JPS60187894A - 沸騰水型原子力プラント - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は沸騰水型原子力（以下ＢＷＲと称する）プラン
トに係シ、特に−次冷却水中の金属イオン濃度を分析す
るために該−次冷却水を採取するサンプリング管を設け
たＢＷＲプラントに関する。

〔発明の背景〕

原子カプラント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。

その主な金属元素は鉄、コバル、ト、ニッケル、銅、亜
鉛であるが、鉄を除く他の金属元素は主にイオンとして
存在している。これらの溶出金属元素は炉内に持ち込ま
れた後、大半が酸化物となって焼料棒に付着し、中性子
照射をうける。その結果、次に示す反応によ’り、ｌ１
９ｐ　６　、６０Ｃｏ、　５８Ｃｏ。

”Ｚｎ、”Ｍｎ等の放射性核稚が生成する。

５８　ｐ　６　（ｎ、　ｒ　）　６９　ｐ　６”Ｇｏ（
ｎ、γ）６０ｃ。

”Ｎ　ｌ　（ｎ、　Ｉ）　）５８Ｃ。

６１１Ｃｕ　（１）、　ｎ）”Ｚｎ ”Ｚｎ（ｎ、γ）６６ｚｎ ｓｓ−ｐ　ｅ（ｄ、α）”Ｍｎ 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
あるいはクラッドとして浮遊する。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
を循環しでいるうちに構造材表面に付着する。このため
、近年、構造材表面の線量率が高くなるという傾向があ
る。ところで、実機における測定結果によると、先に記
載した放射性核種のうち、特に６°Ｃｏ及び６８Ｃｏの
線量率への寄与が太きい。６Ｇｃｏはγ線エネルギーが
１．１７及び１．３３ＭｅＶと大きく、かつ半減期が５
．２６３Ｙと長いことから特に寄与が太きい。これらの
もとどなる金属元素はコバルト並びにニッケルであり、
したがって、特にこの２元素の定量分析はブジントの放
射能上昇を抑制するうえで重要である。

一方、コンデンサー冷却水として用いられている海水の
一次冷却水へのリークは構造材の腐食損傷を引き起こす
ことから、海水の成分であるマグネジツム、カルシウム
、ナトリウム等のイオン成分を定量分析し、管理するこ
とも重要である。

上記のように一次冷却水中の金属イオンを採取し定量分
析する必要上、従来からサンプリング管が設置されてき
た。第１図にＢＷＲプラントにサンプリング管を設置し
た状態の一例を系統図として示す。原子炉１によυ発生
する蒸気によシ、主蒸気系２を介してタービン３を回転
し、このタービン３に直結された発電機４を回転する。

前記原子炉１は給水ポンプ５より高圧給水ヒータ６を介
して送られてくる一次冷却水により冷却され、この−次
冷却水は再循環系７により循環され、さらに炉水浄化系
８によシ浄化されて脱塩器９を介して循環される。また
前記給水ポンプ５により送られる一次冷却水の一部は給
水再循環系１０を介して前記タービン３に送られて冷却
し、さらに復水ポンプ１１によシ復水浄化率１２を介し
て復水昇圧ポンプ１３に送られ、低圧給水ヒータ１４を
介して前記給水ポンプ５に還元される。１５はヒータド
レン系である。サンプリング管１６は復水ポンプ１１、
復水浄化系１２、給水ポンプ５、高圧給水ヒータ６、炉
浄化系８のそれぞれに設けられている。

これらのサンプリング管の主材質は従来ステンレス鋼あ
るいはチタンであった。これは管材の腐食を考慮しての
ことで、−次冷却水の原液が管内を流れる過程で管材自
体の腐食量が太きいと、液中への腐食生成物の放出量が
犬きくなシ、原液自体に含まれる金属元素量の測定が不
可能になるからでおる。しかしながらステンレス鋼サン
プリング管を用いて１５００以上の高温水中のコバルト
ニッケルのそれぞれの量を測定しようとすると、管の長
さが数１０ｍにおよぶためにステンレス鋼中に含まれる
コバルト（含有量、約Ｏ，，２Ｓ）及びニッケル（同、
約９％）の腐食に伴う溶出量を無視し得ないという事態
が生じる。これは原液本来に含まれる量がｐｐｔないし
はｐｐｂオーダの極微量であるためである。そこで、近
年、高温水のサンプリング管にはチタンが用いられる傾
向がある。これはチタン中には不純物としてコバルトも
ニッケルも含まないためであシ、またＢＷＲプラントの
ように、高温の酸化性雰囲気の水中では耐食性が極めて
すぐれているためである、しかしながら、高温水中でチ
タン表面に形成される酸化物であるＴ　ｉ　０２はコバ
ルトを吸着し易いという結果があυ、ステンレス鋼サン
プリング管を用いた場合とは逆に原液よりも測定液中の
コバルト濃度が小さくなるのではないかという懸念があ
る。このため、高温水中の金属元素を正確に定量し得る
ために、原液ｆ元の組成のまま採取し得るサンプリング
管の開発が必要となってきた。

〔発明の目的〕

本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、その目的と
するところは、−次冷却水中に溶存する金属元素を定量
分析するために、該−次冷却水を採取するに轟シ、原液
の液組成を変えることなくサンプルを採取することので
きるサンプリング管を設けたＢＷＲプラントを提供する
にある。

〔発明の概要〕

本発明はＢＷＲプラントに設けられたサンプリング管の
うち、−次冷却水と接する部分が１５０℃以上のところ
には、該サンプリング管の表面粗さの最大高さの平均値
が１．５μｍ以下の炭素鋼で形成し、−次冷却水と接す
る部分が１５０ｔｌ’以下のところには、ステンレス鋼
又はチタンの何れかで形成することによシ、所期の目的
を達成するようになしたものである。

〔発明の実施例〕

以下本発明に係るＢＷＲプラントの一実施例を図面を参
照して説明する。

第２図、第３図、第４図及び第５図に本発明の一実施例
を示す。該図において第１図に示す従来例と同一部分は
同一番号にて示す。

本発明者らは、ＢＷＲプラント−次冷却水におけるよう
な比電導度が０．１μ８　／　ｃｍ程度の極めて高純度
な高温でかつ酸素を溶存する水中においては、表面を平
滑に研磨した炭素鋼は表面に非常に密着性の良い酸化皮
膜を形成し、この皮膜内にはアル時間後、コバルト、ニ
ッケルを初めとする陽イオン種が取シ込まれないことを
見い出した。また、炭素鋼は不純物としてのコバルトを
０４０１％以下、ニッケルを０．１−以下しか含有しな
いため、その放出によるトラブルも問題にはならない。

炭素鋼の表面には高温水中で２層の酸化皮膜が形成され
る。外層皮膜及び内層皮膜は元の金属表面から外方向及
び内方向に同時に成長する。一般に外層皮膜は母材との
密着性が悪く、超音波洗浄等で容易に剥離し得る。一方
、内層皮膜は密着性がよく、かつ緻密でおる。本発明者
らの検討によると、この２相皮膜のそれぞれの成長比率
は金属表面の粗さに依存する。表面組さを、その最大高
さの平均値が１．５μｍ以下にした場合、外層皮膜の成
長は著しく抑制される。この外層皮膜は皮膜／液界面が
成長点であるために、成長が著しいと液中に溶存する各
種イオンを皮膜内に取り込みながら成長する。したがっ
て、例えば、液がコバルトを溶存する場合、外層皮膜は
コバルトを取シ込みながら成長し、これはサンプリング
管として使用した場合、原液中のコバルト濃度を減少す
る働きをすることになる。一方、表面が平滑な炭素鋼に
おいても皮膜／金属界面を成長点とする内層皮膜は経時
的な成長を示すが、この皮膜は中性高温水中で陰イオン
選択透過性をもつものと思われる。

酸化物表−面が溶液中で帯電する現象は一般に知られる
ところである。したがって、イオンの内層皮膜への取り
込み速度は皮膜の表面電荷の影響をうけると考えられる
。もし、皮膜が正の固定電荷をもっているとすれば、陽
イオンの易動度が小さくなシ、陰イオンの易動度が大き
くなるであろう。

また、負の固定電荷をもっていれば、その逆の現象が起
こるであろう。コバルト、ニッケルを初めとする金属元
素はクロム等の例外を除き、一般には陽イオンで存在す
る。本発明者らの検討によると、炭素鋼の内層皮膜は中
性高温水中で正の固定電荷をもち、したがって陽イオン
の透過を抑制する働きをもつことが判明した。

上述したような理由によυ本発明のサンプリング管のう
ち、−次冷却水と接する部分が１５０Ｃ以上になるもの
は、サンプリング管の接水面の素面粗さの最大高さの平
均値が１．５μｍ以下になるように研磨処理した炭素鋼
で構成し、脱脂処理後配管に溶接しである。まだ−次冷
却水と接する部分が１５０Ｃ以下になるサンプリング管
は、この温度では炭素鋼の腐食が大きいため従来通りス
テンレス鋼あるいはチタンで構成しである。

第２図および第３図に本発明のサンプリング管を配設し
九ＢＷ几プラントの一例を示す。第２図において表面処
理炭素鋼サンプリング管１７は、高温となる給水最終段
階である給水管１８と炉水浄化系８に配設されておシ、
クーラ部以降の温度５０Ｃ以下の部分には従来例通りス
テンレス鋼あるいはチタンによって形成されたサンプリ
ング管１６が配設されている。第３図はサンプリング管
１６または１７の詳細を示し、−次冷却水配管１９に溶
接されたサンプリング管１６または１７はクーラ２０、
減圧針線２１を介してサンノラー２２に接続されている
。

以下に本発明に係る表面処理炭素鋼で構成されたサンプ
リング管の浸漬試験について説明する。

ル；ミー炭素鋼の浸漬試験をＢＶＩプラントの炉水浄化
系配管に接続した装置内で実施した。第１表は試験に用
いた炭素鋼の化学組成を示す。試験片は受け入れ鋼管（
ＪＩ８；５ＴＰＴ４２）よシ長さ３７０■、直径６．−
４　ｍの柱状に作成し、表面粗さは精密フライス仕上げ
によシ、その最大高さの平均値が１．５μｍ以下にした
。その後、アセトンで脱脂洗浄し、浸漬直前までデシケ
ータ中に乾燥保管した。

第１表 浸漬試験は流速９．５　ｍ　／　ｓ　、温度２３０Ｃで
、１５０−１７０Ｉ）ｐｂの成案を溶存する中性（１）
Ｈ，６，９−７，２）の炉水中で２５−１０００時間実
施した。水の電導度は０．１０−０．１２μｓ／ｍであ
った。第２表は炉水中の金属元素の濃度を示す。コバル
ト、ニッケルは陽イオンとして、またクロムは陰イオン
として存在していた。

浸漬後、試験片は装置よシ取シはすし、表面に形成した
酸化度膜を剥離し、化学組成を分析した。

試験片は純水中に浸漬した状態で３０分間、超音波洗浄
に供した。この操作で密着性の悪い外層皮膜を剥離した
。次いで、母材に密着した内層皮膜はカソード電解操作
（３％　Ｈ２ＢＯ３中、ｉ［７０ｔｌ：’％電流密度４
Ａ／ｄｍ２、試験片：カソード極、白金；アノード極、
電解時間１分）によシ母材よシ剥離した。

第２表 Ｎ、Ｄ、検出限界以下 第４図は炭素鋼表面の酸化皮膜の成長と腐食減量を示す
。一般に、母材を構成する金属元素は腐。

食によって酸化皮膜として母材表面に残るか、あるいは
水中に放出される。本試験では、酸化皮膜中に占める母
材の主元素である鉄の量は母材の腐食減量とほぼ一致し
ておシ、このことは水中への放出量が少なく、大部分が
皮膜全形成していることを示している。

１００Ｄ時間、炉水に浸漬した試験片を対象に、前述の
２段階の操作によシ剥離した皮膜の化学組成を調べた。

鉄が皮膜を構成する合金属の９５％以上を占めておｐ１
外層皮膜は第３表に示すように全皮膜の３チにすぎない
ことが判明した。したがって、第４図に示した酸化皮膜
量は内層皮膜の成長過程を示すと考えられる。

次いで、酸化皮膜内の他の金属元素（コバルト、ニッケ
ル、クロム）の経時的変化量を第５図に示した。縦軸に
は付着量（μｇ／ｍ２　）を輪木濃度（μｇ／ｍ３　）
で割った値を示した。コバルトは２００時間以降、経時
的増加を示さない。ニッケルはコバルトの挙動と似てい
る。しかし、陰イオンとして存在するクロムは陽イオン
として存在するコバルト、ニッケルに比べると、付着係
数が２桁以上太きい。このことは内層皮膜が陰イオン選
択性をもち、陽イオンでおるコバルト、ニッケルの透過
を抑制していることを示している。

第３表 上記の実施例においては、炭素鋼の表面仕上げを精密フ
ライスによって行う場合について説明したが、精密ヤス
リ仕上げ、精密旋盤、精密中グリａ、ｎｒａブローチ、
シェービング、ホーニング、ベーパ仕上げ、ブラシ研磨
、精密化学研磨、電解研磨などの手段で表面仕上げを行
ってもよい。また脱脂処理の手段としては一般に炭素鋼
に適用される処理方法であれば何れでもよいが、有機溶
剤、水酸化ナトリウムなどを用いる方法が好適である。

〔発明の効果〕

上記のように本発明によれば、表面仕上げした炭素鋼で
サンプリング管を形成するという簡単な手段で、−次冷
却水中の金属イオンを組成を変えることなく採取するこ
とができるＢＷＲプシントを提供することができ、放射
能低減のための有効な対策がとれるようになったので、
その効果は太犀２図 儲３　図 ９ ￥　４　図 時　間（ｈ） 茎５図 吋　閏　（ｈ） 第１頁の続き ＠発明者大角　克己鴬 負 涼都千代田区神田駿河台４丁目６番地　株式会社日立製
＝所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、−次冷却水中に溶存する金属イオン濃度を分析する
   ために、該−次冷却水を採取するサンプリング管を設け
   た沸騰水屋原子カプラントにおいて、前記サンプリング
   管が前記−次冷却水と接する部分が１５００以上の場合
   は、該サンプリング管の接水面の表面粗さの最大高さの
   平均値が１．５μｍ以下の炭素鋼で形成され、前記サン
   プリング管が前記−次冷却水と接する部分が１５０Ｃ以
   下の場合は、ステンレス鋼又はチタンのいずれかで形成
   されたことを特徴とする沸騰水型原子カプラント。