(57)【要約】【課題】放射性廃棄物の廃棄物処分容器に生じる微小な腐食を検出することができ、埋設環境の温度や圧力に対応して継続してモニタリングすることができる腐食モニタリングセンサ及び腐食深さ算出システム並びに金属腐食速度算出システムを提供すること。【解決手段】腐食モニタリングセンサ１０は、地表から所定深さの地中Ｇに埋設する測定対象金属材料Ｗの腐食深さの状態を、作用極１、対極２及び参照極３を用いて電気化学測定法によりモニタリングするための腐食モニタリングセンサであって、前記作用極を、前記測定対象金属材料と同じ金属材料で形成された測定対象金属板とし、前記対極を、白金板とし、前記参照極を、炭素板又はグラファイト板とし、前記作用極と、対極と、参照極とのそれぞれの板表面が同一平面上で地中に露出するように耐熱性樹脂４に埋め込んで配置した構成にした【選択図】図２
2015180856.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地表から所定深さの地中に埋設する測定対象金属材料の腐食深さの状態を、作用極、対極及び参照極を用いて電気化学測定法によりモニタリングするための腐食モニタリングセンサであって、
前記作用極を、前記測定対象金属材料と同じ金属材料で形成された測定対象金属板とし、前記対極を、白金板とし、前記参照極を、炭素板又はグラファイト板とし、
前記作用極と、対極と、参照極とのそれぞれの板表面が同一平面上で地中に露出するように耐熱性樹脂に埋め込んで配置したことを特徴とする腐食モニタリングセンサ。
【請求項２】
前記耐熱性樹脂が芳香族ポリエーテルであることを特徴とする請求項１に記載の腐食モニタリングセンサ。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の腐食モニタリングセンサを用いて測定対象金属材料の腐食深さの状態を測定する腐食深さ算出システムであって、
前記腐食モニタリングセンサからの電流を測定する無抵抗電流計と、前記腐食モニタリングセンサからの電位を測定する電位計と、を有する腐食測定装置と、
前記腐食測定装置で所定間隔時間において測定した作用極と対極間の電流値及び作用極と参照極間の電位値に基づいて、前記作用極の腐食深さを算出する算出装置と、を備え、
前記算出装置は、電気化学ノイズ法によって前記作用極の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、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、前記孔食体積を前記孔食面積で除することにより、前記測定対象金属材料の腐食深さとなる孔食の深さを算出することを特徴とする腐食深さ算出システム。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載の腐食モニタリングセンサを用いて測定対象金属材料の腐食速度の状態を測定する腐食速度算出システムであって、
前記腐食モニタリングセンサからの電流を測定する無抵抗電流計と、前記腐食モニタリングセンサからの電位を測定する電位計と、を有する腐食測定装置と、前記腐食測定装置で所定間隔時間において測定した作用極と対極間の電流値及び作用極と参照極間の電位値に基づいて、前記作用極の腐食速度を算出する算出装置と、を備え、
前記算出装置は、交流インピーダンス法によって求められた作用極の分極抵抗と換算係数との関係から作用極の腐食電流を算出し、算出した腐食電流により予め設定された腐食速度算出式に基づいて、作用極と同種の前記測定対象金属材料の腐食速度を求めることを特徴とする腐食速度算出システム。
【請求項５】
前記測定対象金属材料が放射性廃棄物の廃棄物処分容器であり、前記作用極は前記廃棄物処分容器と同じ金属材料で形成されていることを特徴とする請求項３に記載の腐食深さ算出システム。
【請求項６】
前記測定対象金属材料が放射性廃棄物の廃棄物処分容器であり、前記作用極は前記廃棄物処分容器と同じ金属材料で形成されていることを特徴とする請求項４に記載の腐食速度算出システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地中に埋設する測定対象金属材料の腐食発生状況をモニタリングするための腐食モニタリングセンサ及び腐食深さ算出システムに係り、特に、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等の局部腐食を検知するための腐食モニタリングセンサ並びに腐食深さ算出システム及び金属腐食速度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。
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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、腐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腐食は、通常、他の対象物では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、どれほど微小な腐食（その中でも特に処分容器の遮蔽性に影響を与えるおそれが大きい孔食）であっても見逃すことはできない。
【０００５】
また、前述の様に放射性廃棄物の廃棄物処分容器に穴あきの原因となる孔食が発生しない十分な配慮がなされた地下の埋設環境において、廃棄物処分容器が必要十分な時間にわたって放射性廃棄物の閉じ込め性を確保した状態を担保できるかを推算することが求められる。そのために、廃棄物処分容器が事前の実験室での検討結果から算出した腐食速度と同等の速度で腐食が進展しているかを確認することは、安全性の観点から非常に重要である。
【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。
なお、腐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。
【０００７】
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、腐食による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、徐々に形成されるような損傷となる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腐食の深さについては算出することができない。
【０００８】
そのため、従来、特許文献３に記載されているように、前記の問題を解消し、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腐食による食孔を検出する装置、およびシステムが提案されている。
なお、測定対象となる廃棄物処分容器は、放射性物質を収納して地層処分（深部地下に埋設すること）される方法が計画されている。したがって、廃棄物処分容器の候補材料は、想定される地層処分の環境において長期的な腐食挙動の評価が必要となる。そのため、廃棄物処分容器の候補材料について、電気化学的観点から腐食挙動のモニタリングが試みられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特表２００９−５４４００８号公報
【特許文献２】特開２００６−２５０８２３号公報
【特許文献３】特開２０１２−１５００７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、従来の特許文献３に記載されている腐食モニタリングセンサの構成では、現実的には、地層処分となる対象金属材料である廃棄物処分容器を埋め込む環境において設置することが困難で、継続してモニタリングをすることが難しい場合があった。また、腐食モニタリングセンサは、参照極として、Ａｇ／ＡｇＣｌ電極を用いている。そのため、電極の構成上超長期にわたり埋設環境下で想定される温度や圧力に対応して安定的な性能を維持することが困難であった。
【００１１】
本発明は、前記した問題点に鑑み創案されたもので、埋設処理される処分容器等に生じる微小な腐食（孔食）深さ検出することができ、埋設環境の温度や圧力に対応して安定的に継続してモニタリングすることができる腐食モニタリングセンサ並びに腐食深さ算出システム及び金属腐食速度算出システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記課題を達成するために本発明に係る腐食モニタリングセンサでは、以下のような構成とした。
すなわち、腐食モニタリングセンサは、地表から所定深さの地中に埋設する測定対象金属材料の腐食深さの状態を、作用極、対極及び参照極を用いて電気化学測定法によりモニタリングするための腐食モニタリングセンサであって、前記作用極を、前記測定対象金属材料と同じ金属材料で形成された測定対象金属板とし、前記対極を、白金板とし、前記参照極を、炭素板又はグラファイト板とし、前記作用極と、対極と、参照極とのそれぞれの板表面が同一平面上で地中に露出するように耐熱性樹脂に埋め込んで配置した構成にした。
【００１３】
かかる構成により、腐食モニタリングセンサは、地中に埋設される環境において、作用極、対極、参照極のそれぞれの板表面が同一平面となるように耐熱性樹脂に埋め込まれた状態で、地中に設置される。腐食モニタリングセンサは、各極の板表面が同一平面とした状態で地中に露出して設置され、かつ、対極を白金板とし、参照極を炭素板又はグラファイト板として経年変化の影響を最小限としている。したがって、腐食モニタリングセンサは、作用極となる測定対象金属板の微小な変化に伴う電流及び電位の値を、超長期にわたって安定した状態でモニタリングすることができる。
【００１４】
また、前記腐食モニタリングセンサにおいて、前記耐熱性樹脂が、芳香族ポリエーテルであることが好ましい。
かかる構成により、腐食モニタリングセンサは、作用極、対極、参照極を固定する耐熱性樹脂が芳香族ポリエーテルであることで、耐熱性および対放射線性にも優れ、超長期で測定するときの測定精度を確保できる。なお、芳香族ポリエーテルにおいてポリエーテルエーテルケトンであることがより好ましい。
【００１５】
また、前記課題を達成するために前記した腐食モニタリングセンサを用いて測定対象金属材料の腐食深さの状態を測定する腐食深さ算出システムであって、前記腐食モニタリングセンサからの電流を測定する無抵抗電流計と、前記腐食モニタリングセンサからの電位を測定する電位計と、を有する腐食測定装置と、前記腐食測定装置で所定間隔時間において測定した作用極と対極間の電流値及び作用極と参照極間の電位値に基づいて、前記作用極の腐食深さを算出する算出装置と、を備え、前記算出装置は、電気化学ノイズ法によって前記作用極の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、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、前記孔食体積を前記孔食面積で除することにより、前記測定対象金属材料の前記腐食深さを算出する構成とした。
【００１６】
さらに、前記した腐食モニタリングセンサを用いて測定対象金属材料の腐食速度の状態を測定する腐食速度算出システムであって、前記腐食モニタリングセンサからの電流を測定する無抵抗電流計と、前記腐食モニタリングセンサからの電位を測定する電位計と、を有する腐食測定装置と、前記腐食測定装置で所定間隔時間において測定した作用極と対極間の電流値及び作用極と参照極間の電位値に基づいて、前記作用極の腐食速度を算出する算出装置と、を備え、前記算出装置は、交流インピーダンス法によって求められた作用極の分極抵抗と換算係数との関係から作用極の腐食電流を算出し、算出した腐食電流により予め設定された腐食速度算出式に基づいて、作用極と同種の前記測定対象金属材料の腐食速度を求めることとしても構わない。
【００１７】
かかる構成により、腐食深さ算出システムは、所定間隔時間において作用極の変化を示す電流値及び電位値を無抵抗電流計及び電位計で計測し、その計測した値を算出装置に送り、算出装置において送られてきた値に基づいて、電気化学ノイズ法及び交流インピーダンス法の電気化学測定法により作用極の腐食深さを算出している。腐食深さ算出システムは、地中に埋設した測定対象金属材料と同じ環境に設置されている作用極の腐食深さを算出することで、その腐食深さを測定対象金属材料の腐食深さと推定して測定対象金属材料の超長期にわたる微小な腐食状態を測定することができる。
また、腐食速度算出システムにより、前記した腐食モニタリングセンサを用いて、作用極の分極抵抗Ｒｐと換算係数Ｋとの関係から作用極の腐食速度を測定することで、その作用極と同種の金属容器の腐食速度を測定することができる。
【００１８】
また、前記腐食深さ算出システム及び腐食速度算出システムにおいて、前記測定対象金属材料が放射性廃棄物の廃棄物処分容器であり、前記作用極は前記廃棄物処分容器と同じ金属材料で形成されている構成とした。
かかる構成により、腐食深さ算出システム及び腐食速度算出システムでは、地層処分のような地中深く埋設される環境における廃棄物処分容器について同じ金属材料で作用電極を形成していることから、廃棄物処分容器の腐食発生状況を算出することが可能となる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係る腐食モニタリングセンサ及び腐食深さ算出システムは、以下に示すような優れた効果を奏するものである。
腐食モニタリングセンサは、耐熱性樹脂に埋め込まれているため、地中環境において、超長期（少なくとも数年から数十年単位）であっても、作用極、対極、参照極のそれぞれの板表面の同一平面の位置関係が保たれ、また、対極を白金板とし、参照極を炭素板又はグラファイト板としているので、経年変化に強く、作用極となる測定対象金属板の微小な変化に伴う電流及び電位の値を正確にモニタリングすることが可能となる。
【００２０】
腐食深さ算出システムは、腐食モニタリングセンサから正確な電流及び電位の値を受け取り、電気化学ノイズ法及び交流インピーダンス法により精度よく作用極の腐食深さを算出することで、実際の測定対象金属材料の腐食深さを超長期にわたって精度よくモニタリングすることが可能となる。
腐食速度算出システムは、作用極の分極電極と換算係数との関係から、作用極の状態を、実際の測定対象金属材料の腐食速度として算出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係る腐食深さ算出システムの全体を模式的に示す模式図である。
【図２】本発明に係る腐食深さ算出システムに使用される腐食モニタリングセンサの全体を模式的に示す斜視図である。
【図３】本発明に係る腐食深さ算出システムの構成を模式的に示す模式図である。
【図４】本発明に係る腐食深さ算出システムの腐食深さ算出装置の構成を模式的に示すブロック図である。
【図５】本発明に係る腐食深さ算出システムの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６】本発明に係る腐食深さ算出システムの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７】本発明に係る腐食深さ算出システムで使用される交流インピーダンス法において、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る。
【図８】本発明に係る腐食深さ算出システムで使用される交流インピーダンス法において、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９】本発明に係る腐食モニタリングセンサを実施例で使用した実験状態を示す模式図である
【図１０】本発明に係る腐食深さ算出システムで算出する金属材料に発生する腐食反応を示す等価回路の回路図である。
【図１１】本発明に係る腐食深さ算出システムで使用する腐食モニタリングセンサの実施例における交流インピーダンスプロットを示すグラフ図である。
【図１２】本発明に係る腐食深さ算出システムで使用する腐食モニタリングセンサの実施例において対象となる炭素鋼の自然電位を示すグラフ図である。
【図１３】本発明に係る腐食速度算出システムの腐食速度算出装置の構成を模式的に示すブロック図である。
【図１４】本発明に係る腐食速度算出システムで使用する腐食モニタリングセンサの形状で、ベントナイト中に埋め込み１８０日後のＣｏｌｅ−Ｃｏｌｅプロットを示すグラフ図である。
【図１５】本発明に係る腐食速度算出システムで使用する腐食モニタリングセンサにおいて、ベントナイト中に埋め込み１８０日間の電位データを示すグラフ図である。
【図１６】本発明に係る腐食モニタリングセンサを用いたベントナイト中での１８０日間の炭素鋼の腐食速度データを示すグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明に係る腐食深さ算出システム及び腐食モニタリングセンサについて、図面を参照して説明する。なお、各図において各構成は模式的に示して相対的な大きさや寸法等につて、分かり易くするために部分的に誇張して記載している場合がある。
【００２３】
図１から図３に示すように、腐食深さ算出システムＳＴは、腐食モニタリングセンサ１０を用いて、測定対象金属材料としての廃棄物処分容器Ｗ等の経年変化における腐食深さを、作用極１の腐食深さを測定することで推定するものである。この腐食深さ算出システムＳＴは、腐食モニタリングセンサ１０と、腐食測定装置８と、腐食深さ算出装置（算出装置）９とを備えている。腐食深さ算出システムＳＴは、腐食モニタリングセンサ１０でモニタリングした信号を腐食測定装置８で受け、得られる作用極１の電流信号や電位信号等の測定データを、腐食深さ算出装置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。
【００２４】
図２及び図３に示すように、腐食モニタリングセンサ１０は、作用極１と、対極２と、参照極３とを耐熱性樹脂４に埋め込んで構成されている。この腐食モニタリングセンサ１０は、測定する対象となる地中Ｇに埋設された廃棄物処分容器Ｗと同じ条件（地中深さ、温度、圧力等）となる位置に埋設される。
腐食モニタリングセンサ１０の作用極１は、測定対象金属材料である例えば廃棄物処分容器Ｗと同じ成分の金属材料で形成され、ここでは、炭素鋼で形成されている。作用極１は、直方体形状（板形状：測定対象金属板）に形成されており、一例として、縦が１０ｍｍ、横が１ｍｍで、厚みが５ｍｍに形成されている。そして、作用極１は、板厚方向において耐熱性樹脂４に埋め込まれて設置されている。さらに、作用極１は、耐熱性樹脂４の中央側に埋め込まれてその板表面１ａが露出するように設置されている。この作用極１の一端側に配線が接続され腐食測定装置８と電気的に接続されるように構成されている。なお、作用極１の配線は、腐食測定装置８の電位計６及び無抵抗電流計７に接続されている。
【００２５】
対極２は、参照極３とともに、作用極１の電流及び電位の変化を測定するものである。この対極２は、貴金属である白金で直方体形状（板形状）に形成され、作用極１と短絡しない距離となるように耐熱性樹脂４に板厚方向において埋め込まれて設置されている。対極２は、一例として、縦が１０ｍｍ、横が１ｍｍで、厚みが５ｍｍに形成されている。そして、対極２は、耐熱性樹脂４に埋め込まれて板表面２ａが露出するように設置されている。また、対極２は、一端側に配線が接続され腐食測定装置８と電気的に接続されるように構成されている。なお、対極２の配線は、腐食測定装置８の無抵抗電流計７に接続されている。
【００２６】
参照極３は、炭素又はグラファイトで直方体形状（板形状）に形成され、作用極１と短絡しない距離となるように耐熱性樹脂４に板厚方向において埋め込まれて設置されている。この参照極３は、一例として、縦が１０ｍｍ、横が１ｍｍで、厚みが５ｍｍに形成されている。そして、参照極３は、耐熱性樹脂４に埋め込まれて板表面３ａが露出するように設置されている。また、参照極３は、一端側に配線が接続され腐食測定装置８と電気的に接続されるように構成されている。なお、参照極３の配線は、腐食測定装置８の電位計６に接続されている。
【００２７】
そして、作用極１と、対極２と、参照極３とは、それぞれの板表面１ａ〜３ａが同一平面となるように耐熱性樹脂４に埋め込まれて設置されている。なお、作用極１、対極２及び参照極３は、ここでは、大きさが同じ寸法で形成され、高さを揃えた位置で、耐熱性樹脂４に埋め込まれている。
【００２８】
耐熱性樹脂４は、作用極１と、対極２と参照極３とを埋め込んでその埋め込んだ位置を超長期にわたって維持でき、耐熱性を備えている樹脂である。この耐熱性樹脂４は、例えば、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等の芳香族ポリエーテルであり、地中Ｇの深い位置で超長期に設置されても劣化が少ないものが好ましい。さらに、ＰＥＥＫのような耐熱性および耐放射線性に優れた材料が好ましい。なお、ＰＥＥＫは、２５０℃の耐熱温度を備えている。また、耐熱性樹脂４は、その一端側に配管５が接続されている。この配管５は、作用極１、対極２、参照極３に接続している配線が挿通されるものである。
【００２９】
以上のように構成された腐食モニタリングセンサ１０は、地中Ｇに埋設されても、各極１〜３の板表面１ａ〜３ａが地中Ｇに同一平面で露出した状態となる。つまり、腐食モニタリングセンサ１０は、測定の対象となる廃棄物処分容器Ｗの地中Ｇに埋設した状態と同等の高温及び高圧等の環境であっても、各極１〜３の位置を安定的に維持して地中Ｇに配置して、かつ、精度よく作用極１からの電流信号及び電位信号を腐食測定装置８に送ることができる。
【００３０】
図３に示すように、腐食測定装置８は、腐食モニタリングセンサ１０から送られて来た電気信号及び電位信号を測定して腐食深さ算出装置９に送るものである。腐食測定装置８で行われる測定は、放射性廃棄物の廃棄物処分容器Ｗの腐食モニタリングを間接的に行っていることになる。この腐食測定装置８は、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、本発明に係る腐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（ｚｅｒｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ 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。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、作用極１（廃棄物処分容器Ｗと同じ金属材料）と対極２間の電流値、および、作用極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、腐食深さ算出装置９に出力するようなものであればよい。
【００３１】
図４に示すように、腐食深さ算出装置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、腐食測定装置８からの電流信号、電位信号により作用極１の腐食深さを測定する。この腐食深さ算出装置９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。なお、腐食深さ算出装置９では、電気化学ノイズ法及び交流インピーダンス法を使用している。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。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。
【００３２】
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（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇ 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。なお、腐食深さ算出装置９は、算出した値をグラフや表等として表示装置Ｍ（図１参照）に表示するように接続される構成としている。
【００３３】
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。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。
【００３４】
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〔腐食〕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：図５参照）になるまでの電流信号を体積算出手段９０４に出力する。さらに、判別手段９０３は、所定値を外部のキーボード等の入力部Ｎ（図１参照）より設定できるようになっている。また、判別手段９０３は、定常値を外部の入力部Ｎ（図１参照）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。
【００３５】
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（腐食部分）の体積を算出する手段である。体積算出手段９０４は、後記する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ている。電気化学ノイズ法による電流信号の測定は、後記する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、腐食深さ算出装置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、分解能が悪くなり微小な腐食量（電流）の変化が検知できなくなり、孔食発生の検知や体積の算出が困難になるからである。
【００３６】
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５、図６の１０００〜１１００秒の付近）。図５に示すように、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。ここで、作用極１として炭素鋼を用いている場合は、炭素鋼がイオンとして溶出する点、炭素鋼の原子量（ｇ／ｍｏｌ）、および、炭素鋼の密度（ｇ／ｃｍ３）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／炭素鋼の溶出するイオン量［ｍｏｌ／Ｃ］）×（１／２）×炭素鋼の原子量［ｇ／ｍｏｌ］×（炭素鋼の密度［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。なお、以下では、孔食と腐食とを同等の意味とし説明する。
【００３７】
ここで、図５に示すように、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、設定されている作用極１の面積に対して予め特定されている値を一覧表として準備して使用することとしてもよい。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。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。
【００３８】
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、所定時刻を外部の入力部Ｎ（図１参照）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）信号を金属材料である作用極１に出力する手段である。
【００３９】
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測定された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。
【００４０】
面積算出手段９０９は、第２記憶手段９０８から出力された測定された正弦波電流（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。面積算出手段９０９は、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。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である作用極１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。
【００４１】
また、交流インピーダンス法による測定は、体積算出手段９０４において、孔食が発生したと検知したときに信号が送られ、その信号から数分経過後に（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。なお、交流インピーダンス法では、異なる周波数の信号を作用極１に送ることで、インピーダンススペクトルの測定を行っている。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。
【００４２】
しかし、放射性廃棄物の廃棄物処分容器Ｗ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、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。
【００４３】
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。
交流インピーダンス法は、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。
【００４４】
交流インピーダンス法は、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を変化させながら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７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８に示すようなボード線図を得ることができる。
【００４５】
ここで、金属材料に発生する腐食反応を表す回路を、図１０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、キャパシタとしての電気二重層容量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（図７）およびボード線図（図８）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。
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。
【００４６】
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、文献や環境に沿っ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。
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。
【００４７】
つまり、測定対象全体の面積において、孔食の面積と孔食以外の面積の比がｘ：ｙであったとすれば、孔食発生後のキャパシタの容量は孔食発生前のｙ／（ｘ＋ｙ）倍、抵抗は、孔食発生前の（ｘ＋ｙ）／ｙ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。
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（孔食の可能性になる金属の部分）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。
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。
【００４８】
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。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腐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。
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。
【００４９】
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）表示装置Ｍ等（図１参照）に出力する手段である。ここで、表示装置Ｍ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。
【００５０】
腐食深さ算出装置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。
【００５１】
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判別手段９０３が計測する数分経過後に、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。
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。
【００５２】
さらに、腐食深さ算出装置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、前記した腐食深さ算出装置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、腐食深さ算出装置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、腐食深さ算出装置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。
【００５３】
次に、本発明に係る腐食深さ算出システムＳＴにより行われる腐食深さ算出方法について説明する。
腐食深さ算出方法では、腐食深さ算出システムＳＴを使用して、電気化学ノイズ法および交流インピーダンス法を用いて腐食深さ（孔食深さ）を算出している。具体的には、腐食深さ算出方法では、腐食モニタリングセンサ１０及び腐食測定装置８でモニタリングした電流信号及び電位信号を使用して、腐食深さ算出装置９の体積算出手段９０４により行われる体積算出工程と、面積算出手段９０９による面積算出工程と、深さ算出手段９０５による深さ算出工程と、により腐食深さを算出している。
【００５４】
測定の対象となる廃棄物処分容器Ｗは、地中Ｇに埋設される。そして、腐食モニタリングセンサ１０は、埋設された廃棄物処分容器Ｗと同じ条件の地中Ｇに埋設される。つまり、腐食モニタリングセンサ１０は、廃棄物処分容器Ｗと同じ地中深さでその近傍（例えば、１〜１０ｍ以内の範囲）に設置される。
腐食モニタリングセンサ１０は、例えば、０．１秒以上５秒以内の測定間隔で腐食測定装置８に対極２及び参照極３からの電気信号を送ると共に、予め設定された所定間隔で電位信号を腐食測定装置８に送るように設定されている。そして、腐食測定装置８から腐食深さ算出装置９に測定した電流信号及び電位信号が送られている。
【００５５】
腐食深さ算出装置９は、ここでは、測定した電流信号が判別手段９０３で予め設定されていた閾値よりも大きくなった時に、判別手段９０３から体積算出手段９０４に制御信号が出され、その制御信号に基づいて、体積算出手段９０４が体積算出工程を行う。体積算出手段９０４での体積算出行程では、図５で示すように、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を示す波形との間のなす面積を算出し、深さ算出手段９０５に送る。
【００５６】
面積算出手段９０９は、体積算出手段９０４から体積を算出したことの信号を受け取ると（面積算出手段９０９から体積算出手段９０４に信号を送ることができる構成とすると共に、体積算出手段９０４から時刻通知手段９０６に信号を送ることができる構成とする場合）、例えば時刻通知手段９０６を介して、電位信号を作用極１に印加し、連続する２回の交流インピーダンス法により孔食面積を算出する面積算出工程を行う。そして、面積算出手段９０９で算出した孔食面積は、深さ算出手段９０５に送られる。深さ算出手段９０５は、体積算出手段９０４からの体積の値と、面積算出手段９０９からの面積の値と、を用いて孔食の深さを算出する深さ算出工程を行う。つまり、深さ算出手段９０５では、孔食の体積を孔食の面積で除することにより、孔食の深さを算出している。
【００５７】
なお、本発明の腐食深さ算出方法によると、孔食（腐食）の体積と面積とから孔食（腐食）の深さを算出しているので、形状に関わりなく孔食の深さが算出できる。そして、ここで算出した孔食の深さは、作用極１の状態を示しているが、本来測定したい測定の対象である廃棄物処分容器Ｗの腐食深さ（孔食深さ）として推定される。つまり、廃棄物処分容器Ｗは、作用極１と近い位置で同様の高圧及び高温の地中環境に設置されているため、作用極１の変化をもって推定することができる。そして、作用極１の孔食の深さの変化を時間に関連づけて推定できるので、廃棄物処分容器Ｗを実際の地中環境で設置したときの腐食速度についても推定できる。
【００５８】
前記した腐食深さ算出システムＳＴにおいて、作用極１と対極２間の電流値及び作用極１と参照極３間の電位値に基づいて、作用極１の腐食速度を算出する場合、交流インピーダンス法により行う構成としても構わない。なお、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、腐食速度等）を検知する方法である。したがって、既に説明した図１の腐食モニタリングセンサ１０では、腐食速度算出システムＳＴ１において、腐食速度算出装置１１から測定用信号（正弦波電位信号あるいは正弦波電流信号）が送られたときだけ、作用極１等を測定するように構成されている。
【００５９】
図１３に示すように、腐食速度算出装置（算出装置）１１は、図１の腐食深さ算出装置９と置き換えて設置され、交流インピーダンス法によって求められた作用極１の分極抵抗Ｒｐと、換算係数Ｋとの関係から作用極１の腐食電流を検出することにより、作用極１と同種の測定対象金属材料の腐食速度を算出する。
【００６０】
以下、腐食速度算出装置１１の構成を説明する。腐食速度算出装置１１は、少なくとも記憶手段と処理手段、入力または出力インターフェース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１１０１と、第１記憶手段１１０２と、電流検出手段１１０３と、分極抵抗算出手段１１０４と、腐食速度算出手段１１０５と、第２記憶手段１１０７と、時刻通知手段１１０６と、信号出力手段１１０８と、電位検出手段１１０９と、出力手段１１１０と、を備えている。
【００６１】
入力手段１１０１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を入力するインターフェースである。この入力手段１１０１に入力された測定データは、時刻情報が紐ずれられて、第１記憶手段１１０２および第２記憶手段１１０７に出力される。
【００６２】
第１記憶手段１１０２は、入力手段１１０１から入力された時刻情報と紐づけられた電流信号、電位信号等の測定データを記憶する手段である。この第１記憶手段１１０２は、例えば、メモリ、光ディスク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。第１記憶手段１１０２に記憶された測定データは、電流検出手段１１０３に出力される。
電流検出手段１１０３は、第１記憶手段１１０２からの測定データのうち電流信号を検出して分極抵抗算出手段１１０４に出力する。なお、電流検出手段１１０３では、信号出力手段１１０８から周波数の低い正弦波と周波数の高い正弦波が出力されることから、それぞれの正弦波により測定された電流信号を分極抵抗算出手段１１０４に出力している。
【００６３】
分極抵抗算出手段１１０４は、入力した電流信号のそれぞれから分極抵抗を算出する手段である。この分極抵抗算出手段１１０４は、図１４で示すような、コールコールプロットで通常用いられている半円形状にフィッティングが行われて値を示し、電極面積を考慮して分極抵抗（インピーダンス）が算出される。分極抵抗算出手段１１０４で算出された分極抵抗の値は、腐食速度算出手段１１０５に出力される。
【００６４】
腐食速度算出手段１１０５は、分極抵抗Ｒｐの値と換算係数Ｋとから腐食電流（ｉｃｏｒｒ＝Ｋ／Ｒｐ）を求め、求めた腐食電流（腐食電流密度）から作用極１の測定対象金属の腐食速度に換算することで、図１６に示すような腐食速度（腐食度合いと時間との関係）を算出している。この腐食速度算出手段１１０５は、分極抵抗Ｒｐが入力されると、予め設定されている換算係数Ｋを例えば０．０２６Ｖ（A. A. Sagues, Corrosion  91，No.141（1991））として用いて、腐食電流を求める。そして、求めた腐食電流からイオン化した金属量を求め腐食速度を算出している。
【００６５】
具体的には、測定した腐食電流を用いて作用極１の面積により腐食電流密度を算出し、（Ａ／９６５００）×｛Ｍ／（ρ×ｎ）｝×ｔ（式１）の腐食速度算出式を使用して腐食速度を算出している。なお、式１中Ａは腐食電流密度（Ａ／ｃｍ２）、Ｍは元素の物質量（ｇ／ｍｏｌ）、ρは元素の密度（ｇ／ｃｍ３）、ｎは元素Ｍの価数、ｔは時間（電流データに紐づけられた時刻情報）である。また、前記式１では、既存の腐食速度の換算に用いられる表のデータや、代表金属・合金の腐食速度換算係数が使用される（例えば、腐食防食協会編：材料環境学入門、丸善、ｐ272（1993））。
表腐食速度算出手段１１０５は、前記した式１の算出式を使用して、例えば、図１６に示すように、月単位、年単位等でどのくらい腐食が進むかを算出する。
【００６６】
時刻通知手段１１０６は、信号出力手段１１０８に所定時刻となった時に、正弦波電位信号を出力するように制御信号を出力すると共に、その制御信号を送った時刻情報を入力手段１１０１に出力する手段である。そして、時刻通知手段１１０６は、制御信号を出力する所定時刻を外部より設定できるようになっている。なお、時刻通知手段１１０６では、制御信号を出す場合に任意に設定できることから、例えば、予め設定した基準日より前では、時間の経過と共に制御信号を出力する時間の間隔を除所に長くするように開け、当該基準日以降は一定の周期で制御信号を出力するように設定することが望ましい。
【００６７】
第２記憶手段１１０７は、入力手段１１０１から入力された時刻情報と紐づけられた電流信号、電位信号等の測定データを記憶する手段である。この第２記憶手段１１０７は、例えば、メモリ、光ディスク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。第２記憶手段１１０７に記憶された測定データは、電位検出手段１１０９に出力される。
【００６８】
信号出力手段１１０８は、時刻通知手段１１０６から制御信号等の通知が入力された時に、予め設定された任意の周波数をもつ正弦波電位（または電流）信号を作用極１に出力する手段である。正弦波電位信号は高周波数と低周波数との少なくとも２つの周波数を出力するように構成されている。
【００６９】
電位検出手段１１０９は、第２記憶手段１１０７の測定データから電位信号を検出して出力手段１１１０に出力する。なお、ここでは、電位検出手段１１０９は、単独で電位信号を表示することや、あるいは、時刻情報により算出した腐食速度と対応づけて出力することもできる。
出力手段１１１０は、腐食速度および測定された作用極１の電位信号をモニタ等の表示手段に出力するインターフェースでる。
【００７０】
以上のように構成された腐食速度算出装置１１は、腐食速度算出システムＳＴ１に使用されて、次のような動作により腐食速度を算出している。
はじめに、図１に示すように、測定の対象となる廃棄物処分容器Ｗは、地中Ｇに埋設され、腐食モニタリングセンサ１０も、埋設された廃棄物処分容器Ｗと同じ条件の地中Ｇに埋設される。（例えば、廃棄物処分容器Ｗと腐食モニタリングセンサ１０は、同じ深さで、互いに１〜１０ｍ以内の範囲）に設置される。
【００７１】
腐食速度算出装置１１は、予め設定された間隔で時刻通知手段１１０６から制御信号が信号出力手段１１０８に送られ、信号出力手段１１０８から腐食モニタリングセンサ１０に正弦波電流信号等の測定用信号が出力される。この測定用信号は、例えば、測定初期段階では、ある程度時間間隔が短い間に測定用信号が送られ、時間が経過するに従って測定用信号を送る間隔を開けるようにここでは設定されている（例えば、２４時間で４回、その後１０日で５回、さらに１００日で５回、以後１００日で５回毎を繰り返し：つまり、予め設定した基準日までは、１日、１０日、１００日等の予め設定した単位日毎に測定回数を減らし、基準日以後は同じ周期で測定を繰り返すように設定する）。
【００７２】
腐食速度算出装置１１は、測定用信号が腐食モニタリングセンサ１０に送られてその測定用信号に基づいて測定された電流信号あるいは電位信号等の測定データを入力手段１１０１が受け取ると、時刻通知手段１１０６から送られて来た時刻情報と対応させて紐づけられる。そして、腐食速度算出装置１１は、時刻情報と紐づけられた測定データを第１記憶手段１１０２および第２記憶手段１１０７に記憶させる。腐食速度算出装置１１は、第１記憶手段１１０２に記憶した測定データから電流検出手段１１０３により電流信号を検出して分極抵抗算出手段１１０４に送り、分極抵抗を算出する。
【００７３】
分極抵抗算出手段１１０４では、図１４に示すように、複数の測定データを使用して、コールコールプロットを得る。そして、腐食速度算出装置１１は、求めた分極抵抗から腐食速度算出手段１１０５により、例えば、前記した式１を使用して、図１６に示すように、腐食速度を算出して、出力手段１１１０から図１に示すように、モニタ等の表示装置Ｍに出力する。このようにして、腐食速度算出装置１１を備える腐食速度算出システムＳＴ１では、作用極１の状態を測定することで、測定対象金属材料である、例えば、廃棄物処分容器Ｗの腐食速度を測定することが可能となる。
なお、腐食速度算出装置１１では、出力手段１１１０から、図１５に示すように、電位信号を出力することで、作用極１（測定対象金属材料）の金属表面状態の変化（異常）についてもモニタリングすることとしている。
【００７４】
＜実施例＞
次に、腐食モニタリングセンサ１０が実際に超長期で使用されたときに適しているか否かについて検証を行った。つまり、放射性廃棄物の廃棄物処分容器の長期腐食進展状況をモニタリング評価することを目的として、連続的にオンラインモニタリングが可能で、かつ埋設環境下で想定される圧力等に対応できるセンサについて、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。
【００７５】
（１）供試材
測定の対象となる金属材料である作用極１を炭素鋼（ＳＭ４００）、対極２を白金、参照極３を炭素とした。そして、耐熱性樹脂であるポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）に作用極１、対極２及び参照極３が短絡しないように板表面１ａ〜３ｃが同一平面となるように埋め込んで腐食モニタリングセンサ１０の形状とした（図２参照）。試験環境としてまずは腐食モニタリングセンサ１０の構成でも腐食モニタリングに必要な腐食電位および交流インピーダンスのデータ取得が可能かを確認するため、処分初期の高温を想定しＡｒ脱気した８０℃人工海水中で測定を行った。次に、実際の処分環境においてもこれらのデータ取得が可能かを確認するため、腐食モニタリングセンサ１０をＡｒ脱気した人工海水で膨潤させたベントナイトＢに埋め込んだ状態（図９参照）で測定を行った。
【００７６】
腐食モニタリングセンサ１０の形状で、想定した等価回路において、８０℃人工海水中で測定した交流インピーダンスプロットを図１１に示す。この等価回路においてＲｐを分極抵抗とした場合、分極抵抗Ｒｐは、半円形状にてフィッティングを行い、電極面積を考慮すると１５００Ω・ｃｍ２であった。ここで腐食速度（腐食電流icorr）は分極抵抗Ｒｐと次式（icorr＝Ｋ／Ｒｐ）の関係がある。Ｋは換算係数でSaguesらが示す０．０２６Ｖ（A. A. Sagues, Corrosion 91, No.141 (1991)）を用いた。測定結果から腐食電流を求めると１７μＡ／ｃｍ２となり、炭素鋼の腐食速度に換算すると０．２０ｍｍ／年となった。
【００７７】
図１２に示すように、腐食モニタリングセンサ１０の形状で測定した炭素鋼の自然電位を示す。測定開始から１０分で−７７７ｍＶ（vs.ＳＣＥ）となり、当該電位は同環境で測定した炭素鋼のアノード分極曲線において１９μＡ／ｃｍ２の電流密度となる電位である。この１９μＡ／ｃｍ２の電流密度の値から炭素鋼の腐食速度を求めると０．２２ｍｍ／年となり、短時間試験では海水中での炭素鋼の腐食速度（０．１ｍｍ／年）（腐食防食協会編：材料環境学入門，丸善，273(1993)）とオーダ的に一致した。したがって、この測定した値が、既存の値に対して桁違いで異なる値とはならなかったので、腐食モニタリングセンサ１０として適用できる可能性を確認した。
【００７８】
以上説明したように、腐食モニタリングセンサ１０及び腐食深さ算出システムＳＴでは、測定の対象となる金属材料（廃棄物処分容器Ｗ）と同等の地中環境に配置して使用しても超長期にわたって正確でかつ安定した測定を行うことができる。
なお、作用極１、対極２、参照極３は、対向している面積、つまり、耐熱性樹脂４に埋め込まれている側の面積が大きくなるように構成することで、板表面１ａ〜３ａに集まる電荷が増加しより好ましい。つまり、作用極１、対極２、参照極３は、横幅よりも奥行き方向が大きく構成されることでより精度が向上して超長期で微細な変化に対してもより有効な構成となる。
【００７９】
さらに、実際の放射性廃棄物の処分容器が埋設される環境を想定し、図２に示した腐食モニタリングセンサ１０が長期的、連続的に腐食速度算出システムにおいてオンラインモニタリングが可能かの検討を行った。
処分環境初期の高温を想定し、腐食モニタリングセンサ１０をＡｒ脱気した８０℃人工海水で膨潤させたベントナイトＢに埋め込んだ状態（図９参照）で測定を行った。
【００８０】
腐食モニタリングセンサ１０の形状で、想定した等価回路（図１０参照）において、８０℃人工海水中で測定した交流インピーダンスプロットの一例（測定開始から３日後）を図１４に示す。
図１４に示すように、この等価回路（図１０参照）においてＲｐを分極抵抗とした場合、分極抵抗Ｒｐは、半円形状にてフィッティングを行い、電極面積を考慮すると１５９１Ω・ｃｍ２ であった。ここで腐食速度（腐食電流icorr）は分極抵抗Ｒｐと次式（icorr＝Ｋ／Ｒｐ）の関係がある。Ｋは換算係数でSaguesらが示す０．０２６Ｖ（A. A. Sagues, Corrosion 91, No.141 (1991)）を用いた。測定結果から腐食電流を求めると１６μＡ／ｃｍ２となり、前記した式１等を用いて、炭素鋼の腐食速度に換算すると０．０２ｍｍ／年となった。
【００８１】
そして、前記した腐食電流を求めると共に、その後、試験開始から１８０日まで連続的にモニタリングを行い、７日、１４日、３０日、６０日、９０日、１８０日時点での８０℃人工海水中で測定した交流インピーダンスプロットを測定し、分極抵抗Ｒｐは半円形状にてフィッティングを行って腐食電流を求めて作用極１の面積を用いて腐食電流密度を算出し、さらにその腐食電流密度の値を用いて、前記した式１等から腐食速度に換算した。腐食電流の値を用いて腐食速度に換算した結果を図１６に示す。また、図１５に示すように、作用極１の電位と時間の関係が分かるデータも出力した。
【００８２】
さらに、既存の類似環境での報告例と同じく、図１６に示すように、試験期間の経過と共に腐食速度は低下する傾向を示した。また求められた腐食速度についても報告例（JAEA-Research 2006-051）とオーダ的に同程度であった。このことから、腐食速度算出装置１１において、実際の放射性廃棄物処分環境を考慮したベントナイトＢ中においても腐食モニタリングセンサ１０として適用できる可能性を確認した。
【符号の説明】
【００８３】
１      作用極
１ａ    板表面
２      対極
２ａ    板表面
３      参照極
３ａ    板表面
４      耐熱性樹脂
５      配管
６      電位計
７      無抵抗電流計
８      腐食測定装置
９      腐食深さ算出装置（算出装置）
１０    腐食モニタリングセンサ
１１    腐食速度算出装置（算出装置）
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  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
Ｂ      ベントナイト
Ｇ      地中
Ｍ      表示装置
Ｎ      入力部
Ｓ      算出システム
Ｗ      廃棄物処分容器
【図１】
2015180856.tif 000003
【図２】
2015180856.tif 000004
【図３】
2015180856.tif 000005
【図４】
2015180856.tif 000006
【図５】
2015180856.tif 000007
【図６】
2015180856.tif 000008
【図７】
2015180856.tif 000009
【図８】
2015180856.tif 000010
【図９】
2015180856.tif 000011
【図１０】
2015180856.tif 000012
【図１１】
2015180856.tif 000013
【図１２】
2015180856.tif 000014
【図１３】
2015180856.tif 000015
【図１４】
2015180856.tif 000016
【図１５】
2015180856.tif 000017
【図１６】
2015180856.tif 000018