(57)【要約】【課題】分子、原子状態の核分裂生成粉物（ＦＰ）の吸着や拡散の高温における防止策はなかった。そのため、これらの機器の保守点検時には、作業員のＦＰによる被曝が問題となっていた。２００℃以下の場合には、紙やチフロン製のフィルターによりＦＰの除去が現行技術で行われている。【解決手段】Ｎｉ基耐熱合金材料表面に形成された耐熱セラミック被覆膜に核分裂により生じた放射性核種（ＦＰ）をプレートアウト（凝着・付着）することにより、ＦＰと金属材料との化学反応をふせぐとともにＦＰの拡散を防ぐ。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
８００℃以上の高温において、核分裂により生じた放射性核種がＮｉ基耐熱合金製の構造体表面へ凝着・付着するのを防止する耐熱セラミックス薄膜の被覆層の形成方法。
【請求項２】
アルミナやジルコニアよりなる緻密で、凹凸のない均一な耐熱セラミックス薄膜の被覆層を形成させる請求項１記載の方法。
【請求項３】
セラミックス薄膜の被覆層が、８００℃の高温から水中に投入しても剥離しない請求項１又は請求項２記載の方法。
【請求項４】
セラミックス薄膜の被覆層が、１１０ｍＡｇ、１３７Ｃｓ、（１３１＋１３３）Ｉの核分裂により生じた放射性核種と化学結合をしない請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
電子銃からの電子ビームをセラミックス形成用ターゲット材に照射して加熱蒸発してＮｉ基耐熱合金に蒸着させ、その耐熱合金表面に緻密で凹凸のない均一な耐熱セラミックス薄膜の被覆層を形成することにより、８００℃以上の高温において、核分裂により生じた放射性核種の凝着・付着を防止するためのＮｉ基耐熱合金表面への耐熱セラミックス薄膜の被覆層を形成」する方法。
【請求項６】
空気圧縮器、Ｎ２発生器及びタンクを備えたガス供給器、Ａｇ蒸発器、試験セクション及び冷却セクションから構成され、Ａｇ蒸発器内でＡｇが加熱され、発生したＡｇ蒸気がガス供給器からのＮ２ガスにより、試験セクションに供給され、その内部の各サンプリング位置で凝着・付着し、試験セクションを出たガスは冷却器及びフィルタートラップにおいて冷却され、Ａｇ蒸気を冷却、凝縮、回収した後に放出されることからなる、核分裂により生じた放射性核種の凝着・付着を模擬するための試験法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、核分裂より生じた放射性核種（ＦＰ）が凝着・付着（プレートアウト）しても、ＦＰとの化学反応も生じることのない、Ｎｉ基耐熱合金表面に形成された耐熱セラミック被覆膜に関するものである。即ち、本発明のセラミックス薄膜からなる被覆層は緻密で凹凸がないので、ＦＰが被覆層に凝着・付着することが少なく、又凝着・付着しても被覆層を浸透して合金材中に拡散することがなく、更に又凝着・付着しても被覆層と反応することがないものである。かかる被覆膜は、ＦＰの発生する原子力産業だけでなく、一般産業、民生分野等の広範囲での利用が可能である。
【０００２】
【従来の技術】
原子炉から発生するＦＰ（例えば、１１０ｍＡｇ、１３７Ｃｓ、（１３１＋１３３）Ｉ等の核分裂により生じた放射性核種）は、原子炉冷却用の約９００℃のヘリウム冷却材中を極めて希薄な濃度で流れている。これらは、原子炉構造体表面温度が９００℃以上と高いため、構造体表面中に拡散しやすく、しかも原子炉には配管や熱交換器等の反応表面積の大きな低温構造体があるため、それらの材料表面にＦＰがプレートアウトし易い。
【０００３】
又、高温ガス炉用の従来のガスタービンの被覆技術では、溶射法によって、基材、中間セラミックス材及び表面セラミックス材からなる三層構造の被覆層としてガスタービンブレード等に数ｍｍの厚みで吹き付けるのが一般的であった。この溶射法による被覆層では、分子、原子級のＦＰ元素がタービンブレードに付着するのを防止することができなかった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これら分子、原子状態のＦＰの吸着や拡散の高温における防止策はなかった。そのため、これらの機器の保守点検時には、作業員のＦＰによる被曝が問題となっていた。又、２００℃以下の場合には、紙やチフロン製のフィルターによりＦＰの除去が現行技術で行われている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、８００℃以上の高温場における希薄なＦＰの凝着・付着に基づく反応や拡散による構造体表面へのプレートアウトを防止することである。即ち、本発明においては、Ｎｉ基耐熱合金材料表面に極めて緻密で均一なセラミックス薄膜の被覆層を形成させることにより、ＦＰが合金材料表面に凝着・付着されても、ＦＰの合金材料との化合物化及びその材料への拡散を防ぐことができる。
【０００６】
本発明のセラミックス被覆層は、緻密性で、凹凸のない（数ナノｍ級の平坦度である）均一組織のものであるので、分子、原子級のＦＰの凝着・付着を防止することができるものである。これに対し、従来の被覆層では、ＦＰ蒸気が被覆層の気孔等を通過して基材合金と反応したり、また表面に凹凸がであるためにＦＲが付着してしまう。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１に、Ａｌ２Ｏ３をＮｉ基耐熱合金に被覆した試験片に対して加熱冷却を繰り返した際に、その被覆膜に亀裂又は剥離が発生した時の繰返し回数が示されている。即ち、図１は、セラミックス被覆材の繰り返し熱衝撃試験の結果である。これによると、加熱冷却間の温度差が少ない程繰り返し回数が高いことが示されている。
【０００８】
図２に、ＦＰプレートアウト試験装置が示される。この試験装置は、ガス供給器（１）、Ａｇ蒸発器（２）、フィルター試験セクション（３）及び冷却セクション（４）から構成されている。ガス供給器（１）は、空気圧縮器、Ｎ２発生器及びタンクから構成され、空気圧縮器からの空気がＮ２発生器において窒素と酸素に分離され、分離された窒素がタンクに貯蔵される。Ａｇ蒸発器（２）では、るつぼに設置されたＡｇ製メッシュが加熱器で加熱され、Ａｇ蒸気が発生され、ガス供給器からのＮ２ガスに混合される。
【０００９】
フィルター試験セクション（３）には、Ａｇ付着量のサンプリング位置として、Ａｇ蒸発器出口♯１、フィルター試験セクションの入口♯２、そのセクションの底部♯３、フィルター１、フィルター試験セクションの中央♯４、フィルター２、フィルター試験セクションの頂部♯５、冷却器♯６、及びフィルタートラップ♯７が設置されている。
【００１０】
図２において、加熱器１及び２を備えたＡｇ蒸発器（２）内で、Ａｇが加熱され、発生したＡｇ蒸気が、ガス供給器（１）からのＮ２ガスにより、フィルター試験セクション（３）に供給され、その内部の上記各サンプリング位置で付着する。フィルター試験セクションを出たガスは、冷却器１、冷却器２及びフィルタートラップにおいて冷却され、Ａｇ蒸気を冷却、凝縮、回収した後に放出される。
【００１１】
図３には、Ａｇ蒸発器の内部構造が示されており、ハステロイ合金製の耐熱管内にるつぼ保持体が挿入され、その保持体内部のるつぼ内にＡｇメッシュが配置され、加熱器により加熱されてＡｇ蒸発を生し、Ａｇ蒸気はガス供給器からのＮ２ガスによりフィルター試験セクションに供給される。
【００１２】
図４に、Ｎｉ基耐熱合金片に耐熱セラミック被覆を施した試験片の配置される試験セクションの内部構造を示している。被覆試験片がフィルター上に配置され、
これにＡｇ蒸気含有Ｎ２ガスが下方から上方に通され、その試験片へのＡｇのプレートアウト試験が行われる。
【００１３】
表２には、図２のＦＰプレートアウト試験装置内にＮｉ基耐熱合金片に耐熱セラミック被覆を施した試験片を配置し、その試験片にＡｇ蒸気含有ガスを流した際に、その試験装置の種々の位置におけるＡｇの付着捕集量が示されている。それによると、例えは、試験１においては、Ｎ２ガス温度が１０８３Ｋである場合、Ａｇメッシュの損失量が２０６μｇであり、これに対し装置内の蒸発器出口＃１等に沈着捕集されたＡｇの全量は１８４．９μｇであり、その殆どが装置内部に付着捕集されていることが分かる。しかも、ガス出口＃７から放出されるＡｇは１．２μｇである。したがって、装置外に放出されるＡｇは極わずかであるのが判明した。
【００１４】
【表２】
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【００１５】
【実施例】
（ア）薄膜製膜試験
表１の組成のＮｉ基耐熱合金基板表面に、イオンプレーティングによりアルミナ又はジルコニア薄膜を蒸着させた。イオンプレーティング条件は３．５×１０５Ｐａ以下の真空中の真空チャンバー内で６点ハース電子銃蒸発源により基板温度
６７３Ｋにて実施した（電子銃からのビームを蒸発用ターゲット材に照射して加熱蒸発させて基板に蒸着させた）。
【００１６】
【表１】
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【００１７】
Ｎｉ基耐熱合金基板表面上に上記イオンプレーティングによりアルミナ又はジルコニア薄膜を形成した被覆試験片を得た。その被覆膜は、透明であるが、空気中で８００℃に加熱することにより酸化被膜が形成して黒ずんだ。
【００１８】
（イ）熱衝撃試験
得られた上記被覆試験片を８００℃で加熱後、水中投下させる熱衝撃試験を行った。この熱衝撃試験を繰り返し行った揚合に被覆膜に亀裂や剥離の生じる繰り返し回数と加熱冷却温度差との関係を図１に示す。アルミナ被覆の揚合、熱衝撃特性がかなり優れていることが分かった。
【００１９】
（ウ）模擬ＦＰプレートアウト試験
希薄濃度の銀蒸気を高温ガス中に発生させて原子炉システム内のＦＰのプレートアウトを模擬し、被覆試験片のプレートアウト防止効果を調べた。図２に試験装置全休の概念図、図３に銀蒸気発生部を示し、そして図３に銀蒸気発生部において銀メッシュをセラミックス坩堝に入れて加熱する状態を示す。図４に被覆試験片のフィルター試験セクションの収納部構造を示す。
【００２０】
表２に試験装置部（セクション）における銀蒸気のプレートアウト状況を示す。表３に被覆試験片の銀蒸気のプレートアウト状況をまとめた。アルミナ被覆材においては、熱衝撃サイクルによる亀裂が原因でプレートアウトが認められるものの、そうでない場合は非被覆材共にプレートアウトは生じない。
【００２１】
【表３】
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【００２２】
【発明の効果】
本発明は、耐熱金属表面に緻密で均一な耐熱被覆ができることから、強酸を扱う化学プラントの酸化防止や衝撃緩和のための被覆技術として、時計や食器への被覆などの極めて波及効果が高い技術である。
【図面の簡単な説明】
【図１】被覆膜に亀裂や剥離の生じる繰り返し回数と加熱冷却温度差との関係を示す図である。
【図２】模擬ＦＰプレートアウト試験装置の概念図を示す図である。
【図３】試験装置内の銀蒸気発生部及び銀メッシュをセラミックス坩堝にいれた状態を示す図である。
【図４】被覆試験体試験加熱部を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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