する方法として、燃料棒
への放射性核種の付着要因となる鉄クラットの原子炉内
への持ち込み量を低減するため、給水系へ酸素注入を行
い、給水系配管の腐食損傷を図ることが多くのプラント
において実施されている。
一方、原子カプラントの従事者の放射線被曝は、これま
での研究において主に1゜COによるものであることが
各種分析の結果明らかとなっている(例えば、Q、 l
lomeo、 Proceedings of i”h
e7th InternaNonal Congres
s on MetalllcCongress P14
56.1978 )oこれは、60COのr線の崩壊エ
ネルギー強度が1.17MeV及び1.33MeVと高
く、又半減期が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り表面線量率を高めることによる
。従って、構造材の表面線量率を低減するためには、こ
の60COの構造材への付着をいかに抑制するかにかか
つている。
原子カプラントにおける60COの生成は、安定同位体
であるl9COが原子炉内において(n、r)反応をす
ることによる。従って、119coの原子炉内への流入
を抑制することによp)、80Coの発生を低減させ、
ひいては作業者の放射線被曝量を低減させることができ
る(例えば、8.Uc旧ctaat 11.、 Wat
er Chemlstry ■、 BNES、 198
0゜Paper 44.1980)6そこで、原子炉浄
化系の強化や、再循環配管を中心とした60COの付着
を防止するための配管予備酸化方法が検討されている。
しかし、このような方法を用いても給水系をはじめとし
て、−次冷却水系の構造材の腐食を完全に防止すること
はできない。このため、−次冷却水中の放射性物質をな
くすことができないため、構造材への放射性物質の付着
による表面線量率の増加を防止することができない。
特に、給水系におけるコバルトの主要溶出源は、給水加
熱器ヒータチューブに使用されているステンレス鋼であ
る。即ち、ステンレス鋼は、通常不純物として約0.2
%のコバルトを含有しておシ、このコバルトが高温水中
におけるステンレス鋼の腐食にともなって溶出する。そ
こで、コバルト含有率を通常の1程度に下げた低コバル
トステンレス鋼を、給水加熱器ヒータチューブに使用す
るととが考えられている。しかし、低コバルトステンレ
ス鋼の使用は、材料コスト上の問題を生じ、全面的に採
用されるには至っていない。
〔発明の目的〕
本発明は、コバルトとクロムとを含有した金属からのコ
バルトの溶出を減少することができるコバルト溶出抑制
方法を提供することを目的とする。
〔発明の概要〕
本発明は、ステンレス鋼からのコバルト溶出速度が温度
に極めて大きく依存し、かつ、ステンレス鋼表面に生成
した酸化被膜性状と密接に関係していることを見出した
ことKよ構成されたもので、コバルト含有金属の表面に
、この金属に含有されたクロム元素に富む緻密な酸化被
膜を形成するととによって、コバルト含有金属からのコ
バルト溶出を減少することができるように構成したもの
である。
〔発明の実施例〕
従来、ステンレス鋼からのコバルト溶出速度の測定は、
その溶出速度が極めて小さいこともあって報告例が少な
く、溶出速度の温度依存性に関する詳細な検討はなされ
ていなかった。しかし、発明者らは、ステンレス鋼に熱
中性子を照射した照射ステンレス鋼からの60COの溶
出を、放射能計測によって求めることによF) 、10
−”mdm (mg /dm2・month)のオーダ
において溶出速度の測定を可能にした。このステンレス
鋼からのコバルト溶出速度に関する基礎実験の結果、コ
バルト溶出速度は、浸漬温度240C付近において最大
値を示すことが判明した。その結果を第1図に示す。
第1図は、原子炉給水条件(約20 ppl)の溶存酸
素濃度)におけるステンレス鋼からのコバルト溶出速度
の温度依存性を示したものである。これらの浸漬試料の
二次電子像による表面観察の結果、浸漬温度240Cま
では浸漬前の粒界やクランクが保護された状態において
酸化被膜の形成が行われる。これに対し、コバルト溶出
速度が急激に減少した浸漬温度が240C以上の試料に
おいては、浸漬前の粒界やクランクを補修した状態、即
ち、粒界やクランクを被って酸化被膜が形成されている
ことがわかった。更に、酸化被膜のイオンマイクロアナ
ライザーによる元素分析の結果、クロムに富んだ層が認
められた。又、コバルトの溶出速度は、いずれの浸漬温
度条件においても、浸漬時間をtとするとt−1に比例
して減少していくζとも判明した。しかも、一度高温に
おいて浸漬処理をしたステンレス鋼のコバルト溶出速度
が、より低い速度に再度浸漬した場合には、高温におけ
る溶出速度変化曲線にそって溶出速度が変化することが
明らかになった。従りて、予めステンレス鋼を使用温度
よシも高い温度において浸漬処理をすることにより、コ
バルトの溶出を減少させることができる。
原子カプラントにおける給水加熱器は、通常35C付近
の復水器出口水を数段階に渡って昇温し、最高225C
程度に加熱している。従って、給水加熱器ヒータチュー
ブを予め使用温度よりも高い温度の高温水に2〜300
時間接触させ、コバルト溶出に対し保護性のある酸化被
膜を形成させることにより、この酸化被膜がノくリアと
なり使用時におけるコバルトの溶出を抑制できる。
ところで、酸化被膜性状分析の結果、酸化被膜はスピネ
ル構造(MIIO・MnI203)を持ツFeaO4と
Crとが一部置換した場合に緻密な酸化被膜が形成され
、コバルトの溶出抑制上有効であることカ判明した。従
って、壬バルトの溶出を抑制でき石か否かは、粒界やク
ラックを被う形で、かつ緻密な酸化被膜を形成できるか
どうかに依存する。
以下、本発明の実施例について説明する。しかし、本発
明は、これら実施例に何ら限定されるものではない。
実施例I コバルトが0.22%含有されているステンレス鋼を、
1m/8eOをもって流動している溶存酸素濃度20p
pbの給水中に200C,240C,270Cの各温度
条件のもとに浸漬し、コノくルト溶出速度の経時変化を
測定し九。その試験結果を第2図に示す。
第2図において曲線10は浸漬温度が240Cの場合で
あシ、曲線12は浸漬温度が200Cの場合であり、曲
線14は浸漬温度が270Cの場合である。第2図から
明らかなように、コバルト溶出 溶出速度は(時間)2に比例して減少していることが判
る。そして、600時間浸漬した試料の二次電子像の結
果、浸漬温度が200C及び240Cの試料においては
、粒界が鮮明に観察されたのに対し、浸漬温度が270
Cの試料においては粒界が酸化被膜によシ全体的に被わ
れているのが観察された。又、浸漬温度が270Cの試
料は、イオンマイクロアナライザーにより深さ方向のC
rとFeの分布を調べた結果、第3図の実線16で示す
ように母材中に比べ酸化被膜中におけるCr濃度が高く
なっていることが明らかになった。尚、第3図に示す破
線18は、Feの濃度分布である。
実施例■ 実施例Iの如く浸漬温度200C,240C。
270Cにおいて600時間浸漬処理をした試料を、コ
バルトの溶出速度の最大となる240Cの高温水中に再
度浸漬し、溶出速度の変化を測定した。第4図は、その
試験結果を示したものである。
第4図において、曲線20は浸漬温度240Cにおいて
600時間処理をしたものでアシ、曲線22は浸漬部[
200tl’において600時間処理をしたものであり
、曲線24は浸漬温度270Cにおいて600時間処理
した試料のものである。
第4図から明らかな様に、270Cにおいて600時間
浸漬し、予め酸化被膜を形成した試料は、Aという時点
において再び溶出速度が最大である240Cの水中に浸
漬しても、実際に測定されたコバルト溶出速度が、27
0Cにおける溶出速度の曲線にのることが判り、酸化被
膜形成によるコバルト溶出速度の抑制効果が実証された
。一方、200Cにおいて600時間浸漬処理した試料
は、240Cを高温水中に再び浸漬すると、コバルト溶
出速度が大きく増加することが判った。
上記のように、コバルトとクロムを含有する金属を使用
温度上シも高い高温水中に浸漬して処理することにより
、コバルトの溶出を抑制でき、ひいては−次間管系の表
面線量率の上昇を抑え、原子カプラントの従事者の放射
線被曝を低減することができる。しかも、本実施例は、
腐食量低減によるクラッド発生も減少し、原子カプラン
トの種類に関係なく適用でき、例えは、沸騰水型原子炉
、加圧水型原子炉又は重水炉、新型転換炉の給水加熱器
等のステンレス鋼が高温水と接している場合のコバルト
の溶出を抑制するのに有効であり、また、一般の蒸気発
生器の給水系にも適用できる。
又前記実施例を原子カプラントに適用する場合には、次
のような方法により行うことができる。
(1)給水加熱器を原子カプラントに据え付ける前に、
ヒータチューブの内外面に溶存酸素濃度をlO〜50 
ppbに調節した中性水(20CにおけるpH値が6.
5〜7.2)を270C〜280Cに加熱しながら注水
し、ヒータチューブの内外面にクロムに富んだ緻密な酸
化被膜を形成した後、プラントに据え付ける。
(2)既設の原子カプラントの給水加熱器については、
外部よシ高温水を導くか又はタービン抽気系からの高温
水によって、一定期間2700程度の高温水をヒータチ
ューブに接触させることによシ、酸化被膜を形成させる
ことができる。
尚前記実施例においては原子力発電プラントの給水加熱
器ヒータチューブについて説明したが、例えば加圧水型
原子炉二次系の給水系や、一般の蒸気発生器の給水系へ
の適用も可能である。又前記実施例においてはステンレ
ス鋼について説明したが、ステライト等の他の金属であ
ってもよい。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明によれば、コバルトとクロム
を含有する金属を使用温度よシも高い高温水中において
浸漬し、金属表面にクロムに富んだ緻密な酸化被膜を形
成することによシ、コバルトの溶出を減少させることが
できる。
【図面の簡単な説明】
第1図はステンレス鋼の浸漬速度とコバルト溶出速度と
の関係を示す図、第2図はステンレス鋼の浸漬温度と浸
漬時間とコバルト溶出速度との関係を示す図、第3図は
酸化被膜を形成したステンレス鋼のり四ムと鉄の濃度分
布を示す図、第4図は600時間浸漬処理したステンレ
ス鋼を240Cにおいて再度浸漬した場合の浸漬時間と
コバルト溶出速度との関係を示す図である。 10・・・浸漬温度240C,12・・・浸漬温度20
0C114・・・浸漬温度270C,16・・・Crの
濃度曲線、18・・・Feの濃度曲線、20・・・浸漬
温度240C,600時間処理、22・・・浸漬温度2
00C,600時間処理、24・・・浸漬温度270t
ll”。 600時間処理。 364 早 l 圀 浅漬長度(°り 侵ヒき時間(A) 牟 3 圀 奉 4 図 浸ヒ5時M情つ

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、 コバルト元素とクロム元素とを含有した金属から
    の高温水中へのコバルト元素の溶出を減少させるコバル
    ト含有金属のコバルト溶出抑制方法において、前記コバ
    ルト含有金属の表面に、この金属が含有している前記ク
    ロム元素に富む緻密な酸化被膜を形成することを特徴と
    するコバルト含有金属のコバルト溶出抑制方法。 2 前記酸化被膜の形成は、前記コバルト含有金属を前
    記高温水より高い温度の高温水に接触させて行うことを
    特徴とする特許請求の範囲第1項記載のコバルト含有金
    属のコバルト溶出抑制方法。
JP57197573A 1982-11-12 1982-11-12 コバルト含有金属のコバルト溶出抑制方法 Granted JPS5989775A (ja)

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