(57)【要約】本発明は交換機構によって表面の汚染を除去し又は防止する方法に関する。汚染物質Ｚ１によって汚染された表面の汚染除去をなす方法は、汚染物質Ｚ１の表面上の固定部位において、汚染物質Ｚ１がこれら固定部位上の化学種Ｚ２によって置換される交換機構によって汚染物質Ｚ１を置換可能な化学種Ｚ２を含む水溶液と表面を接触させ、このように置換された汚染物質Ｚ１を含む水溶液を、汚染除去がなされた表面から分離することを特徴とする。上記装置はＮａ＋イオンからなる化学種Ｚ２によってセシウムに汚染されたステンレス鋼表面の汚染除去をなすために使用される。【特許請求の範囲】
【請求項１】
汚染物質Ｚ１によって汚染された表面の汚染除去をなす方法において、汚染物質Ｚ１の表面上の固定部位において、汚染物質Ｚ１がこれら固定部位上の化学種Ｚ２によって置換される交換機構によって汚染物質Ｚ１を置換可能な化学種Ｚ２を含む水溶液と表面を接触させ、このように置換された汚染物質Ｚ１を含む水溶液を、汚染除去がなされた表面から分離することを特徴とする方法。
【請求項２】
汚染された表面上の汚染物質Ｚ１の固定部位が、該表面上に存在する官能基Ｆから構成され、これら官能基Ｆと反応可能な化学種Ｚ２が用いられ、化学種Ｚ２は、基Ｆとのこれらの種の反応の平衡定数Ｋ２が、基Ｆとの汚染物質Ｚ１の反応の平衡定数Ｋ１よりも大なるものである、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
汚染除去がなされた表面を水で洗い流し乾燥させる、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
汚染物質Ｚ１と化学種Ｚ２がイオンである、請求項１ないし３の何れか１項に記載の方法。
【請求項５】
表面が金属表面である、請求項１ないし４の何れか１項に記載の方法。
【請求項６】
金属表面がステンレス鋼製である、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
官能基ＦがＣｒＯ基であり、汚染物質Ｚ１がセシウム又はコバルトイオンであり、化学種Ｚ２がナトリウム及び／又はカリウムイオンである、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
水溶液が、１０−８から３ｇ／ｌのナトリウム及び／又はカリウム全濃度のＮａ＋及び／又はＫ＋イオンの溶液である、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
表面上への汚染物質Ｚ１の固定を防ぐための表面処理方法において、該表面上の汚染物質Ｚ１の固定部位を占有可能で、続いて汚染物質Ｚ１によるこれらの部位から置換され得ない化学種Ｚ２を含む水溶液に表面を接触させることを特徴とする方法。
【請求項１０】
汚染物質Ｚ１の固定部位が、該表面上に存在する官能基Ｆから構成され、これら官能基Ｆと反応可能な化学種Ｚ２が用いられ、化学種Ｚ２は、基Ｆとのこれらの種の反応の平衡定数Ｋ２が、基Ｆとの汚染物質Ｚ１の反応の平衡定数Ｋ１よりも大なるものである、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
汚染物質Ｚ１と化学種Ｚ２がイオンである、請求項９又は１０に記載の方法。
【請求項１２】
表面が金属表面である、請求項９ないし１１の何れか１項に記載の方法。
【請求項１３】
金属表面がステンレス鋼製である、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
官能基ＦがＣｒＯ基であり、汚染物質Ｚ１がセシウム又はコバルトイオンであり、化学種Ｚ２がナトリウム及び／又はカリウムイオンである、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
水溶液が、１０−８から３ｇ／ｌのナトリウム及び／又はカリウム全濃度のＮａ＋及び／又はＫ＋イオンの溶液である、請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明の目的は汚染された表面、特に金属表面の汚染を除去する方法である。
これは原子力産業設備の汚染除去、メインテナンス及び解体に利用できる。
【背景技術】
【０００２】
特に原子力産業において、様々な機構が表面汚染除去法に使用されている。
しかして、化学抽出、表面コートの形成、レーザでの汚染除去法、物理的機械的方法、熱的方法、吸引法及び洗浄法に基づく多くの既知の方法がある。
【０００３】
これらの方法のなかで、化学抽出法は汚染除去をなす表面の表層を、該表面から汚染を排除するために腐食させる。これは、酸腐食、酸又は過酸化水素媒質中への溶解、アルカリ塩混合物処理、洗浄剤での苛性処理、有機錯化剤による錯化、酸化、酸化還元及び電解研磨によってなされる。
これらの全方法の目的は汚染除去がなされる表面の表面層、例えば汚染の源である金属の酸化物層を腐食させることにある。
【０００４】
洗浄法は汚染化学種を溶解すると共に汚染除去がなされる表面から表層を溶解させ、もって汚染を除去するための熱水、蒸気、過熱蒸気あるいは超高圧水を含みうる。上述の汚染除去法は文献「Decommissioning Technology Descriptions: Decontamination」エネルギー省(DOE)、２０００年８月１日［１］に記載されている。
【０００５】
上記の方法の殆どは処理表面に対して攻撃性であり、その目的は汚染が存在しているパッシブ層又は酸化物層を除去することにある。従って、メインテナンスでの汚染除去には適しておらず、また汚染除去がなされる材料の表面性状を維持しなければならない場合には適していない。
【０００６】
よって、核燃料サイクル産業において、高温法が使用される場合には非常に厚い酸化物層が存在する恐れのある酸化汚染層の汚染除去の問題がある。この汚染除去は現在は加圧脱塩水での洗浄と研磨によってなされているが、これらの方法は、残留汚染レベルが最大許容限界に近すぎる点で完全には満足できるものではない。更に、これらの方法は表面の磨滅を生じる。
【０００７】
従って、
−  表面の性状を変化させないで保ち、
−  既存の汚染除去設備を使用し、
−  コストを低く抑え、
−  核ゾーンで使用される設備の寿命を延ばし、
−  作業員に蓄積される線量を制限し、
−  管理しやすい廃液を生じ、
−  環境への影響が少ない、
ようにするために、特に金属表面のための、表面汚染除去法が使用できることは有用である。
【発明の開示】
【０００８】
この発明は、汚染表面の錯化特性を利用して上述の目的を達成する、汚染された表面の汚染除去をなす方法に特に利用される。
本発明によれば、汚染物質Ｚ１によって汚染された表面、特に金属表面の汚染除去をなす方法において、汚染物質Ｚ１の表面上の固定部位において、汚染物質Ｚ１がこれら固定部位上の化学種Ｚ２によって置換される交換機構によって汚染物質Ｚ１を置換可能な化学種Ｚ２を含む水溶液と表面を接触させ、このように置換された汚染物質Ｚ１を含む水溶液を、汚染除去がなされた表面から分離することを特徴とする。
【０００９】
この方法は必要とされる方向に、すなわち汚染物質を水溶液中に放出させる方向に汚染物質Ｚ１の化学脱着平衡を向かわせる機構を利用している。これは、汚染除去がなされる表面の物理化学的性質、特に汚染物質Ｚ１と化学種Ｚ２に対するその錯体形成挙動を利用することによって実施される。
先行技術に係る方法は何れも、汚染除去がなされる表面の磨滅又は劣化を使用しないで、水溶液中に汚染物質を排除するというこれら性質を使用するものではない。
【００１０】
一般に、汚染された表面上の汚染物質Ｚ１の固定部位は、該表面上に存在する官能基Ｆから構成される。この場合、これら官能基Ｆと反応可能な化学種Ｚ２が用いられ、化学種Ｚ２は、基Ｆとのこれらの種の反応の平衡定数Ｋ２が、基Ｆとの汚染物質Ｚ１の反応の平衡定数Ｋ１よりも大なるものである。
【００１１】
本発明の一変形例によれば、表面の物理化学的性質を該表面の汚染を防止するために使用することができる。
本発明の他の目的は、表面上への汚染物質Ｚ１の固定を防ぐための表面処理方法において、該表面上の汚染物質Ｚ１の固定部位を占有可能で、続いて汚染物質Ｚ１によるこれらの部位から置換され得ない化学種Ｚ２を含む水溶液に表面を接触させることを特徴とする方法である。
【００１２】
汚染物質Ｚ１の固定部位が、該表面上に存在する官能基Ｆから構成される場合、これら官能基Ｆと反応可能な化学種Ｚ２が用いられ、化学種Ｚ２は、基Ｆとのこれらの種の反応の平衡定数Ｋ２が、基Ｆとの汚染物質Ｚ１の反応の平衡定数Ｋ１よりも大なるものである。
従って、本発明に係る方法を用いるためには、汚染物質Ｚ１に対して処理される表面の錯化特性の要素が利用できなければならず、そして汚染除去がなされる表面から汚染物質Ｚ１を排除する種Ｚ２が選択されなければならない。
【００１３】
汚染物質Ｚ１が官能基Ｆからなる部位に固定されている場合、第一の工程は官能基Ｆと化学的に反応可能な化学種Ｚ２を選択することであり、基Ｆとの汚染物質Ｚ１の反応の平衡定数Ｋ１と、基Ｆとの化学種Ｚ２の反応の平衡定数Ｋ２が、Ｋ２がＫ１よりも大となるような化学種Ｚ２を選択するために決定される。
汚染除去を可能にする化学種Ｚ２の選択後には、種Ｚ２で溶液が飽和するのに十分な濃度でこれらの種を含む水溶液を調製する。
ついで、溶液を、浸漬、加圧又は非加圧での噴霧、並びに処理表面への循環のような任意の既知の手段によって処理される表面に塗布する。
ついで、汚染除去がなされる表面から脱着した汚染物質Ｚ１を捕獲した水溶液を分離する。
【００１４】
好ましくは、汚染除去がなされた表面は更に水で洗い流された後、乾燥される。洗い流しは純水を用いて行うことができ、乾燥は例えば圧縮空気で行うことができる。
本発明に係る方法は、錯化及び／又は吸着特性を持つあらゆる材料、例えば金属、金属合金、プラスチック、ポリマー、更にはある種のガラスの汚染除去に使用することができる。
化学又は物理化学反応によって材料上に固定されたあらゆる汚染物質の脱着に利用できる。この方法によって除去されうる汚染物質の例には金属イオン、特にＣＳ＋、Ｃｏ２＋、Ａｇ＋、Ｐｂ２＋、Ｃｄ２＋等々のイオンが含まれる。
汚染物質Ｚ１がイオンの場合、またイオンからなる化学種Ｚ２をイオン交換機構によって汚染物質を除去するために使用することができる。
【００１５】
例えば、本発明に係る方法はセシウム又はコバルトによって汚染されたステンレス鋼からなる金属表面を処理するために使用することができる。
この場合、セシウム固定部位はＣｒＯ基からなる官能基Ｆであり、使用される化学種Ｚ２はナトリウムイオンでありうる。Ｃｒ-Ｏ-Ｃｓ及びＣｒ-Ｏ-Ｎａ化合物が生成される次の反応：
【化１】
2004533613.tif 000002
の平衡定数Ｋ１及びＫ２が、Ｋ２がＫ１より大きいものであるからである。
従って、セシウムイオンとナトリウムイオンの交換は次の反応式：
【化２】
2004533613.tif 000003
に従って得られる。
この反応は、Ｎａ＋イオンを汚染除去される水性相中に導入することによって、表面の汚染除去が水によってなされる効率を改善できることを示している。
【００１６】
一般に、この汚染除去に使用される水溶液は、１０−８から約３ｇ／ｌと変化するナトリウム及び／又はカリウム全濃度のＮａ＋及び／又はＫ＋イオンの水溶液である。
本発明に係る方法が表面上の汚染物質Ｚ１の固定を防止するための表面処理に使用される場合、使用される化学種Ｚ２は同じようにして選択され、これら化学種Ｚ２を含む水溶液が次に調製され、この溶液が処理される表面に接触させられて、汚染物質Ｚ１の可能な固定部位を化学種Ｚ２で飽和させる。
【００１７】
セシウム又はコバルトによって汚染されうるステンレス鋼の場合、１０−８から３ｇ／ｌのナトリウム及び／又はカリウム濃度のナトリウム及び／又はカリウム水溶液を、またセシウム又はコバルトの固定を防止するために使用することができる。
本発明に係る方法は多くの利点を有する。使用が簡単で効率的である。処理面に対して攻撃性ではなく、除去される汚染に対して選択的である水溶液を使用する。更に、該方法は処理される材料の表面性状を維持する手段を提供し；蒸発させることができ、例えば使用済核燃料再処理設備のガラス固化装置中に導入することができるので、管理が簡単である廃液を生じる。それはまた既存の汚染除去設備において使用することができる。
【００１８】
本発明のその他の特徴と利点は、添付図面を参照して、明らかに例示のためのもので非限定的な実施例である次の説明を読むことによって更に明らかになるであろう。
【実施例】
【００１９】
次は本発明に係る方法を用いてセシウムに汚染された金属ステンレス鋼表面の汚染を除去する方法を説明するもので、上述のイオン交換機能を使用し、Ｎａ＋イオンを用いて表面からＣｓ＋イオンを除去する。
この作業はＮａＯＨ水溶液を使用して行われ、除染係数ＦＤに対するナトリウム濃度の影響が研究される。
セシウムに汚染された幾種かのステンレス鋼サンプルが使用され、５ｘ１０−９モル・Ｌ−１から２ｘ１０−５モル・Ｌ−１と増加するナトリウム濃度のＮａＯＨ水溶液中に２４時間浸漬される。
【００２０】
それぞれの場合、浸漬後の水溶液のセシウム濃度を測定して、試験溶液によって除去された汚染物質量と純水によって除去された量の間の比に対応する除染係数ＦＤを算定する。
得られた結果は添付の図１に示され、ナトリウム濃度（モル・Ｌ−１）の関数としてＦＤの変動を示している。
この図中、曲線の出発点は脱塩水に当てはまる。よって、脱塩水中に少量のナトリウムイオンを添加することによって、ステンレス鋼表面におけるセシウムの汚染除去効率を６０倍以上増大させることができることが分かる。
【００２１】
よって、本発明に係る方法により揮発性セシウムタイプの汚染の除去が可能になる。材料の表面性状の変化は観察されない。
この方法を核燃料サイクル産業において使用すると、処理の終了時点での表面に残留する全汚染を許容基準よりも遙かに低く低減することができ、よって、
−  一回の汚染除去作業だけが必要で、
−  プラント操業コストが低減される。
【００２２】
引用文献
［１］「Decommissioning Technology Descriptions: Decontamination」DOE、２０００年８月１日。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】この汚染除去に使用される水溶液のナトリウム含量の関数として、セシウムイオンに汚染された金属表面の除染係数の変動を示すグラフである。
【図１】
2004533613.tif 000004
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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2004533613.tif 000024