(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気化学ノイズ法によって金属材料を経時的に測定して得られた電流信号から孔食体積を求める体積算出工程と、
交流インピーダンス法によって孔食発生前後の前記金属材料を測定して得られたインピーダンススペクトルから孔食面積を求める面積算出工程と、
前記孔食体積を前記孔食面積で除することにより、孔食の深さを算出する深さ算出工程と、を含むことを特徴とする孔食深さ算出方法。
【請求項２】
前記電流信号の測定間隔が０．１〜５秒であることを特徴とする請求項１に記載の孔食深さ算出方法。
【請求項３】
前記金属材料が地中に埋められたものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の孔食深さ算出方法。
【請求項４】
前記金属材料が放射性廃棄物の廃棄物処分容器を構成していることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の孔食深さ算出方法。
【請求項５】
電気化学ノイズ法によって金属材料を経時的に測定して得られた電流信号から孔食体積を求める体積算出手段と、
交流インピーダンス法によって孔食発生前後の前記金属材料を測定して得られたインピーダンススペクトルから孔食面積を求める面積算出手段と、
前記孔食体積を前記孔食面積で除することにより、孔食の深さを算出する深さ算出手段と、
を備えることを特徴とする孔食深さ算出装置。
【請求項６】
電気化学ノイズ法によって金属材料の電流信号を経時的に測定するとともに、交流インピーダンス法によって孔食発生前後の前記金属材料のインピーダンススペクトルを測定する腐食測定装置と、
前記腐食測定装置によって得られた前記金属材料の電流信号から孔食体積を求める体積算出手段と、前記腐食測定装置によって得られた孔食発生前後の前記金属材料のインピーダンススペクトルから孔食面積を求める面積算出手段と、前記孔食体積を前記孔食面積で除することにより、孔食の深さを算出する深さ算出手段と、を含む孔食深さ算出装置と、
を備えることを特徴とする孔食深さ算出システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属材料の孔食深さ算出方法、孔食深さ算出装置、および孔食深さ算出システムに関し、特に、原子力発電施設等から発生する放射性廃棄物の地下埋設処分を行う際に使用する廃棄物処分容器の孔食の深さを算出するための孔食深さ算出方法、孔食深さ算出装置、および孔食深さ算出システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ケミカルプラント等において、腐食が問題となる金属装置（反応器、貯槽等）に対して腐食モニタリングが様々な方法により行われている。例えば、一般的な腐食モニタリングの方法としては、金属材質の腐食測定法として広く知られている、質量減少測定法、分極抵抗測定法（直流分極抵抗法、交流分極抵抗法、インピーダンス法）、電気抵抗測定法等が存在する。
【０００３】
また、金属材料の腐食の発生を検知する方法として、電気化学ノイズ法が知られている。例えば、この電気化学ノイズ法を用いた手段の一例として、特許文献１には、ケミカルプラント等のパイプや構造物に発生する腐食を検知することができる腐食測定装置が開示されている。
【０００４】
ここで、測定対象となるのは、特許文献１に記載された発明が想定するようなケミカルプラント等のパイプや構造物だけでなく、放射性廃棄物の地下埋設処分を行う際に使用する廃棄物処分容器も考えられる。
この放射性廃棄物の廃棄物処分容器は、周辺環境への放射性廃棄物の流出の防止を考慮し、穴あきの原因となる孔食が発生しないように、不働態皮膜を形成し難い炭素鋼等を材料として用いるとともに、埋設する環境をアルカリ性にしないよう（炭素鋼は強アルカリで不働態皮膜を形成してしまう可能性があるため）十分な配慮のもと地下に埋設される。
【０００５】
しかし、材料面や環境面について十分に配慮されている場合であっても、放射性廃棄物の廃棄物処分容器が地下に埋設される期間は超長期にわたることから、孔食が発生してしまう可能性はゼロではない。そして、このように制御された環境において発生する孔食は、通常、考慮する必要性がなく無視できるほど微小なものであるが、放射性廃棄物の廃棄物処分容器を対象とする場合は、周辺環境への放射性廃棄物の流出による影響を考慮すると、どれほど微小な孔食であっても見逃すことはできない。
【０００６】
したがって、放射性廃棄物の廃棄物処分容器を対象とする場合は、いかなる微小な異変であっても検出し、その異変を評価する必要がある。特に、異変を評価するに際し、穴あきの進行状況を見積もるために孔食の深さを調べることは非常に重要である。
【０００７】
ここで、孔食の深さを調べるために、一旦地中に埋設した放射性廃棄物の廃棄物処分容器をわざわざ掘り起こすのは、手間がかかり妥当な方法とは言えない。
そこで、現在、損傷部の貫通寿命を推定する方法として、アコースティックエミッション法が知られている。例えば、このアコースティックエミッション法を用いた手段の一例として、特許文献２には、地中に埋設したタンクの損傷部の貫通寿命を推定する腐食損傷評価システムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特表２００９−５４４００８号公報
【特許文献２】特開２００６−２５０８２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１および特許文献２に係る技術は、測定対象としてケミカルプラント等のパイプや構造物、または地中に埋設したタンクを想定していることから、微小な孔食を正確に検知することができない。また、特許文献２に係る技術は、アコースティックエミッション法を用いていることから、クラック等のような短い間に損傷が起きる場合に有効な手段ではあるが、本願が対象とするような初期の孔食を検知できる程の精度のものではない。
したがって、特許文献１および特許文献２に係る技術では、当然、放射性廃棄物の廃棄物処分容器の孔食の深さについては算出することができない。
【００１０】
本発明は、前記の問題に鑑みてなされたものであり、その課題は、従来の手法では計測、算出することができないような、放射性廃棄物の廃棄物処分容器に生じる微小な孔食の深さを算出する孔食深さ算出方法、孔食深さ算出装置、および孔食深さ算出システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記課題を解決するために、本発明に係る孔食深さ算出方法は、電気化学ノイズ法によって金属材料を経時的に測定して得られた電流信号から孔食体積を求める体積算出工程と、交流インピーダンス法によって孔食発生前後の前記金属材料を測定して得られたインピーダンススペクトルから孔食面積を求める面積算出工程と、前記孔食体積を前記孔食面積で除することにより、孔食の深さを算出する深さ算出工程と、を含むことを特徴とする。
【００１２】
このように本発明に係る孔食深さ算出方法は、電気化学ノイズ法によって金属材料を経時的に測定して得られた電流信号から孔食体積を求めることから、クラック等のような短い間に損傷が起きる場合だけでなく、微小な初期の孔食が発生した場合であっても、その孔食の体積を求めることができる。よって、放射性廃棄物の廃棄物処分容器を対象とした場合には、当該廃棄物処分容器に生じる微小な孔食の体積を求めることができる。
そして、本発明に係る孔食深さ算出方法は、交流インピーダンス法によって孔食発生前後の前記金属材料を測定して得られたインピーダンススペクトルから孔食面積を求めることから、微小な孔食の面積を正確に求めることができる。
【００１３】
そして、本発明に係る孔食深さ算出方法は、前記した孔食の体積と面積に基づき孔食の深さを求めることから、従来の手法では計測、算出することができないような、微小な孔食の深さを求めることができる。
【００１４】
また、本発明に係る孔食深さ算出方法は、前記電流信号の測定間隔が０．１〜５秒であることが好ましい。
このように本発明に係る孔食深さ算出方法は、電流信号の測定間隔を所定時間に規定することにより、取得するデータ量を適当な量とすることができる。したがって、腐食測定装置、孔食深さ算出装置等の機器から発生する不要な電気ノイズが測定したデータに影響を与えるといった、取得するデータ量が多すぎることにより発生する事態を回避することができるとともに、孔食等の局部腐食の発生の検知や孔食体積の算出が困難となるといった、取得するデータが少なすぎることにより発生する事態も回避することができる。
【００１５】
また、本発明に係る孔食深さ算出方法は、前記金属材料が地中に埋められたものであることが好ましい。さらに、前記金属材料が放射性廃棄物の廃棄物処分容器を構成していることが好ましい。
このように本発明に係る孔食深さ算出方法は、地中に埋められた放射性廃棄物の廃棄物処分容器に好適に適用することができる。
【００１６】
また、本発明に係る孔食深さ算出装置は、電気化学ノイズ法によって金属材料を経時的に測定して得られた電流信号から孔食体積を求める体積算出手段と、交流インピーダンス法によって孔食発生前後の前記金属材料を測定して得られたインピーダンススペクトルから孔食面積を求める面積算出手段と、前記孔食体積を前記孔食面積で除することにより、孔食の深さを算出する深さ算出手段と、を備えることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明に係る孔食深さ算出システムは、電気化学ノイズ法によって金属材料の電流信号を経時的に測定するとともに、交流インピーダンス法によって孔食発生前後の前記金属材料のインピーダンススペクトルを測定する腐食測定装置と、前記腐食測定装置によって得られた前記金属材料の電流信号から孔食体積を求める体積算出手段と、前記腐食測定装置によって得られた孔食発生前後の前記金属材料のインピーダンススペクトルから孔食面積を求める面積算出手段と、前記孔食体積を前記孔食面積で除することにより、孔食の深さを算出する深さ算出手段と、を含む孔食深さ算出装置と、を備えることを特徴とする。
【００１８】
このように本発明に係る孔食深さ算出装置および孔食深さ算出システムは、電気化学ノイズ法によって金属材料を経時的に測定して得られた電流信号から孔食体積を求めるとともに、交流インピーダンス法によって孔食発生前後の前記金属材料を測定して得られたインピーダンススペクトルから孔食面積を求めることから、微小な孔食の体積と面積とを正確に求めることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係る孔食深さ算出方法、孔食深さ算出装置、および孔食深さ算出システムによれば、電気化学ノイズ法によって金属材料を経時的に測定して得られた電流信号から孔食体積を求めるとともに、交流インピーダンス法によって孔食発生前後の前記金属材料を測定して得られたインピーダンススペクトルから孔食面積を求めることから、微小な孔食の体積と面積とを正確に求めることができる。そして、前記した孔食の体積と面積に基づき孔食の深さを求めることから、従来の手法では計測、算出することができないような、微小な孔食の深さを求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係る孔食深さ算出方法が適用される腐食測定装置、孔食深さ算出装置および測定環境の全体の模式図である。
【図２】本発明に係る孔食深さ算出方法、孔食深さ算出装置、および孔食深さ算出システムが適用される測定環境の模式図である。
【図３】本発明に係る孔食深さ算出装置のブロック図である。
【図４】腐食測定装置により測定した電流値を示すグラフ（９００〜１２００秒の範囲）である。
【図５】腐食測定装置により測定した電流値を示すグラフ（０〜２０００秒の範囲）である。
【図６】（ａ）は、横軸にインピーダンスの実数部、縦軸に虚数部をとって表示したベクトル軌跡線図であり、（ｂ）は、縦軸にインピーダンスの絶対値と位相差、横軸に周波数をとって表示したボード線図である。
【図７】一般的な等価回路の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明に係る孔食深さ算出方法、孔食深さ算出装置、および孔食深さ算出システムを実施するための形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２２】
［孔食深さ算出システム］
まず、本発明に係る孔食深さ算出システムの実施の形態について、図１を参照して説明する。この孔食深さ算出システムＳは、腐食測定装置８と、孔食深さ算出装置９と、を備え、腐食測定装置８から得られる金属材料の電流信号や電位信号等の測定データを、孔食深さ算出装置９により信号処理することにより孔食の深さを算出するシステムである。
【００２３】
（孔食深さ算出装置）
図３に示すように、孔食深さ算出装置９は、少なくとも記憶手段と処理手段とを備えたパーソナルコンピュータなどにより具現され、詳細には、入力手段９０１と、第１記憶手段９０２と、判別手段９０３と、体積算出手段９０４と、深さ算出手段９０５と、時刻通知手段９０６と、信号出力手段９０７と、第２記憶手段９０８と、面積算出手段９０９と、出力手段９１０と、を備える。
【００２４】
なお、記憶手段である第１記憶手段９０２、第２記憶手段９０８は、例えば、メモリまたはハードディスクなどの記憶装置から構成されている。そして、処理手段である判別手段９０３、体積算出手段９０４、深さ算出手段９０５、時刻通知手段９０６、面積算出手段９０９は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）により構成されている。そして、入力手段９０１、信号出力手段９０７、出力手段９１０は、所定の入力または出力インターフェースから構成されている。
また、孔食深さ算出装置９は、表示手段としてＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄｅ Ｒａｙ Ｔｕｂｅ）またはＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）などの表示装置に接続される構成（または、含む構成）となっていてもよい。
【００２５】
（孔食深さ算出装置の各手段の構成）
入力手段９０１には、腐食測定装置８から金属材料の電流信号や電位信号等の測定データが入力される。この入力手段９０１に入力された測定データは、第１記憶手段９０２および第２記憶手段９０８に出力される。
【００２６】
第１記憶手段９０２は、入力手段９０１から入力された電流信号を記憶する手段である。
判別手段９０３は、第１記憶手段９０２に蓄積された電流信号が所定値（孔食が発生したとみなす値）を超えるか否かを判別する手段である。そして、判別手段９０３は、所定値を超えた時から、定常値（孔食等の腐食が発生していない定常状態において、金属材料を計測した場合に測定される電流値）になるまでの電流信号を体積算出手段９０４に出力する。
そして、判別手段９０３は、所定値を外部より設定できるようになっている。また、判別手段９０３は、定常値を外部より設定できるようになっていてもよいし、定常値を判別手段９０３自体により算出できるようになっていてもよい。
【００２７】
体積算出手段９０４は、判別手段９０３から入力された電流信号に基づき孔食の体積を算出する手段である。そして、体積算出手段９０４は、算出した孔食の体積を深さ算出手段９０５に出力する。
【００２８】
時刻通知手段９０６は、信号出力手段９０７と第２記憶手段９０８とに所定時刻となった時に、各処理を行う旨を通知する手段である。そして、時刻通知手段９０６は、所定時刻を外部より設定できるようになっている。
信号出力手段９０７は、時刻通知手段９０６から通知が入力された時に任意の周波数をもつ正弦波電位（または電流）信号を金属材料１に出力する手段である。
【００２９】
第２記憶手段９０８は、入力手段９０１から入力された正弦波電流（または電位）信号を記憶する手段である。そして、第２記憶手段９０８は、時刻通知手段９０６から通知が入力されると、通知が入力された時から所定期間の正弦波電流（または電位）信号を面積算出手段９０９に出力する。
【００３０】
面積算出手段９０９は、第２記憶手段９０８から出力された正弦波電流（または電位）信号に基づき孔食の面積を算出する手段である。そして、面積算出手段９０９は、算出した孔食の面積を深さ算出手段９０５に出力する。
【００３１】
深さ算出手段９０５は、体積算出手段９０４から入力された孔食の体積を、面積算出手段９０９から入力された孔食の面積で除することにより、孔食の深さを算出する手段である。そして、深さ算出手段９０５は、算出した孔食の深さを出力手段９１０に出力する。
【００３２】
出力手段９１０は、深さ算出手段９０５から入力された孔食の深さを外部に接続された（または、内部に設置された）表示手段等に出力する手段である。
ここで、表示手段は、算出した孔食の深さだけでなく、測定した電流信号、ベクトル軌跡線図、ボード線図等を表示するという構成であってもよい。
【００３３】
孔食深さ算出装置９の構成は、前記構成に限定されず、例えば、入力手段９０１から入力された全ての電流信号に基づき孔食の体積を算出する場合は、第１記憶手段９０２、判別手段９０３を設ける必要は無く、入力手段９０１から電流信号を体積算出手段９０４に直接出力されるような構成とすればよい。なお、判別手段９０３を設けない場合は、体積算出手段９０４は、孔食の体積を算出する際に使用する定常値を外部より設定できるようになっているか、定常値を体積算出手段９０４自体により算出できるようになっている。
【００３４】
また、時刻通知手段９０６を設けず、電流信号が所定値を超えたと判別手段９０３が判別したときから数分経過後に、判別手段９０３から信号出力手段９０７と第２記憶手段９０８とに、各処理を行う旨を通知するという構成であってもよい。
【００３５】
また、時刻通知手段９０６（または、判別手段９０３）から第２記憶手段９０８ではなく入力手段９０１に通知が入力され、その通知が入力された時から所定期間の正弦波電流（または電位）信号を入力手段９０１から直接面積算出手段９０９に出力されるという構成であってもよい。この場合、第２記憶手段９０８を設ける必要はない。
【００３６】
さらに、孔食深さ算出装置９とは別体として周波数応答解析装置（図示せず）を設けてもよい。この場合、周波数応答解析装置は、前記した孔食深さ算出装置９の時刻通知手段９０６と、信号出力手段９０７と、第２記憶手段９０８と、面積算出手段９０９とを備えるとともに、さらに、入力手段と出力手段とを備える。詳細には、腐食測定装置８から当該入力手段に正弦波電流（または電位）信号が入力され、孔食の面積を算出する処理を周波数応答解析装置内において行われた後、算出した孔食面積を当該出力手段により、孔食深さ算出装置９の深さ算出手段９０５に出力するというものである。この場合、孔食深さ算出装置９内に時刻通知手段９０６と、信号出力手段９０７と、第２記憶手段９０８と、面積算出手段９０９とを設ける必要はない。
【００３７】
以上、孔食深さ算出装置９の各手段の構成を説明したが、孔食深さ算出装置９の各手段により行われる処理工程（体積算出工程、面積算出工程、深さ算出工程）の詳細については後記する。
【００３８】
（腐食測定装置）
腐食測定装置８は、金属材料、特に、地中に埋められた放射性廃棄物の廃棄物処分容器の腐食モニタリングを行う装置であり、電気化学ノイズ法を適用する際に用いられる既存の測定装置をそのまま使用することができる。よって、本発明に係る孔食深さ算出方法によると、新たな測定装置を使用する必要がない。
そして、腐食測定装置８は、特に限定されるものではなく、例えば、無抵抗電流計（ｚｅｒｏ  ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ  ａｍｍｅｔｅｒ）７と入力抵抗の高い電位計６を備えたポテンショスタット・ガルバノスタットを用いればよい。
【００３９】
また、腐食測定装置８による測定環境としては、このポテンショスタット・ガルバノスタットにより、測定対象１（廃棄物処分容器）と対極２間の電流値、および、測定対象１と参照極３間の電位値を所定の測定間隔（時間）で測定し、孔食深さ算出装置９（または、孔食深さ算出装置９および周波数応答解析装置）に出力するようなものであればよい。また、放射性廃棄物の廃棄物処分容器の腐食モニタリングを想定する場合は、測定対象１、対極２、参照極３をベントナイト４で覆うとともに、これらを地下水等を想定した試験液５に浸漬させればよい。
さらに、実際に放射性廃棄物の廃棄物処分容器の腐食モニタリングを行う場合は、図２（ａ）に示すように、箱状を呈するオーバーパック１１の全体または一部を測定対象１とし地中に埋設するとともに、オーバーパック１１の近傍に対極２と参照極３とを設置すればよい。また、図２（ｂ）に示すように、地中に埋設させたオーバーパック１１と参照極３を囲むように筒状または箱状を呈する対極２を設置してもよい。
なお、図２のオーバーパック１１は電位計６および電流計７に接続されているとともに、対極２は電流計７に、参照極３は電位計６に接続されている。    
【００４０】
対極２、参照極３としては、測定対象１と同じ金属、グラファイト、白金等の不活性金属等から構成されるものを用いればよい。また、対極２、参照極３の形状等については特に限定されないが、測定対象に対向する面の面積は大きい方が好ましい。また、対極２、参照極３は、測定対象との距離が近くなるように設置するのが好ましい。また、対極２、参照極３の数は、２つ以上であってもよい。
【００４１】
［孔食深さ算出方法］
次に、本発明に係る孔食深さ算出方法の実施の形態について、図４、図５、図６を参照して説明する。
本実施形態に係る孔食深さ算出方法は、電気化学ノイズ法および交流インピーダンス法を用いた孔食深さ算出方法であって、体積算出工程と、面積算出工程と、深さ算出工程と、からなる。
【００４２】
ここで、電気化学ノイズ法とは、測定対象から腐食時に発生する電流信号を測定して、その信号に基づき、腐食状況（孔食の体積等）を検知する方法である。なお、電流信号等の測定については、外部から電気的影響を与えない状況下（自然状態）で行われ、この電流信号とは測定対象１と対極２の間に流れる電流である（図１参照）。
また、交流インピーダンス法とは、測定対象に交流信号を印加し、印加後の応答信号を解析することにより、腐食状況（孔食の面積等）を検知する方法である。
【００４３】
（体積算出工程）
体積算出工程とは、電気化学ノイズ法によって金属材料を経時的に測定して得られた電流信号から孔食体積を求める工程である。
【００４４】
電気化学ノイズ法による電流信号の測定は、交流インピーダンス法による測定の間（測定と測定との間）も、絶えず経時的に行う。
電流信号の測定間隔は、等間隔であるとともに、０．１秒以上５秒以内であることが好ましい。測定間隔が０．１秒未満になると、腐食測定装置８、孔食深さ算出装置９等の機器が起因となる電気ノイズが過大となり、この電気ノイズが測定データに影響を与える可能性が大きくなってしまうからである。また、測定間隔が５秒を超えると、孔食発生の検知や体積の算出が困難になるからである。
【００４５】
通常、金属材料に孔食が発生すると、電流信号において突出した大きな値が測定され、その後、徐々に元の定常値へと減衰していく（図４、５の１０００〜１１００秒の付近）。
測定グラフにおいて定常値を示す直線（例えば、図５の５．０１×１０−８を示す直線）と測定した電流信号の波形との間のなす面積が、孔食発生時に金属材料の溶出に要した電気量にあたる。なお、当該面積は積分により算出すればよい。
【００４６】
ここで、金属材料として鉄を用いている場合は、Ｆｅが２価のイオンとして溶出する点、Ｆｅの原子量が５５．８４５ｇ／ｍｏｌである点、および、Ｆｅの密度が７．８７ｇ／ｃｍ３である点を考慮することにより孔食の体積を算出することができる。具体的には、体積は、（算出された電気量［Ｃ］）×（１／９６４８５［ｍｏｌ／Ｃ］）×（１／２）×５５．８４５［ｇ／ｍｏｌ］×（１／７．８７［ｃｍ３／ｇ］）で求めることができる。
なお、定常値とは、金属材料に孔食等の腐食が発生していない定常状態において、金属材料を計測した場合に測定される電流値であり、例えば、孔食発生前後５分間を除いた電流値の中央値である。
【００４７】
ここで、測定グラフにおいて定常値を示す直線と測定した電流信号の波形との間のなす面積について、全ての面積から電気量を算出するという構成であってもよい。また、電流信号が所定値以上となった場合を孔食が発生した場合と判断し、その場合のみ、所定値以上となった時から定常値に戻るまでの期間の面積（定常値を示す直線と測定した電流信号の波形との間のなす面積）から電気量を算出するという構成であってもよい。このような構成とすることにより、孔食体積を算出する際の計算量を低減することができる。
なお、所定値は、特に限定されず、例えば、面積が３．１４ｃｍ２の測定対象を測定していた場合は、５．０×１０−５Ａである。また、所定値は、定常状態における電流値の標準偏差をσとした場合に３σとなる値とし、統計的に判断してもよい。
【００４８】
この体積算出工程の処理は、前記のとおり、孔食深さ算出装置９の体積算出手段９０４によって行われてもよいし、人が行ってもよい。
【００４９】
（面積算出工程）
面積算出工程とは、交流インピーダンス法によって孔食発生前後の前記金属材料を測定して得られたインピーダンススペクトルから孔食面積を求める工程である。
【００５０】
金属材料に対し、交流インピーダンス法による測定を等間隔に実施する。例えば、１日ごと、１週間ごと、１ヶ月ごとなど、間隔を決めて測定を繰り返す。この測定については、孔食発生前後の金属材料を測定できればよいため、測定間隔は、孔食が起こる頻度、確率および全面の腐食量を検討して決定すればよい。
【００５１】
なお、交流インピーダンス法による測定は、対象とする金属材料に電位（または電流）信号を微量ながらも印加する手法であるため、測定するたびに金属材料（測定対象）に負荷を与えてしまう。したがって、測定間隔はその間に孔食が１個程度発生すると予想できる範囲で極力長くするのがよい。
【００５２】
また、交流インピーダンス法による測定は、体積算出工程において、孔食が発生したと検知したときから数分経過後に（例えば、電流値が所定値以上となったときから１０分経過後に）行われるような構成にしてもよい。このような構成にすることにより、例えば、２ヶ月間、孔食が発生しなかった場合は、当該期間、交流インピーダンス法による測定が行われることが無いため、金属材料への測定に伴う負荷をできる限り低減することができる。また、測定環境の変化に伴い、１日ごとに頻繁に孔食が発生するような状態になってしまった場合であっても、孔食が発生したと検知するたびにインピーダンススペクトルの測定が行われるため、孔食の発生や進行を見逃すことなく検知することができる。
【００５３】
しかし、放射性廃棄物の廃棄物処分容器の測定は長期間に及ぶため、孔食等のような局部腐食だけでなく、廃棄物処分容器（金属材料）全面が均一に腐食するという現象が生じる場合が想定される。したがって、交流インピーダンス法による測定の測定間隔は、全面が均一に腐食する量（全面腐食量）が無視できるほど小さくなるように設定する必要がある。これは、孔食深さ算出方法が、交流インピーダンス法による連続した２回の測定結果を比較して孔食面積を求める方法であるので、連続した２回の測定の間において孔食以外の要素が変化していないようにすることが重要なためである。
よって、測定間隔を等間隔とせず、孔食の発生を検知するごとにインピーダンススペクトルを測定する場合は、孔食の発生を検知しなくても所定期間経過（例えば、６ヶ月経過）した時に、インピーダンススペクトルを測定するような構成にすることが好ましい。
【００５４】
次に、交流インピーダンス法による孔食の面積を算出する原理について説明する。
交流インピーダンス法による測定は前記のような非定常測定であり、金属材料に与えた外部信号（電位または電流信号）により定常状態から一旦ずらし、その後、定常状態に戻るまでの緩和過程における応答信号を解析することで素過程や反応中間体などの情報を得る事ができる。
【００５５】
入力する外部信号は微小交流信号を用いるので、測定による金属材料（測定対象）へのダメージは一般的には無視してもよい程のレベルのものである。そして、この交流信号の周波数を変化させることでスペクトル解析を行うことができる。なお、高周波数域での測定においては速いプロセスである電荷移動、低周波数域では遅いプロセスである拡散などに分けたスペクトル解析ができる。
【００５６】
正弦波をもつ電位信号を外部信号として入力した場合、その応答信号として角度θだけ位相がずれた正弦波の電流信号が発生する。そして、この電流信号はオイラーの公式より指数関数として表示でき、複素数表示された（複素）インピーダンスは、インピーダンスの絶対値と位相のズレθで特徴づけられる。
前記のようにして周波数ごとに算出されたインピーダンスについて、横軸にインピーダンスの実数部（Ｚ´）、縦軸に虚数部（Ｚ´´）をとることで、図６（ａ）に示すようなベクトル軌跡線図（またはコール−コールプロット）を得ることができる。また、縦軸にインピーダンスの絶対値（｜Ｚ｜）と位相差（θ）、横軸にその時の周波数をとることで、図６（ｂ）に示すようなボード線図を得ることができる。
【００５７】
ここで、金属材料に発生する腐食反応を表す回路を、図７に示すような一般的な等価回路（溶液抵抗に対し、電荷移動抵抗とキャパシタとが並列で接続した素子が直列で接続した回路）であると想定した場合、この腐食反応を示す回路のインピーダンスＺは、溶液抵抗Ｒｓｏｌ、電荷移動抵抗Ｒｃｔ、電気二重層容量Ｃ、各周波数ω、虚数単位ｊとするとき、Ｚ＝Ｒｓｏｌ＋Ｒｃｔ／（１＋ｊωＲｃｔＣ）で表すことができる。ベクトル軌跡線図およびボード線図に描いた測定結果によく合うように、各素子の特性値を任意に代入していきフィッティングさせて、各素子の特性値を求める。
【００５８】
なお、このような電気化学インピーダンスの解析手法に関しては既に多くの公知文献があるが、例えば、春山 志郎、水流 徹、 阿南 正治著、「防食技術」Ｖｏｌ．２７、（１９７８）、Ｎｏ．９、ｐ．４４９〜４５６などに詳しい説明がある。
【００５９】
この等価回路についてはあらかじめ想定される腐食反応を考え、文献や環境を模擬した予備実験等で検討しておくことが望ましい。なお、このとき用いる等価回路の素子はその電磁気学的定義により、例えば、キャパシタの場合、その容量ＣはεＳ／ｄ（ε：電気二重層の誘電率，Ｓ：電気二重層の電極面積，ｄ：電気二重層厚さ）で表され、抵抗Ｒはρｄ／Ｓ（ρ：電荷移動抵抗の抵抗率，Ｓ：電荷移動抵抗の電極面積，ｄ：電荷移動抵抗の厚さ）で表される。
【００６０】
連続した２回の交流インピーダンス法による測定において、その間に測定対象に孔食が起きていたとすると、測定対象の面積（Ｓ）のみが変化し、その他の誘電率（ε）、抵抗率（ρ）、厚さ（ｄ）は変わらない。よって、当該連続した２回の交流インピーダンス法による測定の結果（インピーダンススペクトル）から求められる等価回路の各素子の特性値を比較することによって電極表面の孔食面積を求めることができる。
【００６１】
つまり、測定対象全体の面積をＳとし、孔食がＳのｘ倍の面積を有するとすれば、孔食以外の面積は（１−ｘ）Ｓとなる。よって、孔食発生後のキャパシタの容量は発生前の容量に対して（１−ｘ)倍、抵抗は１／（１−ｘ）倍となる。そして、このキャパシタの容量と抵抗の関係を用いて最もフィットする等価回路の各素子の特性値を求めて、抵抗とキャパシタについて連立の方程式を解くことによりｘ値を求めれば、孔食面積を算出することができる。
【００６２】
ここで、想定する等価回路に多孔質電極のモデルでよく用いられる分布定数型等価回路（例えば、板垣 昌幸、田谷 彰大、石踊 大志、渡辺 邦洋著、「ＺＡＩＲＹＯ−ＴＯ−ＫＡＮＫＹＯ 材料と環境」Ｖｏｌ．５０、Ｎｏ．１（２００１）ｐ．２４〜２９）を用いてフィッティングしても良い。この場合、孔質のひとつが孔食になったとみなして計算すれば、平均誤差５％以内のほぼ同じ結果になることを発明者らは確かめている。
この面積算出工程の処理は、前記のとおり、孔食深さ算出装置９または周波数応答解析装置の面積算出手段９０９によって行われてもよいし、人が行ってもよい。
【００６３】
（深さ算出工程）
深さ算出工程とは、孔食体積を孔食面積で除することにより、孔食の深さを算出する工程である。前記の体積算出工程で算出した孔食の体積を、前記の面積算出工程で算出した孔食の面積で除することで、孔食の深さを求めることができる。
【００６４】
なお、一般的には孔食面積が分かれば、孔食は金属材料に理想的な半球状を呈するように形成されていると仮定され、孔食の大きさ等を算出されることが多い。しかし、発明者らは孔食が理想的な半球状ではない例を観察している。また、金属材料表面に現れる孔食の断面の形状は円ではなく楕円であったり多角形であったりする例が多く存在した。よって、孔食の形状を楕円柱や多角柱であると考える本発明の孔食深さ算出方法によると、問題なく孔食の深さが算出できる。
【００６５】
この深さ算出工程の処理は、前記のとおり、孔食深さ算出装置９の深さ算出手段９０５によって行われてもよいし、人が行ってもよい。
【００６６】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、特許請求の範囲に記載した本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜設計変更可能である。
例えば、面積算出工程において、交流インピーダンス法によって金属材料を測定している間は、電流信号が大きく変動してしまう。よって、当該期間は、電流信号に基づく孔食の体積の算出を行わないような構成としてもよい。
【実施例】
【００６７】
次に、孔食深さ算出方法について、本発明の要件を満たす実施例により、発明の効果を奏することを確かめた。
［測定環境］
まず、実施例の測定環境を、図１を参照して説明する。
測定対象（試験極）１として、放射性廃棄物の廃棄処分容器の代わりに炭素鋼を使用した。また、対極２には白金を使用し、参照極３にはＡｇ／ＡｇＣｌ参照電極を用いた。なお、試験極１は、直径２ｃｍの円板状であり片面を腐食が発生しないように被覆していたため、測定対象の面積は３．１４ｃｍ２であった。
【００６８】
実処分環境に地下水等が浸潤したことを想定し、前記試験極１、対極２、参照極３を、ｐＨ９、ＮａＨＣＯ３−Ｎａ２ＣＯ３：１０，０００ｐｐｍ、ＮａＣｌ：１９，０００ｐｐｍ、３０℃、に調整された試験液５に大気開放のもと浸漬した。
【００６９】
内部に電流計と電位計を備えたソーラトロン（Ｓｏｌａｒｔｒｏｎ）社製１２８７型ポテンショスタット・ガルバノスタットを用い、電気化学ノイズ法にて電流信号を測定し、接続したパーソナルコンピュータ（孔食深さ算出装置）に記録した。このときの電流信号を図４、５に示す。
なお、電流信号の測定間隔は１カウント／１秒である。
【００７０】
交流インピーダンス法による測定は継続的に２日に１度実施した。当該測定は、ソーラトロン社製１２５５Ｂ型周波数応答解析装置を前記１２８７型ポテンショスタット・ガルバノスタットに接続、制御し、インピーダンススペクトルを求めるというものであった。なお、測定周波数範囲は１０ｋＨｚ〜１Ｈｚ、振幅は１０ｍＶ以内として測定した。
【００７１】
［測定方法］
測定開始より１３日目に孔食が発生したと判断できる電流値の上昇が見られ、１２日目と１４日目のインピーダンススペクトルを用いて孔食面積を求めた。そして、孔食発生前後２時間の電気化学ノイズ測定による電流値（孔食発生前後５分間を除く）の中央値（５．０１×１０−８Ａ）を定常値とし（図５）、孔食時の電流信号と定常値とがなす面積を積分により求めて孔食体積を算出した。
【００７２】
本発明の孔食深さ算出方法による結果の精度を検証するため、１４日目の交流インピーダンス法による測定が終了したあと、サンプルを取り出し、純水で洗い流し乾燥させ、孔食をキーエンス社製レーザー顕微鏡ＶＫ−９５００／９５１０を用いて測定し孔食形状および深さを算出した。
【００７３】
［算出結果］
測定グラフにおいて、孔食が発生した区間の電流信号の波形と定常値が示す直線とのなす面積を積分により算出し、孔食発生に要した電気量とした。孔食が発生していると判断できる区間は１２１秒間にわたり、電気量は４．９１×１０−２Ｃ（クーロン）であった。ファラデー定数を９６４８５Ｃ／ｍｏｌとし、全てＦｅが２価で溶出したとすると、孔食が発生することにより溶出したＦｅは２．５５×１０−７ｍｏｌとなる。ここで、Ｆｅの原子量は５５．８４５（ｇ／ｍｏｌ）であるためＦｅは１．４２×１０−５ｇ溶出したことがわかる。そして、Ｆｅ密度は７．８７ｇ／ｃｍ３であるので１．８０×１０−６ｃｍ３という体積の孔食が発生したことになる。
【００７４】
一方、交流インピーダンスの等価回路として、溶液抵抗に対し、電荷移動抵抗とキャパシタとが並列で接続した素子が直列で接続した回路（図７）を想定し、フィッティングを行った。１２日目と１４日目に測定したインピーダンススペクトル（図６）をフィッティングさせると、孔食面積は全体の試験極面積（３．１４ｃｍ２）を６．７×１０−５倍、つまり孔食面積を２．１×１０−４ｃｍ２としたとき最も良くフィットした。
【００７５】
これらより孔食深さは１．８０×１０−６ｃｍ３÷２．１×１０−４ｃｍ２＝８６μｍであると求められた。
このとき、レーザー顕微鏡にて実際に孔食を観察すると、形状は楕円柱状で、最大孔食深さは８２．６μｍであった。
【００７６】
前記実施例に限らず、レーザー顕微鏡による実測値と比較すると、本発明による孔食の深さ算出値は誤差が５％以内となり、十分に信頼できるものであるということを確かめることができた。
【符号の説明】
【００７７】
１      測定対象（金属材料）
２      対極
３      参照極
４      ベントナイト
５      試験液
６      電位計
７      電流計（無抵抗電流計）
８      腐食測定装置（ポテンショスタット・ガルバノスタット）
９      孔食深さ算出装置
１１    オーバーパック
９０１  入力手段
９０２  第１記憶手段
９０３  判別手段
９０４  体積算出手段
９０５  深さ算出手段
９０６  時刻通知手段
９０７  信号出力手段
９０８  第２記憶手段
９０９  面積算出手段
９１０  出力手段
Ｓ      孔食深さ算出システム
【図１】
0005450468.tif 000002
【図２】
0005450468.tif 000003
【図３】
0005450468.tif 000004
【図４】
0005450468.tif 000005
【図５】
0005450468.tif 000006
【図６】
0005450468.tif 000007
【図７】
0005450468.tif 000008