JPS6113200A - 燃料除染システム - 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、沸騰水型原子力発電所（ＢＷＲ）、および加
圧木型原子力発電所（ｐｗＲ）等において、一定期間使
用した燃料集合体につき、燃料集合体表面に付着した放
射性腐食生成物（クラッド）を電気化学的に除去するた
めのものである。本発明は、ＢＷＲプラント、ＰＷＲプ
ラントの燃料取扱い設備および燃料再処理工場の燃料取
扱い設備において適用できる。

〔発明の背景〕

本発明の背景のまず第１には、給水系から炉内に持ち込
まれ、燃料棒表面に付着した腐食生成物（クラッド）が
、放射化後、再び炉水中に剥離又は溶出し、プラント−
次系配管に付着することにより、線量率を上昇させてい
ることから、原子カプラントの定期検査時取り出した燃
料棒表面のクラッドを除去することで、プラント−次系
配管の線量率の上昇を抑制することにある。燃料集合体
の除染を定期的に行うことにより、燃料棒表面の放射性
腐食生成物を除去すること、コバルトイオンの燃料棒表
面への付着剥離を抑制し、配管線量率の上昇を抑制でき
る。

また第二の背景としては、使用済み燃料につい、て燃料
棒表面の除染を行うことにより、燃料再処理工場等での
燃料棒取扱い作業工程での作業性、および作業員被曝線
量を低減することにある。したがって、最近′では、原
子力発電所から使用済燃料を持ち出すケースにおいても
、表面クラッド密度に規制を設けることが予想される。

さて、燃料集合体の除染方法については従来外部から高
圧水をスプレィするものが、公開文献に示されている。

（原子カニ業第２９号第５巻）また氷片を吹きつけて除
染する等の特許が出願されているが設備化されるには至
っていないのが現状である。その理由としては、燃料集
合体は、燃料棒を８本×８本等の円柱の集合体として構
成されているため、外部から本片や高圧水を吹きつけて
も、集合体内部の燃料棒に対する除染効果が極めて小さ
いことにある。

また、超音波により燃料棒を除染する案が考えられるが
、燃料棒の表面クラッドは、２層構造であり、ブラシで
除去可能なソフトクラッドの下層に単なるブラシ洗浄等
では除染できないようなハードクラッドがあり、超音波
ではこの様なハードクラッドは除染できない。

また、燃料集合体は、分解作業で作業員の多大な被曝要
因となるため、集合体のままで分解せず除染作業を行う
必要がある。

従って、燃料集合体の燃料棒表面のソフトクラッドの他
に１．パートクラッドまで除染でき、かつ、燃料集合体
中の外部燃料棒のみならず、内部の燃料棒まで除染で入
る除染方法および除染装置が不可決である。

一方、従来、燃料除染システムは、プラントに設備化し
た実績もないため、設置に当っては既存の設備を利用し
たコンパクトな設備が要求される。

第１図には、燃料集合体の断面図を示す。燃料集合体は
、ジルカロイ材料のチャンネルボックス１の中に、８本
×８本（合計６４本）、あるいは、７本×７本（合計４
９本）等の燃料棒２が収納されたもので、各燃料棒２は
互いにスペーサ６で固定されている。また各燃料棒は、
下部および上部タイプレートでスペリング３，８を介し
て固定されている。

第２図は、燃料集合体の側断面図、およびＡ。

Ｂ各面での断面図を示したものである。本図に示される
様に、各燃料は、わずか１■程度の間隔で固定されてい
る。

このことは、燃料集合体に高圧水等を外部からスプレィ
し、除染しても、集合体内部まで除染することが困難で
あることを意味するものである。

第３図は、炉内に装荷された燃料棒に、給水系から持込
まれた鉄クラツドが、燃料棒表面上に、沸騰界面で蒸発
乾固により付着堆積する過程を、付着クラッドの経時変
化で説明したものである。

実機では、４〜５年使用して付着する飽和クラッド量は
、プラントによりバラつく傾向にあるが、おおよそ、数
〜数十ｍｇ／ｃ／の表面密度になる。

第４図は、燃料付着クラッドの表面密度分布を示したも
のであり、付着クラッド量は、本図に示される様に軸方
向に分布を有し、軸方向には均一ではなく、いずれの燃
料棒も下側にクラッド付着密度（＋ｎｇ／ｃＪ）の最大
値を有する傾向にある。

第５図は、燃料棒表面に付着するクラッドの断面を示し
たものであり、燃料棒の表面クラッドは、ブラシや超音
波洗浄等で比較的容易に除去できるソフトクラッドと、
しゆう酸等の化学薬品により除去される固いハードクラ
ッドに分類される。

ソフトクラッドの層と、ハードクラッドの層の比率は、
プラントにより相違はあるが、一般的に、ソフトクラッ
ドが約２０〜５０％程度に対してハードクラッドは、５
０〜８０％程度と言われている。

したがって、ハードクラッドを除去しなければ、燃料付
着全クラッドの５０％以上を除去できないことになる。

このことは、即ち、燃料付着クラッドの除去方法として
は、ブラシによるクラッド除去や超音波による除染では
、クラッドの除去性能は、高々５０％程度にすぎないこ
とを意味する。

したがって、ソフトクラッドのみならずハードクラッド
を除去するためには、電解研磨法の様なハードクラッド
除去可能な除染方法が必要であることを意味する。

〔発明の目的〕

本発明は、供用期間中の燃料棒および使用済み燃料棒を
除染することを目的としたもので、燃料集合体を分解す
ることなく、燃料集合体および燃料棒表面全体を効果的
に、かつ均一に、除染することにある。

〔発明の概要〕

本発明は、燃料集合体を各燃料棒に分解せず、集合体全
体で除染することを特徴としたもので除染方法は、りん
酸塩ＣＮ　ａ　２　Ｐ　Ｏ４）に燃料集合体を浸漬し、
燃料集合体各陽極、燃料収納容器を陰極として、直流電
圧をかけることにより燃料棒表面の電解研磨除染作業を
行うものである。

本発明によれば、燃料棒を電解溶液に浸漬する容器を陰
極にするための直流電源装置および電解溶液を浄化する
ための浄化フィルター、ポンプ、さらに電解液の容量を
遮蔽するための遮蔽体から構成される。この燃料除染シ
ステムにより燃料集合体は、内部の燃料棒を含めて効果
的に除染される。

本発明の他の応用例によれば、遮蔽構造となっている使
用済み燃料キャスクを電解研磨槽として使用することに
より設備の簡素化および除染作業の効率化を図る。

遮蔽体構造になっている使用済み燃料キャスクは、電解
研磨の際には、燃料キャスクに電解研磨液の浄化システ
ムを連結するのみで除染できる。

また、本除染作業は、実機においては、既設置のキャス
ク除染ピント内に、使用済み燃料キャスクを、設置した
状態で実施可能なことから、容易に実機に適用できる。

電解研磨液の浄化フィルターとしては、燃料プール冷却
系（ＦＰＣ）の濾過脱塩器を共用することによって設備
を合理的に利用し、作業を効率的に進められる。

〔発明の実施例〕

本発明の具体的な実施例を第６図に示す。

大型の遮蔽容器１０には、電解槽容器１６が組み込まれ
、その中に、電解溶液１５が満たされる。

燃料集合体１１および電解槽容量１６は、直流電源１４
により、各々陽極および陰極として作用する。

電解溶液としては、りん酸等が用いられる。

これらのことにより、燃料棒表面に付着したクラッドは
、電解溶液１５中に溶出する。

表には、本燃料除染システムにおける電解研磨条件とし
て、りん酸濃度、電解液温度、電極電圧、および電流密
度の例を示す。りん酸濃度は２０〜８０％程度が効果的
である。

表 電解槽容器１５内の電解溶液は、ポンプ１９を使って、
浄化ライン１７を通して浄化される。これによって、電
解槽容器中に溶出した付着クラッドは、浄化フィルター
１８を使って除去される。

また、電解中に発生する水素ガスはベントレ、水素処理
装置３０で除去される。

また、除染作業の終了時点で、りん酸はドレンライン２
０を通して放射性廃棄物処理設備の高電導度廃液系（化
学廃液系）へ移送し処理される。

りん酸のドレン後に、電解槽容器内は、純水でリンスし
た後で最終的には純水に置換する。これにより、燃料棒
表面に残留するリン酸等の電解研磨液を除去する。本発
明により、燃料棒に封材する鉄クラツドをほぼ均一に除
染できると同時に、燃料棒集合体内部の燃料棒について
も、約７０％以上の除染効果を期待できる。

本発明の応用例として、電解研磨槽として使用済み燃料
キャスクを使用する例を第７図に示す。

使用済み燃料キャスク２０は、キャスク容器内の燃料棒
１１を陽極とし、キャスク容器を陰極にできる様、電極
用の端子を有する。即ち、電解研磨による除染作業時は
、この端子に直流電源１４により、電圧を負荷すること
ができる。除染後は、キャスク内の電解研磨液を純水に
置換した上で搬出する。

このように、遮蔽構造となっている使用済み燃料キャス
クを電解研磨槽として利用することで作業工程の短縮、
お上・び設備の簡素化を図ることができる。したがって
燃料棒集合体の出し入れ等の操作の手間を省くことがで
きる。

なお、電解研磨液は浄化装置１８および浄化ポンプ１９
より構成される仮設の浄化システムを連結することによ
り、電解研磨により溶出、あるいは剥離、する付着クラ
ッドを除去することができる。

また、燃料キャスクは除染作業終了後に電解研磨液をド
レン排出して、純水に置換した後、搬出される。

一方、本発明のその他の応用例を第８図に示す。

本応用例では、前記した電解研磨槽ｌｌ内のりん酸は、
燃料プール浄化系のポンプ２４、および浄化フィルター
２５を用いて浄化できるよう電解研磨槽にノズルを有し
、除染作業の際仮設ラインにより燃料プール浄化系の浄
化装置に接続することができる。

供用゛期間中の燃料を除染することによるＢＷＲプラン
トにおける一次系配管線量率の低減効果を、第９図に示
す。本図では、ケースＡが燃料除染を行なわないケース
、ケースＢが連間後実効運転年数（Ｅ　Ｆ　Ｐ　Ｙ）で
５年で燃料除染を１＠行ったケース、ケースＣは、１年
毎に毎年燃料除染を行ったケー、スを各々示します。

上図に、その際の一次系配管線量率の経時変化を示しま
す。１０年間に於て、ケースＢは、ケースＡに対して約
５％の線量率低減効果があり、ケースＣについては、約
５０％の低減効果が期待できる。

したがって、この様な一次系配管線量率の低減により、
プラント定検時等における作業員被曝線量（マンレム）
を低減できるよ また、本発明の応用例によれば、使用済み燃料キャスク
を電解研磨槽と兼用することにより、設備の簡素化、並
びに、除染作業の省力化を図ることができる。

また、電解研磨液の浄化を、燃料プール水冷却浄化系（
ＦＰＣ）の浄化フィルタで行うことにより、設備を共用
し、システムの簡素化を図ることができる。

一方、使用済み燃料を除染するケースにおいては、除染
後、再処理工場へ燃料棒集金体を搬出する際における表
面クラッドの規制を容易にクリアできる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、従来の高圧ジェットスプレィや、超音
波除染に比べて高い除染効果が期待できる。特に本発明
による電解研磨によれば、ソフトクラッドについても除
染可能である。

また、従来、高圧スプレィ法では、燃料棒集合体の外側
しか除染できず、内側の燃料棒の除染効果は期待できな
かった。しかし本発明によれば、燃料棒集金体の内側の
燃料についても、十分な除染効果を期待することができ
る。

この様な除染により、使用済みの燃料棒についでは、原
子力発電所搬出時における燃料棒表面の付着クラッド密
度の規制をクリアでき、さらに再処理工場移送後におい
て燃料付着クラッドによる作業工程中の作業員の被曝を
低減することができる。

【図面の簡単な説明】

符１、第２図は燃料集合体の構成図、第３図は′） 燃料付着クラッド量の経時変化を示す線図、第４図は燃
料付着クラッドの表面密度分布図、第５図は燃料棒表面
クラッドの説甥図、第６．第７図は本発明の一実施例の
燃料除染システムの構成図、第８図は燃料除染システム
め系統図、第９図は燃料除染による線量率低減効果の線
図である。 １・・・チャンネルボックス、２・・・燃料棒、３・・
・フィンガースプリング、１１・・・燃料集合体、１５
・・・リン酸電解溶液、１６・・・電解槽容器、２２・
・・燃料貯蔵プール、２５・・浄化フィルター、２６・
・・熱交換も１図 ＜（１）　　　　　　　　（ｂ） 唱２図 壓３図 イＡ効９ξ効占ト数（ＥＦＰエノ （Ｕ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、燃料棒集合体を陽極、燃料棒集合体を収容する容器
   を陰極とする直流電源装置、燃料棒の収納容器内の電解
   研磨液を抜き出すラインと、そのラインに接続されたポ
   ンプ、および電解研磨液の浄化フィルターから構成され
   、電解研磨法による除染を可能としたことを特徴とする
   燃料除染システム。