(57)【要約】【課題】ＢＷＲ発電プラントにおけるタービン系への放射性窒素移行量を低減して作業員の被ばく低減を図る。【解決手段】沸騰水型原子炉１の原子炉再循環系ライン５、原子炉冷却材浄化系ライン７、給水ライン８または原子炉残留熱除去系ライン１１の少なくとも一箇所から酸化性ラジカルを生成する物質、例えば酸化チタンを冷却水中に注入する。注入された酸化チタン表面で生成するＯＨなどの酸化性ラジカルにより、窒素化合物は酸化され、液相で安定な形態となり、タービン系への放射性窒素の移行量が減少する。これにより、タービン系での線量が低下し、作業員の被ばくを低減できる。【選択図】　図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
沸騰水型原子炉内を流れる冷却水中に酸化性ラジカルを生成する物質を添加することを特徴とするタービン系の線量低減方法。
【請求項２】
前記酸化性ラジカルを生成する物質の反応は触媒反応であることを特徴とする請求項１記載のタービン系の線量低減方法。
【請求項３】
前記酸化性ラジカルを生成する物質は半導体であることを特徴とする請求項１記載のタービン系の線量低減方法。
【請求項４】
前記半導体はｎ型半導体であることを特徴とする請求項３記載のタービン系の線量低減方法。
【請求項５】
前記ｎ型半導体はＴｉＯ２，ＰｂＯ，ＢａＴｉＯ３，Ｂｉ２Ｏ３，ＺｎＯ，ＷＯ３，ＳｒＴｉＯ３，Ｆｅ２Ｏ３，ＦｅＴｉＯ３，ＫＴａＯ３，ＭｎＴｉＯ３，ＳｎＯ２，ＺｒＯ２，ＣｅＯ２，Ｉｎ２Ｏ３から選択された少なくとも一種からなることを特徴とする請求項４記載のタービン系の線量低減方法。
【請求項６】
前記酸化性ラジカルを生成する物質の冷却水中への添加は前記原子炉の定常運転時に連続的または断続的に行うことを特徴とする請求項１記載のタービン系の線量低減方法。
【請求項７】
前記酸化性ラジカルを生成する物質の冷却水中への添加は前記原子炉の起動時、中間停止時、停止時または定期検査時に行うことを特徴とする請求項１記載のタービン系の線量低減方法。
【請求項８】
前記酸化性ラジカルを生成する物質の添加位置は前記原子炉内冷却水が循環し、炉心部に到達する配管の少なくとも一箇所であることを特徴とする請求項１記載のタービン系の線量低減方法。
【請求項９】
前記酸化性ラジカルを生成する物質の添加位置は給水系、炉水浄化系出口、再循環系及び残留熱除去系の少なくとも一箇所であることを特徴とする請求項１記載のタービン系の線量低減方法。
【請求項１０】
前記酸化性ラジカルを生成する物質を、原子炉冷却水中濃度計測系からその計測データを前記注入制御システム、温度、流量浄化系流量の制御系にフィードバックして、前記冷却水中に添加することを特徴とする請求項６または７記載のタービン系の線量低減方法。
【請求項１１】
前記酸化性ラジカルを生成する物質を、タービン系線量率のデータを前記注入制御システム、温度、流量、流路、浄化系流量の制御系にフィードバックして、前記冷却水中に添加することを特徴とする請求項６または７記載のタービン系の線量低減方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、沸騰水型軽水炉において、冷却水中への触媒物質を添加することにより、放射性窒素に起因するタービン系の線量を低減させるタービン系の線量低減方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
沸騰水型原子力発電プラントには、図７に示したように種々の配管系統が設置されている。図７において、符号１は沸騰水型原子炉（以下、原子炉と記す）で、原子炉１内に炉心２が設置されている。原子炉１には炉心２の中で発生する水蒸気をタービン３に供給する主蒸気ライン４が接続されている。また、原子炉１には冷却水を炉心２内に強制循環させるための原子炉再循環系ライン（以下、ＰＬＲラインと記す）５が接続し、ＰＬＲライン５にはＰＬＲポンプ６が設置されている。
【０００３】
ＰＬＲライン５の出口側とＰＬＲポンプ６との間から分岐して原子炉１内の冷却水を浄化するための原子炉冷却材浄化系ライン（以下、ＣＵＷラインと記す）７の一端が接続し、ＣＵＷライン７の他端は給水ライン８に接続している。給水ライン８は原子炉１に接続し、炉心２に冷却水を供給する。ＣＵＷライン７にはＣＵＷポンプ９とろ過脱塩器等の浄化系装置１０が設置されている。
【０００４】
ＰＬＲポンプ６の吐出側配管とＣＵＷポンプ９の吸込側配管との間には原子炉残留熱除去系ライン（以下、ＲＨＲラインと記す）１１がバイパス接続し、ＲＨＲライン１１にはＲＨＲポンプ１２とＲＨＲ熱交換器１３が接続されている。減速材、冷却材として水が使用されており、原子炉１内の炉心２で加熱された冷却水は蒸気となってタービン３に導かれ、図示しない発電機を回転して発電させている。
【０００５】
冷却水に含まれる酸素原子は原子炉内の中性子との核反応、Ｏ（ｎ，ｐ）Ｎにより、放射性窒素である１６Ｎとなる。生成された窒素は冷却水中での化学反応によりＮＯ，ＮＯ２，ＮＨ３などの揮発性の高い物質となった場合には蒸気とともにタービンに移行する。この１６Ｎは、発生するガンマ線のエネルギーが６．１ＭｅＶおよび７．１ＭｅＶと高いことから、タービン系での線量上昇の原因となっている。
【０００６】
一方、原子炉構造材の応力腐食割れやき裂進展を防ぐため、材料の腐食電位を低下させる方法として、近年いくつかのプラントで炉水中に水素を注入する技術が適用されている。この結果、液相中で安定である炉水中の硝酸イオン、亜硝酸イオンなどが還元されて上記のような揮発性の形態となり、より線量が上昇する可能性があった。
【０００７】
この可能性を極力少なくし、なおかつ構造材の応力腐食割れやき裂進展を防ぐために、貴金属を炉水へ添加し、構造材へ貴金属を付着させ少量の水素注入で腐食電位を低下させる方法が提案されている。これは白金等の貴金属が電位の低い水素の可逆反応を選択的に捕らえる性質を利用したもので、貴金属を構造材に付着させることにより、少量の水素注入で腐食電位の低下を図るものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、貴金属を利用した方法であると、水素の反応が重要であり水素の添加は回避できず設備等に大きな負荷がかかり、設備上の課題がある。また、水素の添加により若干のタービン系線量率の上昇が起こり得る可能性がある。さらに、貴金属の添加を実プラントで実施する場合、燃料材料のジルコニウム酸化皮膜上にも貴金属が付着するため、燃料材料の酸化および水素化が増大する可能性が懸念される。この影響は、燃料の燃焼度を高めることに負の作用を及ぼすため貴金属の注入量を少なくするとともに、高価な貴金属の使用量を少なくする、ないしは貴金属に替わる物質の開発が重要となっている。
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、燃料材料の酸化、水素化に影響を与えることなく、タービン系への放射性窒素の移行を低減することができるタービン系の線量低減方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、沸騰水型原子炉内を流れる冷却水中に酸化性ラジカルを生成する物質を添加することを特徴とする。
請求項２に係る発明は、前記酸化性ラジカルを生成する物質の反応は触媒反応であることを特徴とする。
【００１１】
請求項３に係る発明は、前記酸化性ラジカルを生成する物質は半導体であることを特徴とする。
請求項４に係る発明は、前記半導体はｎ型半導体であることを特徴とする。
【００１２】
請求項５に係る発明は、前記ｎ型半導体はＴｉＯ２，ＰｂＯ，ＢａＴｉＯ３，Ｂｉ２Ｏ３，ＺｎＯ，ＷＯ３，ＳｒＴｉＯ３，Ｆｅ２Ｏ３，ＦｅＴｉＯ３，ＫＴａＯ３，ＭｎＴｉＯ３，ＳｎＯ２，ＺｒＯ２，ＣｅＯ２，Ｉｎ２Ｏ３から選択された少なくとも一種からなることを特徴とする。
請求項６に係る発明は、前記酸化性ラジカルを生成する物質の冷却水中への添加は前記原子炉の定常運転時に連続的または断続的に行うことを特徴とする。
【００１３】
請求項７に係る発明は、前記酸化性ラジカルを生成する物質の冷却水中への添加は前記原子炉の起動時、中間停止時、停止時または定期検査時に行うことを特徴とする。
【００１４】
請求項８に係る発明は、前記酸化性ラジカルを生成する物質の添加位置は前記原子炉内冷却水が循環し、炉心部に到達する配管の少なくとも一箇所であることを特徴とする。
【００１５】
請求項９に係る発明は、前記酸化性ラジカルを生成する物質の添加位置は給水系、炉水浄化系出口、再循環系及び残留熱除去系の少なくとも一箇所であることを特徴とする。
【００１６】
請求項１０に係る発明は、前記酸化性ラジカルを生成する物質を、原子炉冷却水中濃度計測系からその計測データを前記注入制御システム、温度、流量浄化系流量の制御系にフィードバックして、前記冷却水中に添加することを特徴とする。
【００１７】
請求項１１に係る発明は、前記酸化性ラジカルを生成する物質を、タービン系線量率のデータを前記注入制御システム、温度、流量、流路、浄化系流量の制御系にフィードバックして、前記冷却水中に添加することを特徴とする。
【００１８】
本発明では、酸化性ラジカルを生成する物質に熱、光、または放射線で励起される半導体の性質を利用して半導体物質を使用する。すなわち、冷却水中に半導体物質を注入すると、ＯＨなどの酸化性ラジカルが生成し、酸化性ラジカルを冷却水中の窒素化合物と反応させる。これにより、揮発性の窒素化合物が不揮発性となり、タービン系への放射性窒素の移行を低減することができる。
【００１９】
図１に放射線場における窒素化合物の反応スキームを示す。窒素は放射線場の水中で様々な化合物となることが知られており、各化合物は酸化還元反応により価数が変化する。これらの化合物のうち、ＮＯ、ＮＯ２、ＮＨ３は揮発性であり、気相への移行量が多く、タービン系の線量増加の原因となる。
【００２０】
一方、冷却水中に光触媒であるＴｉＯ２のような半導体が存在する場合、図２に示すような反応により水中に酸化性のラジカルであるＯＨ、Ｏ２−、ＨＯ２等が生成される。図２は光触媒による半導体表面におけるフリーラジカルの生成状態を説明する模式図である。このうち、ＯＨラジカルは、上記の揮発性窒素化合物と以下の酸化反応をする。
ＮＯ　＋　ＯＨ　→　ＮＯ２−　＋　Ｈ＋
ＮＯ２　＋　ＯＨ　→　ＨＮＯ３
ＮＨ３　＋　ＯＨ　→　ＮＨ２　＋　Ｈ２Ｏ
【００２１】
同様に、Ｏ２−ラジカルおよびＨＯ２ラジカルは、以下の反応により、窒素化合物の酸化をするとともに、ＯＨラジカルの生成にも寄与する。
ＮＯ２　＋　Ｏ２−　→　ＮＯ２−　＋　Ｏ２
Ｏ２−　＋　２Ｈ＋　＋　ｅ−　→　Ｈ２Ｏ２
Ｈ２Ｏ２　＋　Ｏ２−　→　ＯＨ　＋　ＯＨ−　＋　Ｏ２
ＨＯ２　＋　Ｏ２−　→　ＨＯ２−　＋　Ｏ２
ＨＯ２　＋　ＯＨ　→　Ｏ２　＋　Ｈ２Ｏ
ＮＨ２　＋　Ｏ２　→　ＮＨ２Ｏ２　→　ＮＯ　＋　Ｈ２Ｏ
【００２２】
以上の反応で発生する酸化性ラジカルにより、揮発性窒素化合物は酸化され不揮発性となり、タービン系への移行量が低下するため、タービン系の線量を低減することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
図３により本発明に係るタービン系の線量低減方法の第１の実施の形態を説明する。
図３は密閉容器内にアンモニア水と放射線や光照射により酸化性ラジカルを生成する物質として酸化チタンを封入し、Ｃｏ−６０ガンマ線で照射した前後の気相中のアンモニア濃度を測定した結果を相対値で示している。
【００２４】
図３から明らかなようにガンマ線照射前と照射後では、気相中のアンモニア濃度は有意に減少することが認められる。これは照射により生成した酸化性ラジカルと液相中のアンモニアが反応して、アンモニアが酸化されて減少し、その結果気相中のアンモニアが液相に移行することによる。
【００２５】
本実施の形態は図３の結果に基いて沸騰水型原子炉の冷却水に適用することにより、前述した反応により、気相中のアンモニアが減少し、タービン系への移行量が低下するため、タービン系の線量を低減させることができる。
【００２６】
つぎに、図４により本発明に係るタービン系の線量低減方法の第２の実施の形態を説明する。
図４は本実施の形態を説明するための系統図であるが、図４中、図７と同一部分には同一符号を付して重複する部分の説明は省略する。
【００２７】
図４中、符号１４は注入制御システムで、この注入制御システム１４は注入ポンプ１５により酸化性フリーラジカルを生成する物質を注入ライン１６を通してＰＬＲライン５、ＣＵＷライン７および給水ライン８の注入点１７に注入するためのシステムである。
【００２８】
酸化性フリーラジカルを生成する物質としては半導体であり、また半導体としてはｎ型半導体であり、ｎ型半導体としてはＴｉＯ２，ＰｂＯ，ＢａＴｉｏ３，Ｂｉ２Ｏ３，ＺｎＯ，ＷＯ３，ＳｒＴｉＯ３，Ｆｅ２Ｏ３，ＦｅＴｉＯ３，ＫＴａＯ３，ＭｎＴｉＯ３，ＳｎＯ２，ＺｒＯ２，ＣｅＯ２，Ｉｎ２Ｏ３から選択された一種からなるものを使用する。なお、本実施の形態では上記各ｎ型半導体のうち代表的な例として酸化チタン（ＴｉＯ２）について説明する。
注入制御システム１４には注入ポンプ１５及び注入ライン１６が接続し、注入ライン１６はＰＬＲライン５、給水ライン８及びＣＵＷライン７の注入点１７まで延在している。
【００２９】
また、符号１８は測定システムで、ＣＵＷポンプ９の吸込側配管とＲＨＲポンプ１２の吸込側配管にはサンプリング点１９が設けられ、このサンプリング点１９にサンプリングライン２０が接続し、サンプリングライン２０は測定システム１８に接続している。測定システム１８は炉水の導電率やｐＨおよび不純物イオン濃度を測定し、当該炉水水質を測定し、原子炉１の健全性の確認を行っている。
【００３０】
原子炉１内の冷却水中に酸化チタンを添加することによって、タービン系の線量を低減する場合、酸化チタンの３ヶ所の注入点１７の内のどれかまたは全てから注入される。
【００３１】
本実施の形態によれば、酸化チタンの冷却水中への注入または添加は原子炉の定常運転中に継続して連続的、または断続的に行うことができる。また、定常運転中以外にも、起動時、中間停止時、停止時または定期検査時において注入することも可能である。このようにして、原子炉の健全性を損なわずに炉心部での酸化チタン濃度を制御し、タービン系の線量を低減させることが可能である。
なお、酸化チタンの添加位置は上記３ヶ所以外に原子炉内冷却水が循環し炉心２部に到達する配管の少なくとも１ヶ所に設けることもできる。
【００３２】
つぎに図５により本発明に係るタービン系の線量低減方法の第３の実施の形態を説明する。なお、図５中、図４及び図７と同一部分には同一符号を付して重複する部分の説明は省略する。
【００３３】
本実施の形態が第１の実施の形態と異なる点は、測定システム１８に添加物濃度測定システム２３を接続し、この添加物濃度測定システム２３と注入制御システム１４とを信号ライン２１により接続したことにある。その他の部分は第１の実施の形態と同様である。添加物濃度測定システム２３は酸化チタン等の添加物の炉水、つまり冷却水中の濃度を計測する系である。
【００３４】
原子炉１内の冷却水中に酸化チタンを添加することによって、タービン系の線量を低減する場合、酸化チタンは注入点１７の内のどれかあるいはすべてから注入されて、一部は配管等に付着し、残りの大部分はＣＵＷライン７に設置されている浄化系装置１０によって炉水中から除去される。
【００３５】
従って、炉心２部での酸化チタン濃度は材料表面への付着と注入量と浄化のバランスによって決定する。そのため、炉心２部での酸化チタンの濃度制御は、注入ポンプ１５とＣＵＷポンプ９の流量を制御することによって可能となる。ほとんどの原子炉は健全性確認のために導電率やｐＨおよび不純物イオン濃度を測定できる水質の測定システム１８を持っている。
【００３６】
この測定システム１８から添加物濃度システム２３に測定データを送信し、この測定データから添加物濃度測定システム２３が酸化チタンの濃度を測定し、この酸化チタン測定データを信号ライン２１を通して注入制御システム１４に送信し、また原子炉１の運転システムにフィードバックする。測定システム１８で測定された酸化チタンと不純物濃度が目標値を超えた場合には注入ポンプ１５の流量を低下させ、ＣＵＷポンプ９の流量を増加させる。
【００３７】
酸化チタン濃度のみが目標値を越えた場合には注入ポンプ１５の流量のみを低下させる。酸化チタン濃度が低いにもかかわらず増加傾向になく、不純物濃度が目標値よりも小さい場合には注入ポンプ１５の流量を増加させ、目標値よりも高い場合には注入ポンプ１５、ＣＵＷポンプ９ともに流量を増加させる。
【００３８】
本実施の形態によれば、上述した操作を行うことによって、原子炉の健全性を損なわずに炉心部での酸化チタン濃度を制御し、タービン系の線量を低減させることができる。なお、添加物濃度測定システム２３での濃度測定データは注入制御システム１４のほかに温度、流量、流路、浄化系などの制御系にフィードバックすることもできる。
【００３９】
つぎに図６により本発明に係るタービン系の線量低減方法の第４の実施の形態を説明する。なお、図６中、図５及び図７と同一部分には同一符号を付して重複する部分の説明は省略する。
【００４０】
本実施の形態が第３の実施の形態と異なる点は、タービン３と注入制御システム１４との間に信号ライン２２を設けたことにある。すなわち、図６において、注入点１７の内のどれかあるいは全てから注入された酸化チタンは、一部が配管等に付着するため、運転に伴い炉心２部での酸化チタン濃度は減少する。
【００４１】
タービン３においては線量率が常時モニタリングされている。このモニタリングシステムのデータを注入制御システム１４と原子炉１の運転システムにフィードバックをする。タービン系の線量率が基準値を越えた場合には、注入ポンプ１５の流量を増加させる。
【００４２】
なお、タービン系線量率のデータを前記注入制御システム１４のほかに、温度、流量、流路、浄化系流量の制御系にフィードバックして前記冷却水中に酸化チタンを添加することもできる。
本実施の形態によれば、上述したような操作を行うことによって、炉心２部での酸化チタン濃度を制御し、タービン３系の線量を低減させることができる。
【００４３】
【発明の効果】
本発明によれば、沸騰水型原子炉を流れる冷却水中に、酸化性ラジカルを生成する物質を添加することにより、揮発性の放射性窒素化合物を不揮発性化合物にし、その結果、タービン系の線量を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の作用を説明するための放射線場における窒素酸化物の反応スキームを示す行程図。
【図２】同じく光触媒による半導体表面におけるフリーラジカルの生成を説明するための模式図。
【図３】本発明の第１の実施の形態を説明するための棒線図。
【図４】本発明の第２の実施の形態を説明するための系統図。
【図５】本発明の第３の実施の形態を説明するための系統図。
【図６】本発明の第４の実施の形態を説明するための系統図。
【図７】沸騰水型原子炉に接続する各種系統を説明するための概略系統図。
【符号の説明】
１…原子炉、２…炉心、３…タービン、４…主蒸気ライン、５…原子炉再循環系（ＰＬＲ）ライン、６…原子炉再循環系（ＰＬＲ）ポンプ、７…原子炉冷却材浄化系（ＣＵＷ）ライン、８…給水ライン、９…原子炉冷却材浄化系（ＣＵＷ）ポンプ、１０…浄化系装置、１１…原子炉残留熱除去系（ＲＨＲ）ライン、１２…原子炉残留熱除去系（ＲＨＲ）ポンプ、１３…ＲＨＲ熱交換器、１４…注入制御システム、１５…注入ポンプ、１６…注入ライン、１７…注入点、１８…測定システム、１９…サンプリング点、２０…サンプリングライン、２１，２２…信号ライン、２３…添加物濃度測定システム。
【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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