(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子炉に使用される原子炉構造部材の製造方法であって、
前記原子炉構造部材の材料中に０．１〜１．５ｗｔ％のタンタルを含有させる材料調製工程と、
前記原子炉構造部材の所定の表面に酸性水溶液を接触させて、前記所定の表面側に酸化タンタルを含む酸化物を形成する酸化物形成工程と、
を実行する原子炉構造部材の製造方法。
【請求項２】
前記所定の表面は、前記原子炉構造部材が原子炉冷却材に接触する面である、
請求項１に記載の原子炉構造部材の製造方法。
【請求項３】
前記所定の表面は、前記原子炉構造部材が他部材との間で隙間を形成する面であり、前記隙間に原子炉冷却材が浸入する、
請求項１に記載の原子炉構造部材の製造方法。
【請求項４】
前記酸化物は、五酸化二タンタル（Ｔａ２Ｏ５）を含む酸化皮膜である、
請求項１に記載の原子炉構造部材の製造方法。
【請求項５】
前記原子炉構造部材は、原子炉制御棒を構成する部材であり、
前記所定の表面は、前記原子炉構造部材が前記原子炉制御棒を構成する他の部材との間で隙間を形成する面であり、
前記酸化物形成工程では、前記原子炉構造部材の所定の表面に酸性水溶液を接触させて、前記所定の表面側に五酸化二タンタル（Ｔａ２Ｏ５）を含む酸化皮膜を前記酸化物として形成する、
請求項１に記載の原子炉構造部材の製造方法。
【請求項６】
前記原子炉制御棒を構成する部材は、前記原子炉制御棒のシースであり、
前記他の部材は、前記原子炉制御棒の中性子吸収部材である、
請求項５に記載の原子炉構造部材の製造方法。
【請求項７】
前記酸化物は、前記所定の表面から少なくとも２ｎｍの層に形成される、
請求項１〜６のいずれか一項に記載の原子炉構造部材の製造方法。
【請求項８】
前記材料調製工程と前記酸化物形成工程の間では、０．１〜１．５ｗｔ％のタンタルを含む前記材料を所定の形状に加工する加工工程が実施される、
請求項１〜６のいずれか一項に記載の原子炉構造部材の製造方法。
【請求項９】
前記酸化物形成工程の次に、前記原子炉構造部材を前記原子炉へ装荷する、
請求項１〜６のいずれか一項に記載の原子炉構造部材の製造方法。
【請求項１０】
前記原子炉構造部材は、炭素鋼、ステンレス鋼、高ニッケル合金、ジルコニウム合金、コバルト基合金のうち少なくともいずれか一種以上の材料で製作される、
請求項１〜６のいずれか一項に記載の原子炉構造部材の製造方法。
【請求項１１】
原子炉に使用される原子炉構造部材の防食方法であって、
前記原子炉構造部材の材料中に０．１〜１．５ｗｔ％のタンタルを含有させ、
前記原子炉構造部材の所定の表面に酸性水溶液を接触させて、前記所定の表面側に酸化タンタルを含む酸化物を形成する、
原子炉構造部材の防食方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子炉構造部材の製造方法、防食方法および原子炉構造部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
水溶液中に存在する金属部材同士が近接または接触して隙間を形成する部位（以下、「隙間部」とも呼ぶ）では、金属部材に接触する水溶液中の酸素が消費されるため、酸素が豊富に存在する隙間外と酸素が消費される隙間内とで酸素濃淡電池が形成される。酸素濃淡電池は、酸素濃度の高い部位と酸素濃度の低い部位とが電気化学的に閉回路を形成する現象である。この酸素濃淡電池の形成により、隙間内表面は隙間外表面よりも腐食反応が進行しやすい状態となることがある。
【０００３】
原子炉内には、ステンレス鋼製の機器や構造部材が配置されている。これら機器や構造部材によって、隙間部が形成される。この隙間部の近傍において、機器や構造部材に接している原子炉冷却材（以下、冷却材）へ放射線が照射され、冷却材中に酸素や過酸化水素などの酸化剤が生成されると、腐食反応の進行しやすい環境になる。
【０００４】
例えば、沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）の炉心内に挿入されて原子炉出力を制御する原子炉制御棒は、冷却材である水に接しているとともに、隙間部を有する場合がある。さらに、原子炉制御棒は、その供用中には常に放射線の照射場におかれるので、隙間部における腐食反応が進行しやすい。
【０００５】
原子炉制御棒内では、隙間部に面するシース内面に隙間腐食が生じる可能性がある。この隙間腐食を抑制するための技術として、特許文献１には、原子炉制御棒の構造部材の表面に耐食性の皮膜を形成する方法が記載されている。
【０００６】
特許文献１の方法では、原子炉制御棒のシース（ステンレス鋼製）における隙間腐食を防止するために、ハフニウム楕円管に対向するシースの内面に、Ｃｒ，Ｚｎ，Ｚｒ，ＴｉおよびＨｆのいずれかの皮膜を形成する。特許文献１では、化学的、あるいは電気的にめっきすることで、または熱溶解した上記物質の酸化物を吹き付けたり、あるいは蒸着したりすることで、Ｃｒ，Ｚｎ，Ｚｒ，ＴｉおよびＨｆのいずれかの皮膜を形成する（特許文献１  段落００３２）。
【０００７】
特許文献２には、配管内面に形成された酸化物薄膜上に、ＴｉＯ，ＴｉＯ２，ＭｏＯ２，Ｃｒ２Ｏ３，ＮｉＯ，ＺｒＯ２，ＴａＯ２，およびＷＯ２のうち少なくとも１つからなる酸化化合物を付着させることで（つまり外的要因を付加することで）、酸化物薄膜上に腐食抑制皮膜を形成する方法が記載されている。
【０００８】
特許文献２の付着工程では、前記酸化化合物が注入された水、アルコール等の溶媒に配管を浸漬させたり、酸化化合物を配管内面に付着させたり、あるいは溶媒を配管内面へスプレーしたりする。特許文献２には、前記溶媒を充填する薬液タンクと、薬液タンクに充填された溶媒を発電プラントに注入する薬液ポンプとからなる被覆処理システムを用いて、金属に溶媒を付着させることも記載されている（特許文献２  請求項６〜８）。
【０００９】
特許文献３には、油井等において異種の金属管材同士を継ぐ場合に生じる電食および隙間腐食を防止するために、比抵抗が１０８Ωｃｍ以上の絶縁性セラミックス皮膜（Ａｌ２Ｏ３，Ｓｉ３Ｎ４，Ｔａ２Ｏ５，ＳｉＯ２，ＡｌＮ，ＢＮ、ＺｒＯ２）が形成された電食防止用絶縁管材が記載されている。
【００１０】
特許文献３では、イオンプレーティング, スパッタリング, プラズマＣＶＤ，ＭＯ（Metal-Organic）−ＣＶＤ，溶射，拡散処理、めっき法などにより、絶縁性セラミックス皮膜を形成することが記載されている（特許文献３  段落００２４）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２０１０−１６４５０８号公報
【特許文献２】特開２００８−７８５１号公報
【特許文献３】特開平６−１９３７８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
特許文献１の従来技術では、めっき、吹きつけ、蒸着により、予め酸化物を付着したり、形成したりするため、大規模で複雑な専用装置が必要である。
【００１３】
特許文献２の従来技術では、浸漬法、吹き付け法、注入法を開示する。しかし浸漬法では、溶液側に含まれる酸化化合物の濃度管理が必要であり、定期的に濃度を確認・調整する作業が必要になるため、工程が複雑になる。吹き付け法、あるいは注入法では、大規模で複雑な専用装置が必要である。
【００１４】
特許文献３の従来技術は、イオンプレーティング、スパッタリング、プラズマＣＶＤ、ＭＯ（Ｍetal-Organic）−ＣＶＤ、溶射、拡散処理、あるいはめっきを用いる方法であり、大規模で複雑な専用装置が必要である。
【００１５】
本発明の目的は、比較的簡便に信頼性を高めることができるようにした原子炉構造部材の製造方法、防食方法および原子炉構造部材を提供することにある。本発明の他の目的は、比較的小規模かつ簡素な構成で、対象材料の表面に酸化物を形成させることができ、原子炉構造部材の腐食を抑制することができるようにした原子炉構造部材の製造方法、防食方法および原子炉構造部材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題を解決するための、本発明に従う原子炉構造部材の製造方法は、原子炉構造部材の材料中に０．１〜１．５ｗｔ％のタンタルを含有させる材料調製工程と、原子炉構造部材の所定の表面に酸性水溶液を接触させて、所定の表面側に酸化タンタルを含む酸化物を形成する酸化物形成工程と、を実行する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、原子炉構造部材の所定の表面側に酸化タンタルを含む酸化物を形成することができる。酸化タンタルを含む酸化物により、原子炉構造部材が腐食するのを抑制することができ、原子炉構造部材の信頼性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】原子炉制御棒のシースの内表面にＴａ２Ｏ５を含む酸化物を形成する工程と概要を示すフローチャートである。
【図２】ＳＵＳ３０４Ｌ鋼、ＳＵＳ３１６Ｌ鋼、タンタル添加ステンレス鋼、および純タンタルでそれぞれ製作された電極の、模擬水溶液中におけるアノード分極曲線の測定結果である。
【図３】２８０℃の隙間内模擬水質中で５００ｈ浸漬した、０〜０．５９ｗｔ％の範囲でタンタルを含有するステンレス鋼の表面の分率を、Ｘ線光電子分光（ＸＰＳ）を用いて測定した結果である。
【図４】２８０℃の隙間内模擬水質中で５００ｈ浸漬した、０．５９ｗｔ％のタンタルを含有するステンレス鋼の表面を、Ｘ線光電子分光（ＸＰＳ）を用いて分析し、Ｔａ２Ｏ５の存在を確認した結果である。
【図５】タンタルを含有するステンレス鋼を、２８０℃の隙間内模擬水質中で浸漬した際に、表面にタンタルが濃縮し、かつ、酸化してＴａ２Ｏ５が形成される過程を示した模式図である。
【図６】原子炉制御棒の構成図である。
【図７】図６中の矢示ＶＩＩ−ＶＩＩ方向断面図である。
【図８】図７の部位ＶＩＩＩを拡大して示す断面図である。
【図９】原子炉制御棒の組立工程図である。
【図１０】タンタルを含有するステンレス鋼の表面にＴａ２Ｏ５を含む酸化物を形成する酸化物形成装置の構成を示す図である。
【図１１】第２実施例に係り、タンタルを含有するステンレス鋼の表面にＴａ２Ｏ５を含む酸化物を形成する酸化物形成装置の構成を示す図である。
【図１２】図１１に示す酸化物形成装置の噴射部分を側方から見た図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を説明する。本実施形態は、例えば沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）を構成する金属製の構造部材の製造方法および防食方法に関する。本実施形態では、図１などを用いて後述するように、構造部材の材料に予めタンタルを含有させる材料調製工程（Ｓ１）と、調製された材料の所定の表面に酸性水溶液を接触させることで、その材料の表面にタンタルを含有する酸化物を形成する酸化物形成工程（Ｓ３）とを有する。
【００２０】
これにより、本実施形態によれば、比較的簡単に、原子炉を構成する構造部材の腐食を抑制することができる。原子炉構造部材の防食性を向上できる結果、原子炉構造部材の信頼性を高めることができる。
【００２１】
本実施形態では、材料調製工程（Ｓ１）と酸化物形成工程（Ｓ３）との間で、調製済み材料を所定形状の構造部材に加工する加工工程（Ｓ２）を実施することもできる。
【００２２】
ここで、ＢＷＲにおける防食の必要性について説明する。図６，図７で後述するように、ＢＷＲで用いられる原子炉制御棒として、４枚のブレードをタイロッドを中心に十字形に配置して成る原子炉制御棒がある。一枚のブレードは、中性子吸収部材である管状のハフニウム楕円管を、シース内に複数配置することで形成される。
【００２３】
各ハフニウム楕円管とシースの内面の間には、隙間部（例えば、間隔が０．１〜０．２ｍｍの隙間）が形成される。シースには、この隙間と原子炉制御棒の外部とを連結する開口部が複数形成されている。従って、原子炉運転中に、炉心を流れる冷却材が、この開口部を通して、各ハフニウム楕円管とシースの内面との間に形成された隙間に浸入し、隙間内を上昇して流れる。これにより、中性子を吸収して温度が上昇したそれぞれのハフニウム楕円管が、冷却材によって冷却される。
【００２４】
ところで、原子炉の運転中に、シースとハフニウム楕円管との隙間内へ腐食生成物が堆積等すると、隙間が狭まり、隙間内での冷却材の流動が妨げられる可能性がある。
【００２５】
冷却材は、核燃料物質の核分裂反応により発生する中性子およびγ線が照射されることによって放射線分解する。冷却材が放射線分解すると、酸化剤が生成する。沸騰水型原子炉の炉心近傍では、冷却水の放射線分解により、例えば、酸素および過酸化水素などの酸化剤が常に生成される。従って、冷却水は、酸素および過酸化水素などの酸化剤を含んでいる。これらの酸化剤は、シース内の隙間に存在する冷却材にも含まれる。冷却材に含まれる酸化剤は、冷却材に接触しているシースなどの金属材料の表面から電子を奪う還元反応により、最終的には水に還元される。
【００２６】
原子炉制御棒の隙間では、冷却材の量および冷却材の放射線吸収線量が少ないため、隙間以外に存在する冷却材に比べて、酸化剤の生成量が少ない。さらに、酸化剤は、上述の還元反応によって消費される。これらの理由から、隙間の冷却材中の酸化剤の濃度は、隙間の外（例えば、原子炉制御棒の外側）にある冷却材中の酸化剤の濃度よりも低い。このため、酸化剤がシース表面から電子を奪う還元反応は、隙間内では少なくなり、隙間外のバルクの冷却材に接している部位では多くなる。従って、隙間内の電極電位は、隙間外の電極電位よりも卑になることが知られている。
【００２７】
一方、還元反応の対反応として酸化反応が生じる。主たる酸化反応は、シースを構成する材料がイオン化して溶出する反応である。この酸化反応により生成した金属イオンが、冷却材中に含まれる酸化剤や冷却材と反応することで、Ｆｅ３Ｏ４、またはＦｅ２Ｏ３が生成し、シース表面に酸化皮膜が形成される。
【００２８】
前述したように、酸化剤は、冷却材の放射線分解によって生成される。冷却材の容積が小さい隙間では酸素濃度が低いため、隙間に対向するシース内面では酸化皮膜の成長が妨げられる。一方、隙間以外の部位では、酸化皮膜が成長して酸化皮膜が厚くなる。隙間以外の部位では、酸化皮膜が形成されることで、イオンの溶出速度が低下する。このため、隙間内では、隙間外に比べて、シースからイオンが容易に溶出する。
【００２９】
隙間の内外でイオン溶出に差が生じると、隙間の内外で酸素濃淡電池が形成される。シースの隙間内の表面がアノードに固定され、隙間外の表面がカソードに固定されることで、腐食の進行するマクロセルが形成される。マクロセルでは、アノードとなった隙間内面で優先的にシースの母材が溶出する可能性がある。このように、隙間の内外でマクロセルが形成し、隙間内で優先的に金属材溶出する現象を隙間腐食と呼ぶ。隙間腐食は、局部腐食の一形態である。本明細書では、アノードとカソードが分離して特定部位のみが選択的に腐食される形態の腐食を、局部腐食と総称する。
【００３０】
以上をまとめると、原子炉の起動直後では、原子炉制御棒のシース表面に未だ酸化皮膜が形成されていないため、シースは全面腐食の形態となる。これに対し、原子炉の定格運転中では、冷却水の放射線分解によって生成される酸素および過酸化水素などの酸化種が存在する箇所において、酸化皮膜が生成される。
【００３１】
原子炉の定格運転が継続すると、シース表面に酸化皮膜が形成される。ハフニウム楕円管（中性子吸収部材）とシースとの間の隙間において、冷却水の流動が著しく滞る箇所が生じた場合、その隙間に面するシース内面とそれ以外のシース内面とでは、酸化皮膜の厚さに差異を生ずる可能性がある。この結果、酸化皮膜が薄い隙間に対向するシース内面で、金属が選択的に溶出する隙間腐食を生じる可能性がある。
【００３２】
以上の考察に基づいて、本実施形態では、ＢＷＲを構成する金属製の構造部材（原子炉内の機器も含む）の、原子炉冷却材と接する表面の一部または全面に、タンタルを含有する酸化物を形成させる。
【００３３】
タンタルを含有する酸化物を形成させるために、構造部材の材料となる金属の溶解調製工程において、金属にタンタルを含有させて材料を製作する。そして、タンタルを所定量含有する材料を、目的とする構造部材の形状に加工する。さらに、加工した構造部材の表面を酸性水溶液に接触させることで、構造部材の表面に、タンタルを含有する酸化物を形成させる。
【００３４】
タンタルを含有する酸化物は、Ｔａ２Ｏ５を主成分として含むが、これ以外に、原子炉の構造部材に含まれる成分の酸化物を含むこともある。例えば、原子炉の構造部材がステンレス製の場合、タンタルを含有する酸化物には、ＦｅやＣｒの酸化物が含まれる。そして、タンタルを含有する酸化物は、構造部材の表面に、皮膜状、島状、粒子状のような形態で存在すると考えられる。
【００３５】
Ｔａ２Ｏ５は、化学的に安定であるため、原子炉を構成する構造部材（特に隙間に面する部分）において、腐食の発生と進展を効果的に抑制することができる。
【００３６】
原子炉を構成する構造部材の隙間腐食は、特に、金属製の構造部材（金属部材）同士の間隔が０．３ｍｍ以下の隙間で発生することが知られている。本実施形態は、このような隙間での腐食の発生および進展を抑制する場合にも有効である。原子炉を構成する金属部材とは、例えば、ステンレス鋼などの鉄基合金、ニッケル基合金、ジルコニウム合金、およびコバルト基合金、炭素鋼のうち、少なくとも１つからなる構造部材である。なお、「隙間部」とは、金属部材同士が近接または接触し金属部材同士の間で隙間が形成された部位であり、単に「隙間」とも称する。
【００３７】
ここで、本実施形態の構成に至る経緯を以下に説明する。発明者らは、ＢＷＲの炉内温度の水中における隙間内の水質を模擬した環境下で、タンタル含有ステンレス鋼の腐食速度を測定した。
【００３８】
さらに、発明者らは、上述の模擬環境下で５００時間浸漬したタンタル含有ステンレス鋼の表面におけるタンタルの存在状態を、Ｘ線光電子分光（ＸＰＳ）を用いて分析し、シースの隙間部における隙間腐食の発生および進展を抑制する方法を検討した。
【００３９】
発明者らが行った実験について説明する。発明者らは、まず最初に、原子炉内を模擬した温度の水溶液（模擬水溶液）中で、タンタルを含まないステンレス鋼、タンタルを微量添加したステンレス鋼、および純タンタルについてのアノード分極曲線をそれぞれ測定し、比較した。
【００４０】
構造部材の隙間や亀裂の内部では、硫酸などのアニオンがバルク水の数百倍に濃縮することが知られている。このため、純水に１ｐｐｍの硫酸を添加することで、隙間内の水質を模擬した。隙間内は、前述のように酸化剤濃度が低くなるため、隙間外よりも卑な電位となる。このため、模擬水溶液中で測定したアノード分極曲線のうち、約−０．３〜−０．５Ｖｖｓ．ＳＨＥの低い電位領域におけるアノード電流密度から、隙間内を模擬した２８０℃の水溶液中における腐食特性を評価した。以下に詳細を述べる。
【００４１】
水溶液に浸漬された金属部材の腐食反応は、金属部材と水溶液に含まれる成分との間での電荷の授受である。腐食とは、下記化学式（１）に示すように、金属部材に含まれる金属Ｍが金属イオンＭｎ＋となって、金属部材に接触する液相へ溶出する事象である。
【００４２】
Ｍ  →  Ｍｎ＋  ＋  ｎｅ−  ・・・（１）
【００４３】
よって、金属部材の表面の固液界面における電荷の授受量を電流として評価することにより、金属部材の腐食速度の大小を判断することができる。
【００４４】
そこで、発明者らは、模擬水溶液に浸漬された金属部材に対し、金属部材の表面と水との電荷授受のし易さが、金属部材を構成する元素によってどのような影響を受けるかについて検討した。具体的には、ＢＷＲの炉内を模擬した温度において、構造部材の隙間内に存在する冷却材（冷却水）を模擬した水溶液中で、アノード分極曲線を測定した。隙間内の冷却材の水質は、脱気した硫酸１ｐｐｍ水溶液で模擬した。この水溶液に、ＳＵＳ３０４Ｌ鋼、ＳＵＳ３１６Ｌ鋼、およびＳＵＳ３０４鋼に約０．６ｗｔ％のタンタルを添加した材料（以下、「タンタル添加ステンレス鋼」と称する）の試験片をそれぞれ浸漬させ、これら試験片のアノード分極曲線を測定した。さらに、タンタル自体の腐食特性を調べるために、純タンタルの試験片のアノード分極曲線を測定した。
【００４５】
アノード分極曲線の測定実験は、ＢＷＲの炉内環境を模擬する条件で行った。すなわち、導電率０．１μＳ・ｃｍ−１以下の水を用い、沸騰を防ぐために、この水を８ＭＰａに加圧し、水の温度を２８０℃に保持し、隙間内の冷却材の水質を模擬するためにこの水に濃度１ｐｐｍとなるよう硫酸を添加して模擬水溶液を作成した。そして、この模擬水溶液を、内部に試験片を装荷した高温槽内に導いた。
【００４６】
試験片として、上述したように、ＳＵＳ３０４Ｌ鋼、ＳＵＳ３１６Ｌ鋼、タンタル添加ステンレス鋼、および純タンタルのそれぞれで製作された電極を用いた。それぞれの電極を高温槽内で模擬水溶液に浸漬し、前記の条件で実験した。アノード分極曲線の測定は、ポテンショスタットを用いてそれぞれの電極に電位を印加し、電位を変化させたときの電流を測定することにより行った。
【００４７】
図２に、ＳＵＳ３０４Ｌ鋼、ＳＵＳ３１６Ｌ鋼、タンタル添加ステンレス鋼、および純タンタルで製作された電極の、上述した模擬水溶液中におけるアノード分極曲線の測定結果を示す。
【００４８】
図２の縦軸は、アノード分極曲線の電流密度を示す。アノード分極曲線の電流密度は、化学式（１）に従って、単位時間・単位面積当たりに試験片の表面からイオン化して液相に溶出する金属の量、すなわち単位面積当たりの金属の溶出速度を示している。
【００４９】
図２の横軸の電位は、電極の材料内の電子の最大エネルギーを示している。このため、図２に示した各電極の分極曲線は、電極（試験片）内の電子を人工的に出し入れすることで腐食環境強度を変化させた場合の腐食特性を表している。
【００５０】
分極曲線を比較検討した結果、図２に一点鎖線で示したタンタル添加ステンレス鋼の模擬水溶液（硫酸１ｐｐｍ水溶液）中における電流密度は、約−０．４Ｖｖｓ．ＳＨＥの低電位域において、ＳＵＳ３０４Ｌ鋼（図２中で実線で示す）とＳＵＳ３１６Ｌ鋼（図２中で点線で示す）よりも少なくとも１桁低くなることが分かった。
【００５１】
約−０．４Ｖｖｓ．ＳＨＥの電位における、ＳＵＳ３０４Ｌ鋼およびＳＵＳ３１６Ｌ鋼の電流密度は約２μＡ・ｃｍ−２である。この電位におけるタンタル添加ステンレス鋼の電流密度は、検出限界（０．１μＡ・ｃｍ−２）以下であり、ＳＵＳ３０４Ｌ鋼およびＳＵＳ３１６Ｌ鋼の電流密度の１／２０以下と非常に低い値になる。すなわち、隙間内の冷却材に晒され、かつ低酸化剤濃度で低電位となる環境下での、タンタル添加ステンレス鋼の腐食速度は、ＳＵＳ３０４Ｌ鋼およびＳＵＳ３１６Ｌ鋼の腐食速度よりも少なくとも１桁遅くなることが示された。
【００５２】
また、タンタル添加ステンレス鋼の模擬水溶液中における電流密度は、純タンタルの分極曲線と類似の挙動を示した。従って、タンタル添加ステンレス鋼の腐食特性は、含有元素であるタンタルの分極特性が支配的となって決定され、その腐食速度が低くなっているものと推定できる。
【００５３】
ここで、タンタルは、５価が最も安定であり、酸化するとその表面にＴａ２Ｏ５が形成されるため高い耐食性を有する。Ｔａ２Ｏ５は、幅広い電位条件とｐＨ条件とで熱力学的に安定な固体である。従って、発明者らは、タンタル添加ステンレス鋼は、隙間内の模擬水質に接触すると、その表面にＴａ２Ｏ５が形成されて腐食速度が遅くなり、高耐食性が得られると考えた。
【００５４】
次に、発明者らは、原子炉内を模擬した温度の脱気水溶液（隙間内の模擬水溶液）中に、タンタルを含まないステンレス鋼と、タンタルを微量添加したステンレス鋼と、純タンタルとを、それぞれ５００ｈずつ浸漬し、それらの表面に形成した酸化物をＸＰＳ（X-ray Photoelectron Spectroscopy）を用いて分析し、その分析結果を比較した。以下に詳細を述べる。
【００５５】
試験片として、ステンレス鋼と、タンタルを０．１３〜１．４％含有させたステンレス鋼と、純タンタルとを用意した。そして、これら３種類の試験片を、２８０℃の隙間内模擬水質中に５００ｈ浸漬した。発明者らは、浸漬後の各試験片の表面に形成した酸化皮膜に含まれるタンタルの存在形態および分率を、Ｘ線光電子分光分析法（ＸＰＳ）を用いて、約６００×１０００μｍ、分析深さ１〜２ｎｍの領域において分析した。
【００５６】
図３は、ＸＰＳの分析結果を示すテーブルＴ１である。分析結果テーブルＴ１では、母材成分である鉄（Ｆｅ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、タンタル（Ｔａ）の分率を計算した結果を示す。
【００５７】
テーブルＴ１の一番下に示すように、タンタルを０．５９％含有させたステンレス鋼では、Ｔａ分率が１３．２ｗｔ％であり、母材の含有比率０．５９％の約２０倍に濃縮されたことが確認された。
【００５８】
図４は、浸漬後の表面におけるＴａの形態をＸＰＳで分析した結果の一例である。図４では、タンタルを０．５９％含有させたステンレス鋼の測定結果を代表として示す。タンタルを０．５９％含有させたステンレス鋼からは、Ｔａ２Ｏ５が検出された。なお、図３における炭素（Ｃ）は、浸漬後から分析するまでに接した大気に由来するＣであり、本検討には無関係であるため、評価から除外した。
【００５９】
図５は、上述した表面でのＴａの分率上昇と、表面に濃縮したＴａからＴａ２Ｏ５が形成される機構を示す。
【００６０】
図５の上側は、Ｔａを含有させたステンレス鋼２１を隙間内模擬水などの酸性水溶液３０に接触させた直後の固液界面の断面を拡大して示す模式図である。図５の下側は、Ｔａを含有させたステンレス鋼２１を酸性水溶液３０に接触させた状態を一定期間保持した後の固液界面の断面を拡大して示す模式図である。
【００６１】
Ｔａは、基本的には、母材に均一に分散して含まれる。熱処理などの製造工程における諸条件によっては、直径が数μｍから数十μｍのＴａＣの析出物２２として、母材内に含まれる。
【００６２】
発明者らは、下記のように考えた。Ｔａを含有させたステンレス鋼２１を酸性水溶液３０に接触させると、Ｔａ以外のＦｅ、Ｃｒ、Ｎｉなどのステンレス鋼２１の成分はイオン化して溶出（腐食）する。しかし、高い耐食性を示すＴａは、ステンレス鋼２１の表面に残留するため、表面近傍でＴａが濃縮する。
【００６３】
ステンレス鋼２１の表面は、酸性水溶液３０により洗浄されて、酸性水溶液３０に接触する前の位置Ｌから僅かに下がる。さらに、ステンレス鋼２１の表面近傍に濃縮したＴａは、下記の式（２）の反応に従って酸化されて、化学的に安定であるＴａ２Ｏ５の層２０が形成される。また、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）の層２０に、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）の粒２２ａが析出することがある。以下では、酸化タンタルの層のことを、酸化物２０、酸化皮膜２０と呼ぶ場合がある。
【００６４】
２Ｔａ  ＋  ５Ｈ２Ｏ  →  Ｔａ２Ｏ５  ＋  １０Ｈ＋  ＋  １０ｅ−    ・・・（２）
【００６５】
以上述べた２種の実験結果より、タンタルを含有させたステンレス鋼をＢＷＲ炉内温度の隙間内水質に浸漬すると、タンタルを含まないステンレス鋼に比べて、低電位域の腐食速度が低下すること、表面におけるタンタル分率が上昇すること、表面におけるタンタルがＴａ２Ｏ５の形態で存在すること、が確認された。
【００６６】
これらの実験結果から、タンタルを含有させたステンレス鋼は、隙間内の水質やＳＣＣ（Stress Corrosion Cracking：応力腐食割れ）亀裂内の水質などの過酷な腐食環境にある程度の期間接触すると、ステンレス鋼の表面側のタンタルが富化・酸化して、Ｔａ２Ｏ５の層が形成されると考えられる。そして、ステンレス鋼の表面に酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）の層が形成されるため、ステンレス鋼の耐食性が向上すると考えられる。
【００６７】
これに対し、タンタルを含有するステンレス鋼が、隙間やＳＣＣ亀裂内などの過酷な腐食環境に曝されない場合は、タンタルが富化・酸化しないため、高耐食性は向上しないと考えられる。従って、タンタルを含有させたステンレス鋼を、実使用状態において、隙間やＳＣＣ亀裂内などの過酷な腐食環境に接触させるよりも以前に酸性水溶液に接触させることで、その表面にＴａ２Ｏ５を形成すれば、そのステンレス鋼のＢＷＲでの供用を開始した時点で、耐食性向上効果が得られる。
【００６８】
つまり、本実施形態では、タンタルを含有するステンレス鋼からなる構造部材の表面に、ＢＷＲの運転に伴って酸化タンタルの層が自然に形成されるのを待つのではなく、タンタルを含有するステンレス鋼をＢＷＲへ取り付ける前に、積極的に酸性水溶液に浸すことで、酸化タンタルの層を形成する。このため、発明者らは、原子炉構造部材が原子炉圧力容器内に設置される前に、予め原子炉構造部材の表面にＴａ２Ｏ５を含む酸化物を形成させ、そのＴａ２Ｏ５を含む酸化物の組成や厚さを制御することによって、原子炉構造部材の腐食速度を低減できる方法を見出した。
【００６９】
本実施形態に係る原子炉構造部材の一例として、原子炉制御棒を構成する部材を挙げることができる。この場合、図１等で後述するように、原子炉制御棒が原子炉圧力容器内に設置される前に、中性子吸収部材（例えば、ハフニウム部材）３に面するシース６の表面に、供用前に予めＴａ２Ｏ５を含む酸化物２０を形成する。以下、原子炉構造部材を構造部材と呼ぶことがある。
【００７０】
これにより、原子炉の供用中に、低電位かつ硫酸イオンが濃縮した隙間環境が形成された場合であっても、−０．４Ｖｖｓ．ＳＨＥの近傍の電位域におけるシース内面の電流密度が、約２μＡ・ｃｍ−２から０．１μＡ・ｃｍ−２以下に減少するため、シース６の内面の腐食を抑制することができる。タンタルを含有するステンレス鋼の場合、−０．４Ｖｖｓ．ＳＨＥの近傍の電位域での腐食速度は、ＳＵＳ３０４Ｌ鋼やＳＵＳ３１６Ｌ鋼の約１／２０に低減されるため、構造部材の信頼性が向上する。
【００７１】
以上の検討により、発明者らは、原子炉制御棒の製造工程（例えば図１のＳ１〜Ｓ７）において、シース６内に配置される中性子吸収部材３に面しているシース６の内表面にＴａ２Ｏ５を主成分として含む酸化物２０を形成することを思い至った。
【００７２】
この防食のための構成において、シース６の接液面に形成されたＴａ２Ｏ５を含む酸化物２０は、中性子吸収部材３とシース６の内面との間に形成された隙間１６を流れる冷却材（冷却水）へのシース内面からの単位時間あたりの金属の溶出量、すなわち、シースの腐食速度を低減させる。このため、シース６の内表面（特に隙間部での内表面）の耐食性を向上させることができ、隙間腐食の抑制および腐食速度の低減が実現できる。
【００７３】
上記の検討結果を反映した本実施形態の一例を、以下に説明する。以下では、原子炉構造部材として、原子炉制御棒を構成する部材を例に挙げて説明する。ただし、本実施形態は、原子炉構造部材（原子炉内の機器も含む）に限らず、原子炉制御棒以外を構成する部材にも適用することができる。
【実施例１】
【００７４】
図１〜図１０を用いて第１実施例を説明する。先に、原子炉構造部材の一例を説明し、次に、原子炉構造部材の製造方法を説明する。
【００７５】
図６は、本実施例に係る原子炉制御棒１の構成図である。原子炉制御棒１は、その横断面が十字形をしており、軸心に十字型のタイロッド７が配置されている。タイロッド７からは、４枚のブレード２が四方に伸びて配置される。タイロッド７の上端部には、ハンドル５が取り付けられている。タイロッド７の下端部には、下部支持部材８が取り付けられている。下部支持部材８は、下部支持部材（または落下速度リミッタ）である。下部支持部材８には、複数のローラ４が回転可能に取り付けられる。これらのローラ４は、炉心に装荷されている燃料集合体のチャンネルボックスの外面と接触し、原子炉制御棒１を燃料集合体間で円滑に上下移動させる機能を有する。
【００７６】
各ブレード２は、横断面がＵ字状のステンレス鋼製のシース６と、扁平な筒状（例えば横断面が楕円形状の筒）のハフニウム部材３Ｕ，３Ｌを有する。特に区別しない場合、ハフニウム部材３と呼ぶ。
【００７７】
シース６の上端は、ハンドル５に溶接されている。シース６の下端は、下部支持部材８に溶接されている。シース６のＵ字の両端部には、複数のタブ（突出部）１３が軸方向において所定の間隔を置いて形成されている。これらのタブ１３は、シース６の一部であり、タイロッド７に向かって突出している部分である。これらのタブ１３は、溶接によってタイロッド７の側面に接合されている。シース６とハンドル５、下部支持部材８、およびタイロッド７は、例えばレーザ溶接によって接合される。
【００７８】
１つのブレード２の、シース６内に形成される空間内において、原子炉制御棒１の軸方向には、２つのハフニウム部材３Ｕおよび２つのハフニウム部材３Ｌが上下に配置されている。ハフニウム部材３Ｕは、ハフニウム部材３Ｌの上方に位置する。ハフニウム部材３Ｕ，３Ｌの軸方向の長さは同じである。
【００７９】
ハフニウム部材３Ｕは、ハンドル５の下端部に形成された舌状部１０Ｕに、ピン１１Ｕで取り付けられている。ハフニウム部材３Ｌは、下部支持部材８の上端部に形成された舌状部１０Ｌに、ピン１１Ｌで取り付けられている。このように、ハフニウム部材３Ｕはハンドル５に取り付けられ、ハフニウム部材３Ｌは下部支持部材８に取り付けられている。これらのハフニウム部材３Ｕ，３Ｌは、「中性子吸収部材」の例である。
【００８０】
図７は、図６のＶＩＩ−ＶＩＩ方向断面図である。１つのブレード２の横断面（図６のＶＩＩ−ＶＩＩ断面）において、２つのハフニウム部材３Ｕは、シース６内で互いに並列に配置され、かつタイロッド７と並列に配置される。２つのハフニウム部材３Ｌも、ハフニウム部材３Ｕと同様に、シース６内で互いに並列に配置され、かつタイロッド７と並列に配置される。
【００８１】
図８は、図７の部位ＶＩＩＩの断面図である。図８は、ハフニウム部材３Ｕを含む部位ＶＩＩＩの断面図である。ハフニウム部材３Ｌを含む部位の断面図も、図８と同様であるため、図示を省略する。
【００８２】
シース６の表面（内表面）は、ハフニウム部材３Ｕ，３Ｌに対向しており、ハフニウム部材３Ｕ，３Ｌとの間で隙間１６を形成する。シース６の表面には、シース６を覆うようにして、Ｔａ２Ｏ５を含む酸化皮膜２０が形成される。シース６の表面に、Ｔａ２Ｏ５を含む酸化皮膜２０を形成する方法は図１で述べる。
【００８３】
Ｔａ２Ｏ５を含む酸化皮膜２０は、シース６の表面に固定され、ハフニウム部材３Ｕ，３Ｌに対向している。シース６の内部、具体的にはＴａ２Ｏ５を含む酸化皮膜２０とハフニウム部材３Ｕ，３Ｌとの間に、冷却材（冷却水）の流れる隙間１６が形成される。
【００８４】
図６に示すように、シース６の上部には、複数の開口部９Ｕが形成される。シース６の下部には、複数の開口部９Ｌが形成される。さらに、複数の開口部１２Ｕが、各ハフニウム部材３Ｕに形成される。これと同様に、複数の開口部１２Ｌが各ハフニウム部材３Ｌに形成される。下部支持部材８の下端部には、原子炉制御棒１を制御棒駆動機構（図示せず）に連結するコネクタ１７が備えられる。
【００８５】
本実施例における、Ｔａ２Ｏ５を含む酸化皮膜２０が形成されたシース６を有する原子炉制御棒１は、例えば、次のようにして製造できる。シース６の材料の製作時において（例えば溶解工程において）、その材料に０．１〜１．５重量％（ｗｔ％）のタンタルを添加する。そして、タンタルを添加したステンレス鋼製の板状部材をシース６の形状に加工し、硝酸などの酸性水溶液中に浸漬して酸洗処理する。これにより、Ｔａ２Ｏ５を含む酸化皮膜２０をシース６の表面に形成させる。
【００８６】
図１、図９、および図１０を用いて、原子炉制御棒１の製造方法を説明する。図１は、原子炉制御棒１のシース６の表面にＴａ２Ｏ５を含む酸化皮膜２０を形成する工程のフローチャートである。図中、ステップを「Ｓ」と略記する。
【００８７】
最初に、材料を溶解させて調製する（Ｓ１）。シース６の素材であるステンレス鋼に例えば０．６重量％のＴａを含有させて、素材を製作する。Ｔａは、０．１〜１．５重量％の範囲で素材の金属材料に含有させればよい。ここでは、ステンレス鋼を例に挙げて説明するが、これに限らず、例えばニッケル基合金、ジルコニウム合金、コバルト基合金、炭素鋼のいずれかであってもよい。
【００８８】
次に、ステップＳ１で調製した素材をシース６の形状に加工する（Ｓ２）。例えば、シース６の素材となるステンレス鋼製の板状部材に複数の開口部９Ｕ，９Ｌを設け、その後で、この板状部材をＵ字状に折り曲げることで、シース６を製作する。
【００８９】
ステップＳ３では、シース６の表面にＴａ２Ｏ５を含む酸化皮膜２０を形成する。例えば、シース６を１０％の濃度に調製した硝酸水溶液３０中に６００秒ほど浸漬して酸洗することにより、Ｔａ２Ｏ５を含む酸化皮膜２０を形成することができる。ステップＳ３の右に示す図は、表面（内面）にＴａ２Ｏ５を含む酸化皮膜２０が形成されたシース６の一部を拡大して示す断面図である。Ｔａ２Ｏ５を含む酸化皮膜２０の厚さは、硝酸水溶液３０中への浸漬時間を調整することで任意の値に制御することができる。
【００９０】
ここで、図１０を参照して、ステップＳ３の一例を説明する。図１０は、調製された材料から加工されたシース６の表面に酸化皮膜２０を形成する装置である。水槽４０には、硝酸水溶液などの酸性水溶液３０が貯留されている。図１のステップＳ２で所定形状に加工されたシース６は、水槽４０の酸性水溶液３０の中に所定時間浸漬される。
【００９１】
この結果、Ｔａ２Ｏ５を含む酸化皮膜２０の生成が終了し、所望の厚さのＴａ２Ｏ５を含む酸化皮膜２０が、シース６の長手方向の全長に亘って、シース６の表面に形成される。Ｔａ２Ｏ５を含む酸化皮膜２０は、Ｔａ２Ｏ５を主成分として含むが、Ｔａ２Ｏ５に限らず、シース６の素材であるステンレス鋼板の成分であるＦｅやＣｒの酸化物も含む。
【００９２】
ここで、Ｔａ２Ｏ５を含む酸化皮膜２０の厚さと硝酸水溶液３０のｐＨおよび浸漬時間との相関関係を予め測定しておく。この相関関係に基づいてｐＨと浸漬時間とを制御することにより、Ｔａ２Ｏ５を含む酸化皮膜２０の厚さを調節できる。すなわち、予め求めたこの相関関係に基づき、Ｔａ２Ｏ５を含む酸化皮膜２０が所望の厚さ（例えば１０ｎｍ）に形成されるように、ｐＨと浸漬時間を制御する。ｐＨと浸漬時間を制御することで、Ｔａ２Ｏ５を含む酸化皮膜２０の厚さは、所望の厚さとなる。
【００９３】
図１に戻る。ステップＳ４では、酸化皮膜２０の形成されたシース６を、例えば、純水で洗浄する。
【００９４】
ステップＳ５では、ステップＳ４で洗浄したシース６の表面に、例えば空気を吹き付けて、シース６を乾燥させる。
【００９５】
ステップＳ６では、原子炉制御棒１を組み立てる。シース６の内面にＴａ２Ｏ５を含む酸化物２０を形成した後、原子炉制御棒１の組み立てが開始される（Ｓ６）。
【００９６】
図９は、原子炉制御棒１の組立工程図である。図９の右側に示すように、ハンドル５の舌状部１０Ｕに、ハフニウム部材３Ｕをピン１１Ｕで取り付ける。このハンドル５を、タイロッド７の一端に溶接などの手段で接合する。
【００９７】
一方、ローラ４およびコネクタ１４が取り付けられた下部支持部材８の舌状部１０Ｌに、ハフニウム部材３Ｌをピン１１Ｌで取り付ける。この下部支持部材８は、タイロッド７の他端に接合される。
【００９８】
内面にＴａ２Ｏ５を含む酸化皮膜２０の形成されたシース６は、ハンドル５、タイロッド７および下部支持部材８にレーザ溶接により接合される。そして、ハフニウム部材３Ｕ，３Ｌが、シース６の対向する内面間に配置される。これにより、ハフニウム部材３Ｕ，３Ｌは、シース６に形成されたＴａ２Ｏ５を含む酸化皮膜（酸化物）２０に隙間１６を介して対面する。このようにして、原子炉制御棒１が製造される。
【００９９】
図１に戻る。ステップＳ７では、図９で述べた工程で製造された原子炉制御棒１を、ＢＷＲの原子炉圧力容器（図示せず）へ装荷する。なお、ステップＳ７は、原子炉圧力容器内への原子炉制御棒１の装荷時期を明確にするために記載しただけであり、原子炉制御棒１の製造工程には含まれない。
【０１００】
原子炉圧力容器内に装荷された原子炉制御棒１は、下部支持部材８の下端部に設けられたコネクタ１４によって、原子炉圧力容器の底部に設けられた制御棒駆動機構（図示せず）に連結される。
【０１０１】
原子炉制御棒１は、原子炉の出力を制御するために、複数の燃料集合体が装荷された炉心内に制御棒駆動機構により出し入れされる。制御棒駆動機構は、原子炉制御棒１の炉心内への挿入操作と、原子炉制御棒１の炉心からの引き抜き操作とを行う。
【０１０２】
原子炉圧力容器内を流れる「冷却材（冷却水）」としての炉水６０は、シース６に形成された開口部９Ｌからシース６内に流入し、ハフニウム部材３Ｕ，３Ｌを冷却して、他の開口部９Ｕからシース６の外に流出する。
【０１０３】
シース６内に流入した炉水６０の一部は、ハフニウム部材３Ｕに形成された小径の開口部１２Ｕを通って、ハフニウム部材３Ｕ内に流入する。また、シース６内に流入した炉水６０の他の一部は、ハフニウム部材３Ｌに形成された小径の開口部１２Ｌを通って、ハフニウム部材３Ｌ内に流入する。炉水６０がハフニウム部材３Ｕ，３Ｌ内に流入することによって、ハフニウム部材３Ｕ，３Ｌの冷却効果が増大する。
【０１０４】
シース６内に流入した炉水６０の一部は、ハフニウム部材３Ｕ，３Ｌのそれぞれとシース６の内表面との間の隙間１６を、具体的にはハフニウム部材３Ｕ，３Ｌのそれぞれとシース６に形成されたＴａ２Ｏ５を含む酸化皮膜２０との間に形成された隙間１６を、Ｔａ２Ｏ５を含む酸化皮膜２０に接触しながら流れる。
【０１０５】
このように構成される本実施例によれば、以下の効果を奏する。本実施例に係る原子炉制御棒１は、ハフニウム部材３Ｕ，３Ｌとの間で隙間１６を形成するシース６の内表面に、Ｔａ２Ｏ５を含む酸化皮膜２０を有する。Ｔａ２Ｏ５を含む酸化皮膜２０は、化学的に安定であり防食効果を有する。このため、本実施例では、シース６と隙間１６を流れる炉水６０との間での電荷授受を抑制でき、シース６が隙間１６を流れる炉水６０によって腐食するのを防止できる。
【０１０６】
原子炉制御棒１では、ハフニウム部材３Ｕ，３Ｌとシース６との間に形成された隙間１６に炉水６０が流れる。この炉水６０に含まれる酸化種（酸素および過酸化水素等）の濃度が低くなることに起因して、酸素濃淡電池がシース６に形成されると、シース６にマクロセルが形成されて、局部腐食を生じる可能性がある。
【０１０７】
しかし、本実施例では、シース６の内表面にＴａ２Ｏ５を含む酸化皮膜２０が形成されているため、局部腐食を抑制でき、隙間１６でのシース６の腐食をさらに抑制することができる。従って、本実施例によれば、シース６において、隙間１６での腐食が生じる可能性を減じることができ、原子炉制御棒１の寿命および信頼性を改善できる。
【０１０８】
本実施例では、Ｔａ２Ｏ５を含む酸化皮膜２０は、図１０で述べたように、Ｔａを所定割合含有する材料から加工されたシース６を、硝酸水溶液などの酸性水溶液３０を貯蔵する水槽４０に浸漬するだけで、形成することができる。従って、本実施例による原子炉構造部材の製造方法によれば、従来の物理めっき法に比べて、取り扱い容易かつ簡素な構成で、シース６の防食性を高めることができる。
【０１０９】
特許文献２に記載された従来技術は、炭素鋼の腐食を対象としており、原子炉圧力容器内に装荷された状態の原子炉制御棒に酸化化合物を付着させる。これに対し本実施例は、ステンレス鋼（またはニッケル基合金、またはジルコニウム合金、またはコバルト基合金、または炭素鋼）製の材料を対象とし、原子炉圧力容器内に装荷される前の原子炉制御棒１に酸化皮膜２０を形成する。さらに、本実施例では、原子炉圧力容器装荷前にシース６の表面にＴａ２Ｏ５を含む酸化皮膜２０を形成する。少なくともこれらの点で、本実施例と特許文献２に記載の技術とは異なる。
【実施例２】
【０１１０】
図１１、図１２を用いて第２実施例を説明する。本実施例は、第１実施例の変形例に相当するため、第１実施例との相違を中心に説明する。本実施例では、シース６の内表面の任意の領域に対して、Ｔａ２Ｏ５を含む酸化皮膜２０を形成する他の方法を開示する。つまり、本実施例は、図１の酸化皮膜形成工程（Ｓ３）の変形例を示す。
【０１１１】
本実施例で用いる酸化物形成装置５０は、ノズル５２を有するノズル本体５１と、接触部５３と、走行装置５４と、ガイドレール５５と、供給管５６と、タンク５７と、ポンプ５８と、コントローラ５９を有する。
【０１１２】
管状のノズル本体５１は、Ｕ字状のシース６の上側の開口部から挿入されるもので、複数のノズル５２が周方向および軸方向に離間して形成されている。ノズル本体５１の下端部は施蓋されており、ノズル本体５１の上端部は開口して、後述のタンク５７に接続されている。
【０１１３】
シース６は、図示せぬ保持装置により保持されている。接触部５３は、例えば海綿のような、酸性水溶液を吸着可能な軟らかい部材から形成されている。接触部５３は、全てのノズル５２を覆い隠すようにして、ノズル本体５１の外側に設けられている。各ノズル５２から噴射される酸性水溶液３０は、接触部５３に吸収される。酸性水溶液３０を含浸する接触部５３は、シース６の内表面に接触しながら移動する。
【０１１４】
ノズル本体５１の上側は走行装置５４に取り付けられている。走行装置５４は、例えば、シース６の水平方向に沿って延設されるガイドレール５５上を往復移動できるように構成されている。
【０１１５】
ノズル本体５１の上端部は、供給管５６を介して、硝酸水溶液または硫酸水溶液などの酸性水溶液３０を収容するタンク５７に接続されている。供給管５６の途中には、タンク５７内の酸性水溶液３０をノズル本体５１へ圧送するポンプ５８が設けられている。
【０１１６】
コントローラ５９は、酸化物形成装置５０の動作を制御する装置である。コントローラ５９は、例えば、走行装置５４とポンプ５８の動作を制御する。コントローラ５９は、手動スイッチ、ディスプレイ、ランプ、マイクロプロセッサ、メモリ、あるいはシーケンサなどを含んで構成することができる。オペレータは、コントローラ５９を操作することで、ノズル本体５１をシース６内で移動させつつ、ノズル５２から噴射させた酸性水溶液３０を接触部５３からシース６の所望の内表面に接触させる。これにより、シース６の内表面のうち接触部５３に接触した箇所のＴａが酸化し、Ｔａ２Ｏ５を含む酸化物（酸化皮膜）２０が形成される。つまり、本実施例では、例えば、接触部５３とシース６との接触位置、接触時間、ポンプ５８の吐出圧、各ノズル５２からの噴射量などを制御することで、シース６の内面の任意の領域に、Ｔａ２Ｏ５を含む酸化皮膜２０を任意の厚さで形成することができる。
【０１１７】
図１１では、ノズル本体５１を１本のみ示すが、これに限らず、複数のノズル本体５１をシース６内に挿入し、各ノズル本体５１を個別に移動させる構成としてもよい。ノズル本体５１は、シース６の対向する面の間を移動するだけでなく、対向する面と面の間で移動可能に構成してもよい。つまり、ノズル本体５１は、対向する二つの面のうちいずれか一方のみに接触するように、移動させることができる。
【０１１８】
タンク５７内の酸性水溶液３０は、ポンプ５８によって加圧され、供給管５６を通ってノズル本体５１に供給される。ノズル本体５１に供給された酸性水溶液３０は、複数のノズル５２から、シース６の内面に接触させた接触部５３内へ噴出して吸収される。ポンプ５８は、酸性水溶液３０をノズル５２を通じて接触部５３の全体に浸透できる程度に、酸性水溶液３０を加圧して吐出する。
【０１１９】
複数のノズル５２を通じて接触部５３に含浸された酸性水溶液３０は、接触部５３からシース６の所定の内表面に接触し、シース６に含まれるタンタル（Ｔａ）を酸化して、Ｔａ２Ｏ５を含む酸化皮膜２０を形成させる。
【０１２０】
ポンプ５８とノズル本体５１とによって、常に、接触部５３に酸性水溶液３０を浸透させることにより、シース６の内表面のうち接触部５３に接する表面に存在するＴａが酸化される。これにより、シース６に対して、Ｔａ２Ｏ５を含む酸化皮膜２０を、部分的にまたは全体的に、形成することができる。
【０１２１】
ノズル本体５１は、各ノズル５２から酸性水溶液３０を接触部５３内に吐出しながら、走行装置５４とガイドレール５５とによって、シース６の長手方向の一端から他端に向かって所定の速度で移動することもできる。この場合、接触部５３は、シース６に接触しながら、シース６の長手方向一端から他端に向けて移動する。これにより、シース６の内表面に広範囲にわたって、Ｔａ２Ｏ５を含む酸化皮膜２０を形成することもできる。
【０１２２】
このように構成される本実施例も第１実施例と同様の作用効果を奏する。さらに、本実施例では、酸性水溶液３０を含む接触部５３をシース６の内表面に接触させるため、シース６の全表面のうち、任意の領域の面にＴａ２Ｏ５を含む酸化皮膜２０を形成することができる。
【０１２３】
なお、本発明は、上記各実施例に限定されず、様々な変形例を含む。例えば、上記の実施例は、本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、本発明は、必ずしも説明した全ての構成を備える態様に限定されるものではない。例えば、接触部は、刷毛、または筆に置き換えることができる。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能である。また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。さらに、各実施例の構成の一部について、削除したり、他の構成を追加・置換したりすることが可能である。たとえば、ノズル本体、走行装置、供給管、ポンプを削除して、作業者が酸性水溶液を含ませた接触部をシースの内面に接触させながら移動するという手動作業によって、酸化皮膜を形成することができる。
【符号の説明】
【０１２４】
１：原子炉制御棒、３Ｕ，３Ｌ：ハフニウム部材、６：シース、１６：隙間、２０：Ｔａ２Ｏ５を含む酸化皮膜、２１：原子炉構造部材の材料、３０：酸性水溶液
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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