(57)【要約】【課題】放射性物質取り扱い施設のステンレス鋼部材からの放射性核種の除去をさらに向上できる化学除染方法を提供する。【解決手段】ＢＷＲプラントにおける化学除染対象であるステンレス鋼製の、例えば、再循環配管に化学除染装置を接続し（Ｓ１）、再循環系配管の内面に過マンガン酸水溶液を接触させて酸化除染を行う（Ｓ３）。その後、シュウ酸水溶液を再循環系配管に接触させて鉄酸化物及び放射性核種を含む酸化皮膜を溶解し（Ｓ５Ａ）、塩酸を含むシュウ酸水溶液を、再循環系配管に接触させて再循環系配管の母材を溶解する（Ｓ５Ｂ）。塩酸を含むシュウ酸水溶液に含まれるシュウ酸を分解し（Ｓ６）、その水溶液に含まれる陽イオン及び陰イオンを混床樹脂塔で除去する（Ｓ７）。塩酸を含むシュウ酸水溶液により再循環系配管の母材を溶解するため、ステンレス鋼部材からの放射性核種の除去をさらに向上させることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シュウ酸を含み塩酸を含まない第１水溶液を放射性物質取り扱い施設のステンレス鋼部材の表面に接触させることによって、その表面の放射性核種を含む酸化皮膜を溶解させて除去し、
シュウ酸及び塩酸を含む第２水溶液を、前記ステンレス鋼部材の、前記酸化皮膜が除去された表面に接触させることを特徴とする化学除染方法。
【請求項２】
前記第２水溶液として、シュウ酸及び０．００６ｍｏｌ／Ｌ以上０．０７５ｍｏｌ／Ｌ以下の範囲内の濃度の塩酸を含む水溶液を用いる請求項１に記載の化学除染方法。
【請求項３】
シュウ酸及び０．００６ｍｏｌ／Ｌ以上０．０７５ｍｏｌ／Ｌ以下の範囲内の濃度の塩酸を含む前記第２水溶液のシュウ酸濃度が、０．０１０ｍｏｌ／Ｌ以上０．０７６ｍｏｌ／Ｌ以下の範囲内の濃度である請求項２に記載の化学除染方法。
【請求項４】
前記第２水溶液として、シュウ酸及び０．００９ｍｏｌ／Ｌ以上０．０７５ｍｏｌ／Ｌ以下の範囲内の濃度の塩酸を含む水溶液を用いる請求項２に記載の化学除染方法。
【請求項５】
シュウ酸及び０．００９ｍｏｌ／Ｌ以上０．０７５ｍｏｌ／Ｌ以下の範囲内の濃度の塩酸を含む前記第２水溶液のシュウ酸濃度が、０．０１０ｍｏｌ／Ｌ以上０．０７６ｍｏｌ／Ｌ以下の範囲内の濃度である請求項４に記載の化学除染方法。
【請求項６】
前記第２水溶液の鉄イオン濃度を、０．００７ｍｏｌ／Ｌ以下の範囲内の濃度に調節する請求項２ないし請求項５のいずれか１項に記載の化学除染方法。
【請求項７】
前記第２水溶液の鉄イオン濃度の、０．００７ｍｏｌ／Ｌ以下の範囲内の濃度への調節は、陽イオン交換樹脂塔に供給する、シュウ酸及び塩酸を含む前記水溶液の流量を制御することによって行われる請求項６に記載の化学除染方法。
【請求項８】
放射性物質取り扱い施設の前記ステンレス鋼部材である第１配管に、第２配管を通して前記第１水溶液を供給して前記第２配管の内面に前記第１水溶液を接触させ、前記第２配管を通して前記第２水溶液を、第１配管に供給して前記第１配管の、前記酸化皮膜が除去された表面に接触させる請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の化学除染方法。
【請求項９】
前記第２配管を通して前記第１配管に供給する前記第２水溶液は、前記第１配管内の前記第１水溶液に塩酸を注入することによって生成される請求項８に記載の化学除染方法。
【請求項１０】
前記第１水溶液及び前記第２水溶液は、前記第１配管及び前記第２配管を含む閉ループ内を循環する請求項８または請求項９に記載の化学除染方法。
【請求項１１】
前記放射性物質取り扱い施設から取り外された前記ステンレス鋼部材が収納される除染容器内に、配管を通して前記第１水溶液を供給して前記ステンレス鋼部材の表面に前記第１水溶液を接触させ、前記配管を通して前記第２水溶液を、前記除染容器に供給して前記ステンレス鋼部材の、前記酸化皮膜が除去された表面に接触させる請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の化学除染方法。
【請求項１２】
前記配管を通して前記除染容器に供給する前記第２水溶液は、前記配管内の前記第１水溶液に塩酸を注入することによって生成される請求項１１に記載の化学除染方法。
【請求項１３】
前記第１水溶液及び前記第２水溶液は、前記除染容器及び前記配管を含む閉ループ内を循環する請求項１１または請求項１２に記載の化学除染方法。
【請求項１４】
シュウ酸を含み塩酸を含まない第１水溶液及びシュウ酸及び塩酸を含む第２水溶液のそれぞれを順次導く配管と、前記配管に連絡される酸化除染剤注入装置と、前記配管に連絡される還元除染剤注入装置と、前記配管に連絡される塩酸注入装置とを備えたことを特徴とする化学除染装置。
【請求項１５】
前記第１水溶液及び前記第２水溶液のそれぞれが順次供給され、前記配管に接続されて内部に放射性物質取り扱い施設から取り外されたステンレス鋼部材が収納される除染容器を備えた請求項１４に記載の化学除染装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化学除染方法及び化学除染装置に係り、特に、原子力発電プラント等の放射性物質取り扱い施設に適用する伸び好適な化学除染方法及び化学除染装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
沸騰水型原子力発電プラント（ＢＷＲプラント）及び加圧水型原子力発電プラント（ＰＷＲプラント）等の原子力プラントにおいて、定期検査作業時、及び廃止措置における原子力プラント解体時の作業者の被ばく線量の低減、及びその廃止措置におけるプラント解体により発生する放射性廃棄物の量の低減を図るために、放射性核種に汚染された機器、配管及び機器、配管を含む系統の金属部材表面から化学薬品により放射性核種を除去する作業、すなわち、化学除染が行われる。
【０００３】
従来の化学除染技術の一例が、特開２０００−１０５２９５号公報、特開昭６０−２３５０９９号公報及び特表平９−５１０７８４号公報に記載されている。
【０００４】
特開２０００−１０５２９５号公報に記載された化学除染方法では、シュウ酸を還元除染剤、過マンガン酸カリウムを酸化除染剤として使用し、原子力プラントの配管の内面等に対して、還元除染剤を含む還元除染液を用いる還元除染、及び酸化除染剤を含む酸化除染液を用いる酸化除染を交互に複数回繰り返して実施する。還元除染及び酸化除染により、その配管の内面に形成された、鉄酸化物、クロム酸化物及び放射性核種を含む酸化皮膜を溶解して除去する。還元除染中において、還元除染液を、陽イオン交換樹脂を充填した陽イオン交換樹脂塔に通水することにより、溶解された金属イオン（鉄イオン及びクロムイオン等）及び放射性核種が、陽イオン交換樹脂塔内の陽イオン交換樹脂に吸着されて除去される。酸化除染と還元除染を繰り返し実施することにより完全に酸化皮膜を溶解することで、金属部材表面に付着していた放射性物質の大半を除去することができる。
【０００５】
特開昭６０−２３５０９９号公報は、酸化除染剤である過マンガン酸を含む酸化除染液を用いた、化学除染を記載する。
【０００６】
特表平９−５１０７８４号公報は、有機酸を含む溶液の廃棄処理方法を記載する。この廃棄処理方法では、還元除染液であるシュウ酸水溶液を用いた還元除染が終了した後、シュウ酸水溶液に酸化剤（例えば、過酸化水素）を添加し、酸化剤を含むシュウ酸水溶液に紫外線を照射してシュウ酸を分解し、その水溶液に含まれる鉄イオン等の金属陽イオンをカチオン等により除去することを記載する。
【０００７】
特開２０１４−１７３９０５号公報は、放射性セシウムの溶離方法を記載する。この溶離方法では、放射性セシウムを含む焼却灰に、塩酸を含むシュウ酸水溶液を接触させることにより、シュウ酸カルシウムがそのシュウ酸水溶液に析出され、シュウ酸カルシウムは、塩酸の作用によりシュウ酸カルシウムよりも溶解度が高い塩酸カルシウムとシュウ酸になる。シュウ酸カルシウム内に存在する放射性セシウムが溶離される。
【０００８】
H.O.Bertholdt et al.“HP/CORD D UV A New Decontamination Process for Decommissioning of Nuclear Station”, Proceeding of International Conference on Decommissioning and Decontamination and Nuclear and Hazardous Waste Mnagement, Volume 1, p.116(1998)は、金属部材表面に形成された酸化皮膜を化学除染により溶解して除去したとしても、若干の放射性核種が金属部材の結晶粒界内に残っているため、金属部材の母材の表面を数十μｍ程度溶解することにより、結晶粒界内に存在する放射性核種を除去できることを記載する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０００−１０５２９５号公報
【特許文献２】特開昭６０−２３５０９９号公報
【特許文献３】特表平９−５１０７８４号公報
【特許文献４】特開２０１４−１７３９０５号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】H.O.Bertholdt et al.“HP/CORD D UV A New Decontamination Process for Decommissioning of Nuclear Station”, Proceeding of International Conference on Decommissioning and Decontamination and Nuclear and Hazardous Waste Mnagement, Volume 1, p.116(1998)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
除染対象物である、例えば、原子力プラントの金属部材（構造部材）に形成された酸化皮膜を化学除染により溶解させて除去した場合でも、その金属部材に形成された酸化皮膜に含まれて、化学除染の実施前に存在する放射性核種の数パーセントが、化学除染により除去されずに残る可能性がある。H.O.Bertholdt et al.“HP/CORD D UV A New Decontamination Process for Decommissioning of Nuclear Station”, Proceeding of International Conference on Decommissioning and Decontamination and Nuclear and Hazardous Waste Mnagement, Volume 1, p.116(1998)に記載されるように、金属部材の母材の表面を数十μｍ程度溶解したとしても、数パーセントの放射性核種のうちの一部が除去されるだけである。
【００１２】
作業者の被ばくを低減するためには、放射性物質取り扱い施設の除染対象物である構造部材から、さらに放射性核種を除去する必要がある。
【００１３】
本発明の目的は、放射性物質取り扱い施設のステンレス鋼部材からの放射性核種の除去をさらに向上させることができる化学除染方法及び化学除染装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記した本発明の目的を達成する本発明の特徴は、シュウ酸を含み塩酸を含まない第１水溶液を放射性物質取り扱い施設のステンレス鋼部材の表面に接触させることによって、その表面の放射性核種を含む酸化皮膜を溶解させて除去し、
シュウ酸及び塩酸を含む第２水溶液を、そのステンレス鋼部材の、その酸化皮膜が除去された表面に接触させて、そのステンレス鋼部材の母材を溶解することにある。
【００１５】
シュウ酸及び塩酸を含む第２水溶液を、そのステンレス鋼部材の、その酸化皮膜が除去された表面に接触させるため、塩酸単独ではそのステンレス鋼部材の母材を溶解させることができない場合であっても、ステンレス鋼部材の母材を溶解させることができる。このため、放射性核種を含む酸化皮膜が除去されたステンレス鋼部材からさらに放射性核種を除去することができ、ステンレス鋼部材の線量率をさらに低減することができる。
【００１６】
化学除染装置の特徴は、シュウ酸を含み塩酸を含まない第１水溶液及びシュウ酸及び塩酸を含む第２水溶液のそれぞれを順次導く配管と、その配管に連絡される酸化除染剤注入装置と、その配管に連絡される還元除染剤注入装置と、その配管に連絡される塩酸注入装置とを備えたことにある。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、放射性物質取り扱い施設のステンレス鋼部材からの放射性核種の除去をさらに向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の好適な一実施例である実施例１の沸騰水型原子力発電プラントの再循環系配管に適用される化学除染方法の手順を示すフローチャートである。
【図２】実施例１の化学除染方法を実施する際に用いられる化学除染装置を沸騰水型原子力発電プラントの再循環系配管に接続した状態を示す説明図である。
【図３】図２に示す化学除染装置の詳細構成図である。
【図４】塩酸を含むシュウ酸水溶液及び塩酸水溶液のそれぞれの塩酸濃度とそれぞれの水溶液に対するステンレス鋼製試験片の溶解量との関係を示す特性図である。
【図５】シュウ酸水溶液のシュウ酸濃度とステンレス鋼製試験片の溶解量との関係を示す特性図である。
【図６】塩酸を含まないシュウ酸水溶液、塩酸を含むシュウ酸水溶液、及び塩酸水溶液のそれぞれのｐＨとステンレス鋼製試験片の溶解量との関係を示す特性図である。
【図７】塩酸を含むシュウ酸水溶液のＦｅイオン濃度とステンレス鋼製試験片の溶解量との関係を示す特性図である。
【図８】本発明の好適な他の実施例である実施例２の沸騰水型原子力発電プラントの構造部材を内部に配置する除染タンクを有する化学除染装置の詳細構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
発明者らは、放射性物質取り扱い施設の構造部材からの放射性核種の除去をさらに向上できる化学除染について、実験を含め、種々の検討を行った。その構造部材、特に、ステンレス鋼製の構造部材（以下、ステンレス鋼部材という）に対する化学除染では、ステンレス鋼製部材の表面に形成された、クロム酸化物、鉄酸化物及び放射性核種を含む酸化皮膜のクロム酸化物を除去する酸化除染（酸化除染液である、例えば、過マンガン酸水溶液または過マンガン酸カリウム水溶液を使用）、及び鉄酸化物及び放射性核種を含む酸化皮膜を除去する還元除染（還元除染液である、例えば、シュウ酸水溶液（シュウ酸を含み塩酸を含まない水溶液）を使用）が実施される。上記した検討の結果、発明者らは、化学除染において、酸化除染液を用いたステンレス鋼部材に対する酸化除染、及びその後のシュウ酸水溶液を用いたステンレス鋼部材の酸化皮膜の溶解を行った後、シュウ酸水溶液に塩酸を注入して生成した、塩酸を含むシュウ酸水溶液を、酸化皮膜が除去されたステンレス鋼部材に接触させて、ステンレス鋼部材の表面部分を溶解することによって、ステンレス鋼部材からの放射性核種の除去をさらに向上させることができることを新たに見出した。すなわち、還元除染において、シュウ酸水溶液による酸化皮膜の溶解、及びこの溶解の後における、塩酸を含むシュウ酸水溶液によるステンレス鋼部材の表面部分の溶解が、ステンレス鋼部材からの放射性核種の除去をさらなる向上につながったのである。
【００２０】
上記の検討結果を、以下に詳細に説明する。
【００２１】
発明者らは、塩酸のみを含む９０℃の水溶液５００ｍＬを一つの容器（例えば、ビーカー）内に充填してこの水溶液に表面積１７．２ｃｍ２のＳＵＳ３０４ステンレス鋼製の試験片を浸漬させ、さらに、塩酸と０．０２２ｍｏｌ／Ｌのシュウ酸を混合して生成した９０℃の水溶液（除染水溶液）５００ｍＬを他の容器（例えば、ビーカー）内に充填してこの水溶液に表面積１７．２ｃｍ２のＳＵＳ３０４ステンレス鋼製の別の試験片を浸漬させて、それぞれの試験片の溶解量を求めた。それぞれの試験片を、各水溶液に６時間浸漬した。各試験片の溶解量は、該当する水溶液に６時間浸漬させた後における、単位表面積当たりの試験片の重量から、その水溶液に浸漬する前での、単位表面積当たりのその試験片の重量を引いた値（重量）である。
【００２２】
それぞれの水溶液の塩酸濃度に対する各試験片の溶解量の変化を、図４に示す。図４において、試験片の溶解量の、マイナスの値が小さくなるほど、すなわち、図４の縦軸において下方に向かうほど、その試験片の溶解の度合いが大きくなる（溶解量が増加する）ことを示している。
【００２３】
塩酸のみを含む９０℃の水溶液では、浸漬された試験片の母材は、塩酸濃度が０．０７５ｍｏｌ／Ｌになるまでは溶解せず、塩酸濃度が０．０７８ｍｏｌ／Ｌ以上になると溶解した（図４の〇印参照）。一方、塩酸及び０．０２２ｍｏｌ／Ｌのシュウ酸を含む９０℃の水溶液では、浸漬された試験片の母材は、塩酸濃度が０．００６ｍｏｌ／Ｌ以上になると溶解し、塩酸濃度０．００９ｍｏｌ／Ｌ以上において溶解量がほぼ一定になった（図４の△印参照）。なお、図４において「Ｍ」はｍｏｌ／Ｌを表しており、図４はｍＭ単位で表示している。図４に示された実験結果から、シュウ酸及び塩酸を含む水溶液を、ステンレス鋼製の試験片、すなわち、ステンレス鋼部材に接触させた場合には、塩酸単独でそのステンレス鋼部材の母材を溶解させることができない場合でも、ステンレス鋼部材の母材を溶解できることが明らかになった。
【００２４】
発明者らは、シュウ酸のみを含む９０℃の水溶液５００ｍＬを一つの容器（例えば、ビーカー）内に充填してこの水溶液に表面積１７．２ｃｍ２のＳＵＳ３０４ステンレス鋼製の試験片を６時間浸漬させた。シュウ酸のみを含む９０℃の水溶液にその試験片を浸漬させてから６時間が経過したとき、その試験片を水溶液から取り出し、その試験片の溶解量を求めた。この溶解量は、そのシュウ酸水溶液に６時間浸漬させた後における、単位表面積当たりの試験片の重量から、そのシュウ酸水溶液に浸漬する前での、単位表面積当たりのその試験片の重量を引いた値（重量）である。
【００２５】
そのシュウ酸水溶液のシュウ酸濃度に対する試験片の溶解量の変化を、図５に示す。図５において、試験片の溶解量の、マイナスの値が小さくなるほど、すなわち、図５の縦軸において下方に向かうほど、その試験片の溶解の度合いが大きくなる（溶解量が増加する）ことを示している。
【００２６】
その９０℃のシュウ酸水溶液では、浸漬された試験片の母材は、シュウ酸濃度が０．０７６ｍｏｌ／Ｌになるまではほとんど溶解せず、シュウ酸濃度が０．０９２ｍｏｌ／Ｌ以上になると溶解し、さらに、シュウ酸濃度が０．１５０ｍｏｌ／Ｌ以上になると溶解量がほぼ一定になった。
【００２７】
図４及び図５に示す結果に基づいて、発明者らは、シュウ酸及び塩酸を含む水溶液を用いることによって、シュウ酸のみを含む水溶液及び塩酸のみを含む水溶液を用いた場合とは異なり、ＳＵＳ３０４ステンレス鋼製の試験片、すなわち、ステンレス鋼製部材の母材の母材を溶解できることを新たに見出した。特に、０．０７６ｍｏｌ／Ｌ以下の範囲内の濃度のシュウ酸及び０．０７５ｍｏｌ／Ｌ以下の範囲内の濃度の塩酸を含む水溶液を用いることによって、そのステンレス鋼製部材の母材を、さらに溶解させることができる。
【００２８】
発明者らは、図４及び図５に示す実験結果を室温ｐＨと試験片の溶解量との関係で整理し、室温ｐＨに対する試験片の溶解量の変化を図６にまとめた。図６では、横軸が水溶液の室温ｐＨを示し、縦軸が試験片の溶解量を示している。図６の横軸に記載されたｐＨ（＠ＲＴ）は、室温におけるｐＨ、すなわち、室温ｐＨを意味している。室温ｐＨと試験片の溶解量との関係は、シュウ酸のみを含む９０℃の水溶液（〇印）、塩酸及び０．０２２ｍｏｌ／Ｌのシュウ酸を含む９０℃の水溶液（△印）、及び塩酸のみを含む９０℃の水溶液のそれぞれについて示した。
【００２９】
シュウ酸のみを含む水溶液ではこの水溶液のｐＨが１．３２以下で、塩酸のみを含む水溶液ではこの水溶液のｐＨが１．１６以下で、試験片の母材が溶解したのに対し、塩酸及びシュウ酸を含む水溶液ではこの水溶液のｐＨが１．６９以下で、試験片の母材が溶解する。塩酸及びシュウ酸を含む水溶液のｐＨは、ステンレス鋼製の試験片の溶解量が大きくなる１．７以下の範囲内にすると良く、好ましくは、その溶解量がほぼ一定になる１．４〜１．７（１．４以上１．７以下）の範囲内のｐＨにすることが望ましい。この結果から、単純に、塩酸をシュウ酸水溶液に混合してその水溶液のｐＨを下げるだけでなく、そのシュウ酸水溶液におけるシュウ酸イオン及び塩化物イオンの混合作用により、シュウ酸のみを含む水溶液及び塩酸のみを含む水溶液のそれぞれのｐＨよりも高いｐＨの、シュウ酸及び塩酸を含む水溶液（除染水溶液）を用いたときに、ステンレス鋼部材の母材を溶解できることが分かった。
【００３０】
さらに、０．０２２ｍｏｌ／Ｌのシュウ酸及び塩酸を含み、塩化物イオンが０．０２３ｍｏｌ／Ｌで一定となるように塩化鉄が混合された９０℃の水溶液（除染水溶液）に、表面積１７．２ｃｍ２のＳＵＳ３０４ステンレス鋼製の試験片を６時間浸漬させた。浸漬させたときから６時間が経過したとき、この試験片をその水溶液から取り出し、試験片の溶解量を求めた。この溶解量は、その水溶液に６時間浸漬させた後における、単位表面積当たりの試験片の重量から、その水溶液に浸漬する前での、単位表面積当たりのその試験片の重量を引いた値（重量）である。
【００３１】
その水溶液の鉄イオン濃度に対する試験片の溶解量の変化を、図７に示す。そのシュウ酸、塩酸及び塩化物イオンを含む水溶液では、浸漬された試験片の母材は、鉄イオン濃度が０．００７ｍｏｌ／Ｌ（０．７ｍＭ）を超えると溶解が抑制され、鉄イオン濃度が０．０１０ｍｏｌ／Ｌ以上になると著しく溶解しなくなることが分かった。浸漬された試験片の母材の溶解を促進させるためには、シュウ酸及び塩素を含む水溶液の鉄イオン濃度を０．００７ｍｏｌ／Ｌ以下にすることが望ましい。
【００３２】
ＳＵＳ３０４に関して以上に述べた各特性は、ＳＵＳ３０４以外のオーステナイト系ステンレス鋼（例えば、ＳＵＳ３１６Ｌ）、マルテンサイト系ステンレス鋼及びフェライト系ステンレス鋼等の他のステンレス鋼においても同様に生じる。
【００３３】
以上の検討結果により、発明者らは、シュウ酸及び塩酸を含む水溶液を、放射性物質取り扱い施設の化学除染対象である、放射性核種を含む酸化皮膜が除去されたステンレス鋼部材に接触させることにより、シュウ酸単独及び塩酸単独のそれぞれではそのステンレス鋼部材を溶解させることができない場合であっても、ステンレス鋼部材の母材を溶解させることができることを新たに見出した。このため、ステンレス鋼部材から放射性核種をさらに除去することができる。
【００３４】
特に、塩酸及びシュウ酸を含む水溶液の塩酸濃度を、０．００６ｍｏｌ／Ｌ以上０．０７５ｍｏｌ／Ｌ以下の範囲に、好ましくは、０．００９ｍｏｌ／Ｌ以上０．０７５ｍｏｌ／Ｌ以下の範囲にすることにより、シュウ酸単独及び塩酸単独のそれぞれでは溶解できない濃度で、ＳＵＳ３０４ステンレス鋼の母材を溶解することができる。また、塩酸及びシュウ酸を含む水溶液のシュウ酸濃度を、０．０１０ｍｏｌ／Ｌ以上０．０７６ｍｏｌ／Ｌ以下の範囲にすることによって、シュウ酸単独では溶解できない濃度で、ＳＵＳ３０４ステンレス鋼の母材を溶解することができる。さらに、塩酸及びシュウ酸を含む水溶液の鉄イオン濃度を０．００７ｍｏｌ／Ｌ以下にすることにより、Ｓ３０４ステンレス鋼の母材の溶解を促進させることができ、その鉄イオン濃度を０．００７ｍｏｌ／Ｌよりも増加させることにより、Ｓ３０４ステンレス鋼の母材の溶解を抑制することができる。さらに、塩酸及びシュウ酸を含む水溶液の鉄イオン濃度を０．０１０ｍｏｌ／Ｌ以上にすることにより、ＳＵＳ３０４ステンレス鋼の母材の溶解が実質的になくなる状態を実現することができる。
【００３５】
好ましくは、塩酸及びシュウ酸を含む水溶液を用いてステンレス鋼部材の母材を溶解させる場合には、その水溶液の塩酸濃度を０．００９ｍｏｌ／Ｌ以上０．０７５ｍｏｌ／Ｌ以下の範囲にし、シュウ酸濃度を、０．０１０ｍｏｌ／Ｌ以上０．０７６ｍｏｌ／Ｌ以下の範囲にし、その水溶液の鉄イオン濃度を０．００７ｍｏｌ／Ｌ以下にすることが望ましい。
【００３６】
シュウ酸のみを含む水溶液でもシュウ酸濃度を高くすると、図５に示すように、ＳＵＳ３０４ステンレス鋼の母材を溶解することができる。しかし、二次放射性廃棄物を低減するためには、還元除染後にシュウ酸を分解する必要があり、シュウ酸濃度が高くなるほどシュウ酸の分解に要する時間が長くなる。このため、還元除染に用いる、シュウ酸及び塩酸を含む水溶液（還元除染水溶液）のシュウ酸濃度の上限は、０．０７６ｍｏｌ／Ｌにすることが望ましい。
【００３７】
さらに、塩酸のみを含む水溶液の塩酸濃度を高くすると、図４に示すように、ＳＵＳ３０４ステンレス鋼の母材を溶解することができる。しかしながら、二次放射性廃棄物を低減するためには、添加した塩酸は回収する必要がある。二次放射性廃棄物となる塩酸の回収量を低減するためにも、還元除染に用いる、シュウ酸及び塩酸を含む水溶液の塩酸濃度の上限は、０．０７５ｍｏｌ／Ｌにすることが望ましい。
【００３８】
以上の検討結果を反映した本発明の実施例を以下に説明する。
【実施例１】
【００３９】
本発明の好適な一実施例である実施例１の原子力プラントの構造部材であるステンレス鋼部材に適用した化学除染方法を、図１、図２及び図３を用いて説明する。本実施例の化学除染方法は、沸騰水型原子力発電プラント（ＢＷＲプラント）の、ステンレス鋼部材であるステンレス鋼製の再循環系配管に適用される。
【００４０】
このＢＷＲプラントの概略構成を、図２を用いて説明する。ＢＷＲプラント１は、原子炉２、タービン９、復水器１０、再循環系、原子炉浄化系及び給水系等を備えている。原子炉２は、蒸気発生装置であり、炉心４を内蔵する原子炉圧力容器(以下、ＲＰＶという)３を有し、ＲＰＶ３内で炉心４を取り囲む炉心シュラウド（図示せず）の外面とＲＰＶ３の内面との間に形成される環状のダウンカマ内に複数のジェットポンプ５を設置する。炉心４には多数の燃料集合体（図示せず）が装荷されている。燃料集合体は、核燃料物質で製造された複数の燃料ペレットが充填された複数の燃料棒を含んでいる。
【００４１】
再循環系は、ステンレス鋼製の再循環系配管（第１配管）６、及び再循環系配管６に設置された再循環ポンプ７を有する。給水系は、復水器１０とＲＰＶ３を連絡する給水配管１１に、復水ポンプ１２、復水浄化装置（例えば、復水脱塩器）１３、低圧給水加熱器１４、給水ポンプ１５及び高圧給水加熱器１６を、復水器１０からＲＰＶ３に向って、この順に設置して構成されている。高圧給水加熱器１６及び低圧給水加熱器１４に接続されたドレン水回収配管２６が、復水器１０に接続される。原子炉浄化系は、再循環系配管６と給水配管１１を連絡する炭素鋼製の浄化系配管１８に、浄化系ポンプ１９、再生熱交換器２０、非再生熱交換器２１及び炉水浄化装置２２をこの順に設置している。浄化系配管１８は、再循環ポンプ７の上流で再循環系配管６に接続される。弁２３は再循環系配管６と浄化系配管１８の接続点と浄化系ポンプ１９の間でその接続点に近い位置で浄化系配管１８に設けられ、弁２４は再生熱交換器２０と非再生熱交換器２１の間で非再生熱交換器２１に近い位置で浄化系配管１８に設けられる。原子炉２は、原子炉建屋（図示せず）内に配置された原子炉格納容器２５内に設置されている。
【００４２】
ＲＰＶ３内の冷却水（以下、炉水という）は、再循環ポンプ７で昇圧され、再循環系配管６を通ってジェットポンプ５内に噴出される。ダウンカマ内でジェットポンプ５のノズルの周囲に存在する炉水も、ジェットポンプ５内に吸引されて炉心４に供給される。炉心４に供給された炉水は、燃料棒内の核燃料物質の核分裂で発生する熱によって加熱され、その一部が蒸気になる。この蒸気は、ＲＰＶ３から主蒸気配管８を通ってタービン９に導かれ、タービン９を回転させる。タービン９に連結された発電機（図示せず）が回転し、電力が発生する。タービン９から排出された蒸気は、復水器１０で凝縮されて水になる。この水は、給水として、給水配管１１を通りＲＰＶ３内に供給される。給水配管１１を流れる給水は、復水ポンプ１２で昇圧され、復水浄化装置１３で不純物が除去され、給水ポンプ１５でさらに昇圧される。給水は、低圧給水加熱器１４及び高圧給水加熱器１６で加熱されてＲＰＶ３内に導かれる。抽気配管１７でタービン９から抽気された抽気蒸気が、低圧給水加熱器１４及び高圧給水加熱器１６にそれぞれ供給され、給水の加熱源となる。
【００４３】
再循環系配管６内を流れる炉水の一部は、浄化系ポンプ１９の駆動によって浄化系配管１８内に流入し、再生熱交換器２０及び非再生熱交換器２１で冷却された後、炉水浄化装置２２で浄化される。浄化された炉水は、再生熱交換器２０で加熱されて浄化系配管１８及び給水配管１１を経てＲＰＶ３内に戻される。
【００４４】
本実施例の化学除染方法では、化学除染装置３０が用いられ、この化学除染装置３０が、図２に示すように、ＢＷＲプラントの再循環系配管６に接続される。
【００４５】
化学除染装置３０の詳細な構成を、図３を用いて説明する。
【００４６】
化学除染装置３０は、循環配管（第２配管）３１、サージタンク３２、加熱器３３、循環ポンプ３４，３５、酸化除染剤注入装置３６、還元除染剤注入装置４１、ｐＨ調整剤注入装置４６、塩酸注入装置５１、酸化剤供給装置５６、冷却器６１、カチオン交換樹脂塔（陽イオン交換樹脂塔）６２、混床樹脂塔６３及び分解装置６４を備えている。
【００４７】
開閉弁６５、循環ポンプ３５、弁６６，６９及び７４、サージタンク３２、循環ポンプ３４、弁７７及び開閉弁７８が、上流よりこの順に循環配管３１に設けられている。弁６６をバイパスして両端が循環配管３１に接続される配管６８には、冷却器６１及び弁６７が設置される。両端が循環配管３１に接続されて弁６９をバイパスする配管７１に、カチオン交換樹脂塔６２及び弁７０が設置される。両端が配管７１に接続されてカチオン交換樹脂塔６２及び弁７０をバイパスする配管７３に、混床樹脂塔６３及び弁７２が設置される。カチオン交換樹脂塔６２は陽イオン交換樹脂を充填しており、混床樹脂塔６３は陽イオン交換樹脂及び陰イオン交換樹脂を充填している。
【００４８】
弁７５及び弁７５よりも下流に位置する分解装置６４が設置される配管７６が、弁７４をバイパスして循環配管３１に接続される。分解装置６４は、内部に、例えば、ルテニウムを活性炭の表面に添着した０．５％Ｒｕ担持活性炭触媒を充填している。サージタンク３２が弁７４と循環ポンプ３４の間で循環配管３１に設置される。加熱器３３がサージタンク３２内に配置される。弁７９が設けられた配管８０の一端部が弁７７と循環ポンプ３４の間で循環配管３１に接続され、配管８０の他端部がサージタンク３２に接続される。
【００４９】
酸化除染剤注入装置３６が、薬液タンク３７、注入ポンプ３８及び注入配管３９を有する。薬液タンク３７は、注入ポンプ３８及び弁４０を有する注入配管３９によって配管８０に接続される。酸化除染剤である過マンガン酸の水溶液が、薬液タンク３７内に充填される。
【００５０】
還元除染剤注入装置４１が、薬液タンク４２、注入ポンプ４３及び注入配管４４を有する。薬液タンク４２は、注入ポンプ４３及び弁４５を有する注入配管４４によって配管８０に接続される。還元除染剤であるシュウ酸の水溶液が薬液タンク４２内に充填される。
【００５１】
注入配管３９，４４及び５４が、サージタンク３２から弁７９に向かってその順番で、サージタンク３２と弁７９の間で配管８０に接続される。
【００５２】
塩酸注入装置５１が、薬液タンク５２、注入ポンプ５３及び注入配管５４を有する。薬液タンク５２は、注入ポンプ５３及び弁５５を有する注入配管５４によって配管８０に接続される。塩酸水溶液が薬液タンク５２内に充填される。
【００５３】
ｐＨ調整剤注入装置４６が、薬液タンク４７、注入ポンプ４８及び注入配管４９を有する。薬液タンク４７は、注入ポンプ４８及び弁５０を有する注入配管４９によって循環配管３１に接続される。注入配管４９は、弁７７と開閉弁７８の間で循環配管３１に接続される。ｐＨ調整剤であるヒドラジンの水溶液（ヒドラジン水溶液）が、薬液タンク４７内に充填されている。
【００５４】
酸化剤供給装置５６が、薬液タンク５７、供給ポンプ５８及び供給配管５９を有する。薬液タンク５７は、供給ポンプ５８及び弁６０を有する供給配管５９によって弁７５よりも上流で配管７６に接続される。酸化剤である過酸化水素が薬液タンク５７内に充填される。酸化剤としては、オゾンを溶解した水溶液を用いてもよい。
【００５５】
ｐＨ計８１が、注入配管４９と循環配管３１の接続点と開閉弁７８の間で循環配管３１に取り付けられる。
【００５６】
ＢＷＲプラント１は、１つの運転サイクルでの運転が終了した後に停止される。この運転停止後に、炉心４に装荷されている燃料集合体の一部が使用済燃料集合体として取り出され、燃焼度０ＧＷｄ／ｔの新しい燃料集合体が炉心４に装荷される。このような燃料交換が終了した後、ＢＷＲプラント１が、次の運転サイクルでの運転のために再起動される。燃料交換のためにＢＷＲプラント１が停止されている期間を利用して、ＢＷＲプラント１の保守点検が実施される。
【００５７】
上記のようにＢＷＲプラント１の運転が停止されている期間中において、ＢＷＲプラント１におけるステンレス鋼部材の一つである、ＲＰＶ１２に連絡されるステンレス鋼製の配管系、例えば、再循環系配管６を対象にした、本実施例の化学除染方法が実施される。
【００５８】
本実施例の化学除染方法を、図１に示す手順に基づいて以下に説明する。本実施例の化学除染方法では、化学除染装置３０が用いられる。
【００５９】
まず、配管系に化学除染装置を接続する（ステップＳ１）。ＢＷＲプラント１の運転が停止されているときに、化学除染装置３０が、化学除染対象であるステンレス鋼製の配管系、例えば、再循環系配管６に接続される。具体的には、循環配管３１の開閉弁６５側の一端部が、再循環ポンプ７よりも下流で再循環系配管６、例えば、再循環系配管６に接続された枝管（例えば、計装配管などを切り離した枝管）に接続される。さらに、浄化系配管１８に設置された弁２３のボンネットを開放して浄化系ポンプ１９側を封鎖する。化学除染装置３０の循環配管３１の開閉弁７８側の他端部が弁２３のフランジに接続される。参加除染液及び還元除染液等のＲＰＶ３内への流入を防止するために、再循環系配管６の両端部がそれぞれプラグ（図示せず）で封鎖される。このため、再循環系配管６及び循環配管３１を含む閉ループが形成される。
【００６０】
化学除染対象の配管系及び化学除染装置内に存在する水の昇温を実施する（ステップＳ２）。まず、化学除染装置３０に設けられた弁のうち弁４０，４５，５０，５５及び６０を閉じ、これらの弁以外の全ての弁を開いて化学除染装置３０の循環配管３１を通して化学除染対象の再循環系配管６内に純水が供給され、やがて、化学除染装置３０及び再循環系配管６の内部が純水で満たされる。これらの内部が純水で満たされた後、開閉弁６５，弁６６，６９，７４及び７７、及び開閉弁７８のそれぞれが開いて他の弁が閉じられた状態で、循環ポンプ３４及び３５を駆動する。そして、加熱器３３によって、サージタンク３２内の水を加熱する。その閉ループ内を循環する純水が、加熱器３３による加熱により、８０℃以上１００℃未満の温度範囲内の、例えば、９０℃になったとき、弁７９を開いて循環配管３１内を流れる一部の純水を配管８０内に導く。
【００６１】
酸化除染を実施する（ステップＳ３）。酸化除染剤注入装置３６の弁４０を開いて注入ポンプ３８を駆動し、薬液タンク３７の過マンガン酸水溶液を、注入配管３９を通して配管８０内を流れる９０℃の純水に注入する。この過マンガン酸水溶液は、配管８０よりサージタンク３２内に導かれ、酸化除染水溶液（酸化除染液）として、循環配管３１から再循環系配管６に供給される。再循環系配管６に供給される過マンガン酸水溶液の過マンガン酸濃度が０．００１ｍｏｌ／Ｌ〜０．００４ｍｏｌ／Ｌ（０．００１ｍｏｌ／Ｌ以上０．００４ｍｏｌ／Ｌ以下）の範囲内の、例えば、０．００３ｍｏｌ／Ｌになるように、注入ポンプ３８の回転速度（または弁４０の開度）を制御して注入配管３９から配管８０への注入される過マンガン酸水溶液の注入量が調節される。
【００６２】
再循環系配管６において、過マンガン酸濃度が０．００３ｍｏｌ／Ｌで９０℃の過マンガン酸水溶液に含まれる過マンガン酸イオンの作用により、再循環系配管６の内面に形成された酸化皮膜に含まれるクロム酸化物が溶解される。さらに、再循環系配管６に設けられた機器である再循環ポンプ７（図示せず）は、ステンレス鋼製のケーシング及びこのケーシング内に配置されたステンレス鋼製のインペラ（図示せず）を含んでいる。再循環ポンプ７のケーシング及びインペラもステンレス鋼部材である。再循環系配管６内を流れる過マンガン酸水溶液は、そのケーシングの炉水と接触する内面、及びインペラの炉水と接触する表面にそれぞれ形成された酸化皮膜に含まれるクロム酸化物を溶解する。過マンガン酸水溶液は、循環配管３１及び再循環系配管６を含む閉ループ内を循環しながら、再循環系配管６の内面に対する酸化除染、及び再循環ポンプ７の、ケーシングの内面及びそのインペラの表面に対する酸化除染を実施する。過マンガン酸水溶液の再循環系配管６への通水時間は４時間〜６時間の範囲であり、この時間範囲内で、再循環系配管６の内面に対する酸化除染が行われる。過マンガン酸水溶液の再循環系配管６への供給が開始されてから、例えば、６時間が経過したとき、再循環系配管６の内面への酸化除染が終了する。
【００６３】
酸化除染が終了した後、酸化除染剤の分解が実施される（ステップＳ４）。再循環系配管６の内面への酸化除染が終了したとき、注入ポンプ３８を停止して弁４０を閉じる。そして、還元除染剤注入装置４１の弁４５を開いて注入ポンプ４３を駆動する。薬液タンク４２内のシュウ酸水溶液を、注入配管４４を通して配管８０内を流れる９０℃の過マンガン酸水溶液に注入する。循環配管３１内を流れる過マンガン酸水溶液のシュウ酸濃度が過マンガン酸水溶液の過マンガン酸濃度の７倍になるように、シュウ酸水溶液を薬液タンク４２から配管８０に注入する。シュウ酸を含む過マンガン酸水溶液は、配管８０からサージタンク３２内に導かれ、循環配管３１及び再循環系配管６を含む閉ループを循環する。シュウ酸を含む過マンガン酸水溶液に含まれる過マンガン酸イオンは、シュウ酸によってマンガンイオンと二酸化炭素に分解される。循環配管３１内を流れるシュウ酸を含む過マンガン酸水溶液が、循環配管３１に設けられた採水装置（図示せず）から、適宜、採取される。採取されたその水溶液の色が、紫色から透明または薄黄色に変わったとき、その水溶液に含まれる過マンガン酸（酸化除染剤）の分解が終了する。
【００６４】
還元除染において酸化皮膜の溶解を実施する（ステップＳ５）。酸化除染剤の分解工程が終了した後、弁７０を開いて弁６９の開度を一部減少させ、循環配管３１内を流れる水溶液を配管７１によりカチオン交換樹脂塔６２に供給する。カチオン交換樹脂塔６２から排出された水溶液は、循環配管３１に戻され、サージタンク３２に達する。ステップＳ４の工程（酸化除染剤の分解工程）における配管８０へのシュウ酸水溶液の供給は、還元除染の工程である酸化皮膜の溶解工程（ステップＳ５）でも継続して実施される。還元除染剤注入装置４１の薬液タンク４２から配管８０へのシュウ酸水溶液の注入は、還元除染水溶液（還元除染液）として、サージタンク３２及び循環配管３１から再循環系配管６に供給されるシュウ酸水溶液（シュウ酸を含み塩酸を含まない水溶液）のシュウ酸濃度が０．０１０ｍｏｌ／Ｌ以上０．０７６ｍｏｌ／Ｌ以下の範囲内の、例えば、０．０３０ｍｏｌ／Ｌになるように、注入ポンプ４３の回転速度（または弁４５の開度）を制御して注入配管４４から配管８０への注入されるシュウ酸水溶液の注入量が調節される。
【００６５】
循環配管３１内を流れる、シュウ酸濃度が０．０３０ｍｏｌ／Ｌで９０℃のシュウ酸水溶液（シュウ酸を含み塩酸を含まない水溶液）のｐＨが２．５になるように、ｐＨ調整剤注入装置４６の薬液タンク４７内のヒドラジン水溶液が、注入配管４９を通して循環配管３１に注入される。そのシュウ酸水溶液のｐＨの２．５への調節は、ｐＨ計８１で測定されたシュウ酸水溶液のｐＨ値に基づいた注入ポンプ４８の回転速度（または弁５０の開度）の制御により、循環配管３１へのヒドラジン水溶液の注入量を調節することによって行われる。
【００６６】
循環ポンプ３４，３５が駆動されているので、シュウ酸濃度が０．０３０ｍｏｌ／Ｌでヒドラジンを含みｐＨが２．５の、９０℃のシュウ酸水溶液が、循環配管３１から再循環系配管６に供給され、再循環系配管６内を流れる際に再循環ポンプ７内を通過する。このシュウ酸水溶液が再循環系配管６の内面に形成された酸化皮膜、及びケーシングの炉水と接触する内面、及びインペラの炉水と接触する表面にそれぞれ形成された酸化皮膜に接触することにより、鉄酸化物及び放射性核種を含むそれらの酸化皮膜が溶解されて再循環系配管６の内面、ケーシングの内面及びインペラの表面から除去される。このような還元除染は、そのシュウ酸溶液を循環配管３１及び再循環系配管６を含む閉ループを循環させることによって行われる。
【００６７】
再循環系配管６から循環配管３１に戻されたシュウ酸水溶液は、酸化除染で溶解したＣｒイオン、及び還元除染で溶解した鉄イオン及び放射性核種等の金属陽イオンを含んでいる。シュウ酸水溶液が配管７１を通してカチオン交換樹脂塔６２に供給されるため、それらの金属陽イオンは、カチオン交換樹脂塔６２内の陽イオン交換樹脂に吸着されて除去される。このため、還元除染中におけるシュウ酸水溶液の鉄イオン濃度の上昇が抑制され、再循環系配管６の還元除染が促進される。
【００６８】
再循環系配管６の外部に設置された放射線検出器によって再循環系配管６から放出される放射線を検出し、放射線検出器の出力信号に基づいて求められた線量率が、第１設定線量率よりも低下したとき、再循環系配管６の酸化皮膜の溶解（還元除染）が終了する。シュウ酸水溶液の再循環系配管６への供給が開始されてから６時間が経過したときに、その還元除染を終了してもよい。
【００６９】
還元除染剤の分解工程を実施する（ステップＳ６）。再循環系配管６の母材の溶解が終了した後、ヒドラジンを含むシュウ酸水溶液に含まれているシュウ酸及びヒドラジン（ｐＨ調整剤）の分解は、以下のように行われる。弁７５を開いて弁７４の開度を一部減少させ、弁６９と弁７０を通過した、ヒドラジンを含むシュウ酸水溶液は、配管７６により分解装置６４に供給される。このとき、薬液タンク５７内の過酸化水素が、供給ポンプ５８の駆動により、供給配管５９及び配管７６を通して分解装置６４に供給される。シュウ酸水溶液に含まれるシュウ酸及びヒドラジンは、分解装置６４内で、活性炭触媒及び供給された過酸化水素の作用により分解される。分解装置６４内でのシュウ酸及びヒドラジンの分解反応は、式（１）及び式（２）で表される。
【００７０】
（ＣＯＯＨ）2＋Ｈ2Ｏ2  →  ２ＣＯ2＋２Ｈ2Ｏ         ……（１）
Ｎ2Ｈ4＋２Ｈ2Ｏ2  →  Ｎ2＋４Ｈ2Ｏ                  ……（２）
シュウ酸及びヒドラジンの分解装置６４内での分解は、ヒドラジンを含むシュウ酸水溶液を循環配管３１及び再循環系配管６を含む閉ループ内を循環させながら行われる。供給した過酸化水素が、シュウ酸及びヒドラジンの分解のために分解装置６４で完全に消費されて、分解装置６４から流出しないように、薬液タンク５７から分解装置６４への過酸化水素の供給量を、供給ポンプ５８の回転速度を制御して調節する。シュウ酸及びヒドラジンが分解装置６４ないで分解されている間も、ヒドラジンを含むシュウ酸水溶液はカチオン交換樹脂塔６２に供給され、その水溶液に含まれる陽イオンが、カチオン交換樹脂塔６２内の陽イオン交換樹脂により除去される。
【００７１】
循環配管３１内を流れる、ヒドラジンを含むシュウ酸水溶液は、前述の採水装置により循環配管３１から採取される。採取されたその水溶液のシュウ酸濃度が、イオンクロマトグラフなどの分析装置で分析される。分析の結果得られたシュウ酸濃度が設定濃度（例えば、０．０００１ｍｏｌ／Ｌ）以下になったとき、シュウ酸及びヒドラジンの分解が終了したと判定する。シュウ酸濃度が０．０００１ｍｏｌ／Ｌ以下になったとき、その水溶液に含まれるヒドラジンは、既に全量が分解されている。
【００７２】
還元除染剤及びｐＨ調整剤が分解された水溶液の浄化を実施する（ステップＳ７）。シュウ酸及びヒドラジンの分解が終了した後、弁６７を開いて弁６６を閉じ、弁７２を開いて弁６９及び７０を閉じる。シュウ酸及びヒドラジンが分解された水溶液、すなわち、塩酸及び微量のシュウ酸を含む水溶液の、加熱器３３による加熱が停止される。この水溶液が、冷却器６１で冷却されて温度を例えば６０℃に調節され、混床樹脂塔６３に供給される。その水溶液に残留している陰イオン、陰イオンの金属イオン、クロム酸イオン（ＣｒＯ４−）及びシュウ酸イオン（（ＣＯＯ）２−２）が、混床樹脂塔６３内の陰イオン交換樹脂に吸着され除去される。さらに、その水溶液に残留する陽イオンが、混床樹脂塔６３内の陽イオン交換樹脂に吸着されて除去される。採水装置で循環配管３１から採取した水溶液の電気伝導率を測定し、測定された電気伝導率が所定の電気伝導率（例えば、１ｍＳ／ｍ）以下になったときに、ステップＳ７の浄化工程を終了する。
【００７３】
もし、浄化工程（ステップＳ７）の終了後、再循環系配管６の線量率の低下が不十分である場合には、ステップＳ３〜Ｓ７の各工程を、順番に、再度、実施する。
【００７４】
化学除染対象の配管系の母材を溶解する（ステップＳ８）。浄化工程（ステップＳ７）が終了後では、循環配管３１及び再循環系配管６を含む閉ループ、及び配管８０内には、実質的に、９０℃の水が流れる。その浄化工程終了後に、弁６６及び６９を開いて弁６７及び７２を閉じる。塩酸注入装置５１の薬液タンク５２から配管８０への塩酸水溶液が注入される。さらに、還元除染剤注入装置４１の薬液タンク４２から配管８０へのシュウ酸水溶液の注入は、弁４５を開いて注入ポンプ４３を駆動することにより行われる。
【００７５】
塩酸注入装置５１の弁５５を開いて注入ポンプ５３が駆動され、薬液タンク５２の塩酸水溶液が、注入配管５４を通して配管８０内を流れる９０℃の水に注入される。注入されたシュウ酸水溶液及び塩酸水溶液が配管８０からサージタンク３１に導かれ、サージタンク３１内で混合されて塩酸を含むシュウ酸水溶液が生成される。生成された塩酸を含む９０℃のシュウ酸水溶液の塩酸濃度は、０．００６ｍｏｌ／Ｌ以上０．０７５ｍｏｌ／Ｌ以下の範囲内の、例えば、０．０２０ｍｏｌ／Ｌであり、そのシュウ酸水溶液のシュウ酸濃度は０．０３０ｍｏｌ／Ｌである。この塩酸を含むシュウ酸水溶液に含まれるシュウ酸は、還元除染剤である。塩酸を含むシュウ酸水溶液は、ヒドラジン（ｐＨ調整剤）を注入しないため、このヒドラジンを含んでいなく、ｐＨは１．４〜１．７の範囲内である。サージタンク３２内の塩酸を含むシュウ酸水溶液は、循環配管３１を経て再循環系配管６に供給される。再循環系配管６内において、塩酸を含む９０℃のシュウ酸水溶液は、前述の酸化皮膜の溶解工程で酸化皮膜が除去された、再循環系配管６の内面、及びケーシングの内面及びインペラの表面のそれぞれに接触する。その水溶液に含まれるシュウ酸及び塩酸の作用により、再循環系配管６の内面、及び機器である再循環ポンプ７のケーシングの内面及びインペラの表面のそれぞれの、ステンレス鋼の結晶粒界に存在する放射性核種が除去される。塩酸を含むシュウ酸水溶液を循環配管３１及び再循環系配管６を含む閉ループを循環させながら、そのような再循環系配管６の母材表面、ケーシングの母材内面及びインペラの母材表面のそれぞれの溶解が継続して行われる。
【００７６】
採水装置により循環配管３１から、適宜、採取された水溶液に含まれる鉄イオンの濃度を、原子吸光光度計などの分析装置で測定し、その水溶液の鉄イオン濃度を監視する。再循環系配管６の線量率が高く、再循環系配管６の母材の溶解を促進させる場合には、弁７０を開いて弁６９の開度を減少させてカチオン交換樹脂塔６２に供給する塩酸を含むシュウ酸水溶液の流量を増加させ、カチオン交換樹脂塔６２による鉄の除去量を増加させてそのシュウ酸水溶液の鉄イオン濃度を０．００７ｍｏｌ／Ｌ以下に減少させる。シュウ酸水溶液の鉄イオン濃度が０．００７ｍｏｌ／Ｌよりも減少するほど、再循環系配管６の母材の溶解の度合いが増大する。また、再循環系配管６の母材の溶解を低減させる場合には、弁６９の開度を増大させる、場合によっては、弁７０の開度を減少させることによって、カチオン交換樹脂塔６２に供給する塩酸を含むシュウ酸水溶液の流量を減少させる。このため、塩酸を含むシュウ酸水溶液による再循環系配管６の母材の溶解に伴って、その水溶液の鉄濃度が増加し、鉄イオン濃度が０．００７ｍｏｌ／Ｌを超えると、その母材の溶解が抑制される。その鉄イオン濃度が０．０１０ｍｏｌ／Ｌ以上になると、その母材の溶解が実質的になくなる。このように、弁６９の開度の増減及び弁７０の開度の増減により、カチオン交換樹脂塔６２に供給する塩酸を含むシュウ酸水溶液の流量を増減することができ、再循環系配管６、ケーシング及びインペラのそれぞれの母材の溶解を制御することができる。
【００７７】
放射線検出器によって再循環系配管６から放出される放射線を検出し、放射線検出器の出力信号に基づいて求められた線量率が、前述の第１設定線量率よりも低い第２設定線量率よりも低下したとき、再循環系配管６の母材の溶解が終了する。塩酸を含むシュウ酸水溶液の再循環系配管６への供給が開始されてから６時間が経過したときに、その母材の溶解を終了してもよい。
【００７８】
還元除染剤の分解工程を実施する（ステップＳ９）。ステップＳ８の母材の溶解工程が終了した後、塩酸を含むシュウ酸水溶液は、ステップＳ６の還元除染剤の分解工程と同様に、分解装置６４に供給され、塩酸を含むシュウ酸水溶液に含まれるシュウ酸が、分解装置６４内で、活性炭触媒及び過酸化水素の作用により分解される。ステップＳ９の工程においても、塩酸を含むシュウ酸水溶液がカチオン交換樹脂塔６２に供給され、この水溶液に含まれる陽イオンがカチオン交換樹脂塔６２で除去される。ステップＳ９の工程で塩酸を含むシュウ酸水溶液のシュウ酸濃度が０．０００１ｍｏｌ／Ｌ以下になったとき、ステップＳ９における還元除染剤の分解工程が終了する。
【００７９】
還元除染剤が分解された水溶液の浄化を実施する（ステップＳ１０）。還元除染剤の分解工程（ステップＳ９）が終了した後、塩酸を含む９０℃のシュウ酸水溶液が、実質的に、塩酸及び微量のシュウ酸を含む６０℃の水溶液になり、この塩酸及び微量のシュウ酸を含む６０℃の水溶液が、ステップＳ７と同様に、混床樹脂塔６３に供給される。その水溶液に含まれる塩化物イオン、陰イオンの金属イオン、塩素イオン（Ｃｌ−）、及びシュウ酸イオン（（ＣＯＯ）２−２）が、混床樹脂塔６３内の陰イオン交換樹脂に吸着され除去される。その水溶液に残留する陽イオンは、混床樹脂塔６３内の陽イオン交換樹脂に吸着され除去される。その水溶液の電気伝導率が所定の電気伝導率（例えば、１ｍＳ／ｍ）以下になったときに、ステップＳ１０の浄化工程を終了する。
【００８０】
化学除染装置内の水溶液を冷却する（ステップＳ１１）。浄化工程（ステップＳ１０）が終了した後、再循環系配管６、及び化学除染装置３０の循環配管３１等の内部に存在する水溶液を、循環ポンプ３４，３５の駆動により、循環配管３１及び再循環系配管６を含む閉ループを循環させながら、冷却器６１によって常温になるまで冷却する。循環する水溶液の温度が常温になったとき、循環ポンプ３４，３５の駆動を停止して、ポンプ（図示せず）を有する高圧ホース（図示せず）により循環配管３１と廃液処理装置（図示せず）を接続する。再循環系配管６及び循環配管３１内に残存する、放射性廃液である常温の水溶液は、そのポンプを駆動して循環配管３１から高圧ホースを通して廃液処理装置（図示せず）に排出され、廃液処理装置で処理される。再循環系配管６及び循環配管３１内の水溶液が排出された後、洗浄水を再循環系配管６及び循環配管３１内に供給し、循環ポンプ３４，３５を駆動してこれらの配管内を洗浄する。洗浄終了後、再循環系配管６及び循環配管３１内の洗浄水を、上記の廃液処理装置に排出する。
【００８１】
化学除染装置を配管系から取り外す（ステップＳ１２）。ステップＳ１〜Ｓ８の各工程が実施された後、化学除染装置３０が再循環系配管６から取り外され、再循環系配管６が復旧される。再循環系配管６の両端部をそれぞれ封鎖している各プラグも取り外される。炉心４内の燃料集合体の交換作業、及びＢＷＲプラント１の保守点検が終了した後、ＢＷＲプラント１が起動され、次の運転サイクルでのＢＷＲプラント１の運転が行われる。
【００８２】
本実施例によれば、シュウ酸及び塩酸を含む水溶液を、化学除染対象である、例えば、ステンレス鋼製の再循環系配管の還元除染が終了した内面に接触させるため、シュウ酸単独及び塩酸単独のそれぞれでは再循環系配管６の母材を溶解させることができない場合であっても、再循環系配管の母材を溶解させることができる。このため、その還元除染により鉄酸化物及び放射性核種を含む酸化皮膜が除去されて線量率が低下した再循環系配管６からさらに放射性核種を除去することができ、再循環系配管６の線量率をさらに低減することができる。
【００８３】
本実施例で用いるシュウ酸及び塩酸を含む水溶液の塩酸濃度（０．０２０ｍｏｌ／Ｌ）が０．００６ｍｏｌ／Ｌ以上０．０７５ｍｏｌ／Ｌ以下の範囲内にあるため、シュウ酸単独及び塩酸単独のそれぞれでは再循環系配管６の母材を溶解できない塩酸濃度の領域でも、再循環系配管６の母材をさらに溶解することができ、再循環系配管６の線量率をさらに低減することができる。さらに、シュウ酸及び塩酸を含むその水溶液の塩酸濃度が０．００９ｍｏｌ／Ｌ以上０．０７５ｍｏｌ／Ｌ以下の範囲内にあるため、再循環系配管６の母材の溶解量をさらに増大させることができ、再循環系配管６の線量率をさらに低減することができる。
【００８４】
０．０１０ｍｏｌ／Ｌ以上０．０７６ｍｏｌ／Ｌ以下の範囲内の濃度のシュウ酸及び０．００９ｍｏｌ／Ｌ以上０．０７５ｍｏｌ／Ｌ以下の範囲内の濃度の塩酸を含む水溶液を用いて再循環系配管６の母材の溶解を実施するので、シュウ酸単独、及び塩酸単独それぞれでは再循環系配管６の母材を溶解できないシュウ酸濃度及び塩酸濃度の領域でも、再循環系配管６の母材をさらに溶解することができ、再循環系配管６の線量率をさらに低減できる。
【００８５】
シュウ酸及び０．００６ｍｏｌ／Ｌ以上０．０７５ｍｏｌ／Ｌ以下の範囲内の濃度の塩酸を含む水溶液を用いて再循環系配管６の母材を溶解するとき、その水溶液の鉄イオン濃度を０．００７ｍｏｌ／Ｌ以下の範囲内の濃度にすることによって、再循環系配管６の母材の溶解を促進させることができる。この鉄イオン濃度は、カチオン交換樹脂塔６２に供給する塩酸を含むシュウ酸水溶液の流量を制御することによって調節することができる。
【００８６】
本実施例では、再循環系配管６の内面に形成された鉄酸化物及び放射性核種を含む酸化皮膜の溶解時に用いられるシュウ酸水溶液の温度を維持した状態で、塩酸を含むシュウ酸溶液を用いた再循環系配管６の母材の溶解に移行するため、再循環系配管６の母材の溶解に用いられる塩酸を含むシュウ酸溶液の昇温操作及び減温操作が不要になり、ステップＳ５Ａ及びＳ５Ｂの各工程を含む還元除染に要する時間を短くすることができる。
【００８７】
本実施例では、シュウ酸水溶液を用いた鉄酸化物及び放射性核種を含む酸化皮膜の溶解、及び再循環系配管６の母材の溶解を、一台の化学除染装置３０を用いて実施することができる。
【００８８】
本実施例は、加圧水型原子力発電プラント（ＰＷＲプラント）の、原子炉容器に連絡されるステンレス鋼製の配管等のステンレス鋼部材、及び核燃料再処理施設の等のステンレス鋼部材等の放射性物質取り扱い施設の等のステンレス鋼部材にも適用できる。
【実施例２】
【００８９】
本発明の好適な他の実施例である実施例２の化学除染方法を、図１及び図８を用いて説明する。本実施例の化学除染方法は、廃止措置の対象である原子力発電プラントの解体によって発生したステンレス鋼製の、例えば、再循環系配管の切断片に適用される。
【００９０】
本実施例で用いられる化学除染装置３０は、実施例１で用いられる化学除染装置３０と同じ構造を有すると共に、除染容器８２を有している。本実施例で用いられる化学除染装置３０では、図８に示すように、循環配管３１の両端部が除染容器８２に接続されている。再循環系配管６の複数の切断片８３が除染容器８２内に配置され、その後、除染容器８２が密封される。
【００９１】
そして、本実施例では、実施例１で実施されたステップＳ２〜Ｓ８の各工程が実施される。
【００９２】
除染容器８２を含む化学除染装置３０内に純水を充填し、この純水を、例えば、９０℃になるまで加熱器３３で加熱する（ステップＳ２）。具体的には、その純水は、循環配管３１及び除染容器８２等内に充填される。酸化除染剤注入装置３６から過マンガン酸水溶液を配管８０に注入し、９０℃の過マンガン酸水溶液を循環配管３１から除染容器８２に供給して、除染容器８２内の複数の切断片８３の酸化除染を実施する（ステップＳ３）。酸化除染が終了した後、過マンガン酸（酸化除染剤）が分解され（ステップＳ４）、過マンガン酸の分解が終了した後、除染容器８２内の複数の切断片８３に形成されている、鉄酸化物及び放射性核種を含む酸化皮膜が、ヒドラジンを含むシュウ酸水溶液によって溶解される（ステップＳ５Ａ）。なお、ステップＳ３の工程において過マンガン酸水溶液が、ステップＳ５Ａの工程においてシュウ酸水溶液が、除染容器８２及び循環配管３１を含む閉ループ内を循環する。ステップＳ５Ａの工程が終了した後、塩酸を含むシュウ酸水溶液がその閉ループ内を循環し、除染容器８２内の複数の切断片８３の表面、特に、内面を溶解する（ステップＳ５Ｂ）。塩酸を含むシュウ酸水溶液として、実施例１と同様に、０．０２０ｍｏｌ／Ｌの塩酸、０．０３０ｍｏｌ／Ｌのシュウ酸、及びヒドラジンを含みｐＨが２．５の、９０℃のシュウ酸水溶液が用いられる。
【００９３】
そして、実施例１と同様に、ステップＳ５Ｂの工程が終了した後、還元除染剤の分解工程（ステップＳ６）、水溶液の浄化工程（ステップＳ７）及び水溶液の冷却工程（ステップＳ８）が順次実施され、再循環系配管６の複数の切断片８３に対する化学除染が終了する。化学除染が終了した後、除染容器８２の蓋（図示せず）が開けられ、化学除染が実施された、再循環系配管６の複数の切断片８３が、除染容器８２から取り出される。
【００９４】
本実施例は、実施例１で生じる各効果を得ることができる。さらに、本実施例は、ＢＷＲプラント１から取り外されたステンレス鋼製の配管等のステンレス鋼部材に対する、母材の溶解を含む化学除染を実施することができる。
【００９５】
実施例１及び２で用いられる化学除染装置３０として、弁７９を有する配管８０を除去し、酸化除染剤注入装置３６、還元除染剤注入装置４１、及び塩酸注入装置５１のそれぞれの注入配管を、化学除染装置３０と同じ順番で、循環ポンプ３４と弁７７の間で循環配管３１に接続した化学除染装置を用いてもよい。
【００９６】
本実施例は、廃止措置の対象であるＰＷＲプラントの解体によって発生したステンレス鋼部材、ＢＷＲプラント及びＰＷＲプラントの補修作業時においてそれぞれのプラントから除去されたステンレス鋼製の配管等のステンレス鋼部材、及び核燃料再処理施設のステンレス鋼製の配管及び機器等の放射性物質取り扱い施設の補修作業時においてその施設から除去されたステンレス鋼製の配管等のステンレス鋼部材にも適用することができる。
【符号の説明】
【００９７】
１…沸騰水型原子力発電プラント、２…原子炉、３…原子炉圧力容器、４…炉心、６…再循環系配管、９…タービン、１１…給水配管、１８…浄化系配管、３０…化学除染装置、３１…循環配管、３３…加熱器、３４，３５…循環ポンプ、３６…酸化除染剤注入装置、３７，４２，４７，５２，５７…薬液タンク、３８，４３，４８，５３…注入ポンプ、４１…還元除染剤注入装置、４６…ｐＨ調整剤注入装置、５１…塩酸注入装置、５６…酸化剤供給装置、５８…供給ポンプ、６１…冷却器、６２…カチオン交換樹脂塔（陽イオン交換樹脂塔）、６３…混床樹脂塔、６４…分解装置、５６…酸化剤供給装置、５８…供給ポンプ、８２…除染容器。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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