JPS628237B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、たとえば原子炉の一次冷却材など
に含まれる金属イオンを捕集する金属イオン捕集
装置に関する。

たとえば沸騰水形原子炉において炉心を通過す
る一次冷却材中に生じる放射性物質は種々ある
が、その主要な核種としてコバルト60（Co−
60）が知られている。このCo−60は、原子炉に
冷却材を供給する給水系によつて原子炉内に不純
物として持ち込まれるCo−59が放射化された
り、あるいは炉内構造物の素材中に含れるるCo
−59などが放射化されて生じるものであり、強い
放射能をもつ。したがつて放射線被ばく量を低減
させる上でCo−60を除去することは重要であ
り、この除去手段の一例として有機樹脂などを用
いたイオン交換法が採用されている。しかしイオ
ン交換法は低温度（100℃以下）で実施しなけれ
ばならないという制約があるため、冷却材を低温
にしてからイオン交換装置を通過させなければな
らず、装置が大掛りになるとともに熱損失が大き
いという欠点があり、しかもイオンの交換容量が
小さいなどの問題があつた。

この発明は上記事情にもとづきなされたもので
その目的とするところは、比較的高温度でも金属
イオンを吸着でき、吸着効率が高くかつ再溶出の
おそれがなく確実に捕集できる金属イオン捕集装
置を提供することにある。

以下この発明を図示する一実施例にもとづき説
明する。まず第１図を参照して沸騰水形原子炉の
構成を概略的に説明すると、１は原子炉圧力容器
であり、この圧力容器１内の炉心２で得られた水
蒸気は主蒸気管３を通じて発電タービン４に送ら
れてタービンを駆動するようになつている。そし
て復水器５で復水となり、低圧復水ポンプ６によ
つて復水浄化系７に送られて濾過脱塩される。さ
らに復水は高圧復水ポンプ８で給水加熱器９に送
られ、給水管１０を経て圧力容器１に冷却材とし
て戻されるようになつている。また、１１，１２
は原子炉再循環系配管であり、それぞれ再循環ポ
ンプ１３，１４によつて圧力容器１内の冷却材を
循環させるようになつている。また、一方の再循
環系配管１１は原子炉冷却材浄化系１５に接続さ
れている。この冷却材浄化系１５は、ポンプ１６
によつて冷却材を濾過脱塩器１７に送り込み、浄
化したのち給水管１０に戻すものである。

そして上記給水管１０および再循環系配管１２
に金属イオン捕集装置２０，２０が設けられてい
る。以下、第２図および第３図を参照してこの捕
集装置２０について説明すると、２１は冷却材流
通配管であり、この流通配管２１は上記給水管１
０あるいは再循環系配管１２に接続されて、一次
冷却材を流通させるようになつている。そして上
記流通配管２１内には陽極板２２が格子状に配設
されている。この陽極板２２は直流電源２３の陽
極に電気接続されている。

そして陽極板２２の間に、陰極板２４が離間さ
せて配置してあり、この陰極板２４は上記電源２
３の陰極に電気接続してある。陰極板２４の素材
としては、コバルトの含有量を減らした低コバル
トステンレス鋼を用いている。そしてこれら陰極
板２４の外面に、金属酸化物からなる金属イオン
吸着材層２５として、例えば二酸化マンガン
（MnO₂）の層を形成してある。また、この金属イ
オン吸着材層２５の外面には、吸着材の溶出を防
止する多孔質の外枠部２６を設けてある。この外
枠部２６としては、ポーラス状に多数の通孔を設
けたものであつてもよいし、金属板に流通孔を形
成したものであつてもよい。

次に上記構成の作用について説明する。原子炉
通常運転時において給水管１０および再循環系配
管１２を流れる冷却材は、流通配管２１に導入さ
れ、陽極板２２と陰極板２４との間を流れる。そ
して冷却材中に含まれる金属イオンたとえば
Co²⁺、Cu²⁺、Ni²⁺などは外枠部２６を通過して
金属イオン吸着材層２５に取り込まれる。この金
属イオンの吸着特性は一例として第４図に示すよ
うなものであり、原子力発電所において一次冷却
材中の主な放射線源となるコバルト（Co−60）
は１ｇのMnO₂に約１ｍmol吸着される。

そして、陽極板２２と陰極板２４に電圧を印加
すると、吸着材層２５に取り込まれた金属イオン
は、陰極板２４に順次電着されるから、吸着材層
２５は次々に新たな金属イオンを吸着する能力を
持つことになる。このように金属イオン吸着材層
２５自体の持つ吸着機能に加えて、電着によつて
陰極板２４に金属イオンを吸着するので、吸着材
層２５の吸着容量を増大させることができ、かつ
吸着した金属イオンの再溶出も防止できるもので
ある。しかもMnO₂などを使用した金属イオン吸
着材層は高温下でも使用可能であるから、たとえ
ば有機樹脂を用いたイオン交換法などのように温
度を下げて流通させる手間が省ける。したがつて
構造が簡単であり、熱損失も少ないという利点が
ある。

なお第５図は電流値と電着量の関係を示した図
である。たとえば給水管１０を通じて炉内に持ち
込まれるCoの量が年間300ｇ程度の原子炉の場合
には、給水管１０に設ける金属イオン捕集装置に
おいては0.05A程度の電流で0.05ｇ／hr程度除去
すれば良い。また炉内構造物より発生するCo
（年間100ｇ程度）は、再循環系配管１２に設けた
金属イオン捕集装置で除去することができる。

なお、上記実施例では金属イオン吸着材として
MnO₂を使用したが、たとえば四酸化三鉄
（Fe₃O₄）あるいは合成ゼオライトなどを用いても
よい。また本願の金属イオン捕集装置は、実施例
で示したような原子炉一次冷却系に限らず、要す
るに液体中に不純物として含まれる金属イオンを
除去する必要のある箇所に同様に適用できるもの
である。

この発明は以上説明したように、電極が接続さ
れる金属イオン吸着材によつて金属イオンを取り
込むとともに電着によつて電極板に吸着させるよ
うにしたから、吸着効率が高く再溶出のおそれが
なく、かつ比較的高温度でも使用できる。したが
つて、たとえば原子炉の一次冷却系に用いた場合
には、冷却材中に含まれる金属イオン、特に主要
な汚染源となるコバルト６０を捕獲する上で効果
的であり、被ばく量の低減が可能となる。

【図面の簡単な説明】

図面はこの発明の一実施例を示し、第１図は原
子力発電設備の概略構成図、第２図は金属イオン
捕集装置の横断面図、第３図は同捕集装置の縦断
面図、第４図はMnO₂に対する金属イオンの吸着
特性図、第５図は電流値と電着量の関係を示す図
である。 ２０……金属イオン捕集装置、２１……流通配
管（流通路）、２２……陽極板、２３……直流電
源、２４……陰極板、２５……金属イオン吸着材
層、２６……外枠部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 金属イオンを含む流体が流通する流通路に、
   直流電源の陽極に電気接続される陽極板を設ける
   とともに、この陽極板から離間して陰極板を設
   け、この陰極板の外面に金属イオン吸着材層を設
   けたことを特徴とする金属イオン捕集装置。 ２ 上記金属イオン吸着材層は、その外面に、吸
   着材の溶出を防止する多孔質の外枠部を備えて構
   成されることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の金属イオン捕集装置。 ３ 上記陰極板として低コバルトステンレス鋼を
   用いたことを特徴とする特許請求の範囲第１項ま
   たは第２項記載の金属イオン捕集装置。