(57)【要約】【課題】本発明においては、実現性が高く、放射性核種の付着が抑制された原子炉構成部材と、原子力プラントの構成部材への放射性核種付着抑制方法並びに原子力プラントの構成部材の成膜装置を提供することを目的とする。【解決手段】上記した目的を達成する本発明においては、原子炉停止後に化学除染により原子炉の炉水に接する表面を除染し露出した後に、原子力プラントの構成部材の水の接する表面にセリウムを含む粒子もしくは膜を形成し、原子力プラントの構成部材の放射性核種の付着を抑制する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面が原子炉の炉水に接する原子力プラントの構成部材であって、原子炉停止後に原子炉の炉水に接する前記表面が除染され露出した後に、セリウムを含む粒子及び皮膜を形成された原子力プラントの構成部材。
【請求項２】
請求項１に記載の原子力プラントの構成部材において、
前記表面を除染し露出させるために化学除染を実施された原子力プラントの構成部材。
【請求項３】
請求項２に記載の原子力プラントの構成部材において、
前記化学除染として、前記表面に対する酸化除染後に還元除染を実行し、還元除染に用いた還元除染液が回収された原子力プラントの構成部材。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の原子力プラントの構成部材において、
セリウムを含む粒子及び皮膜を形成させるために、前記表面にセリウムイオンを含む第１の薬剤と、酸化能力を持つ第２の薬剤と、酸性溶液である第３の薬剤を水に添加して接触させた原子力プラントの構成部材。
【請求項５】
表面が原子炉の炉水に接する原子力プラントの構成部材に対して、原子炉停止後に原子炉の炉水に接する前記表面が除染された後に、セリウムを含む粒子及び皮膜を形成させることを特徴とする原子力プラントの構成部材への放射性核種付着抑制方法。
【請求項６】
請求項５に記載の原子力プラントの構成部材への放射性核種付着抑制方法において、
前記表面の除染は化学除染により行われることを特徴とする原子力プラントの構成部材への放射性核種付着抑制方法。
【請求項７】
請求項５に記載の原子力プラントの構成部材への放射性核種付着抑制方法において、
前記化学除染として、前記表面に対する酸化除染後に還元除染を実行し、還元除染に用いた還元除染液が回収したことを特徴とする原子力プラントの構成部材への放射性核種付着抑制方法。
【請求項８】
請求項５から請求項７のいずれかに記載の原子力プラントの構成部材への放射性核種付着抑制方法において、
セリウムを含む粒子及び皮膜を形成させるために、前記表面にセリウムイオンを含む第１の薬剤と、酸化能力を持つ第２の薬剤と、酸性溶液である第３の薬剤を水に添加して接触させたことを特徴とする原子力プラントの構成部材への放射性核種付着抑制方法。
【請求項９】
請求項８に記載の原子力プラントの構成部材への放射性核種付着抑制方法において、
前記セリウムを含むセリウムイオンを含む第１の薬剤が、セリウムイオンを含む酸性の皮膜形成液であることを特徴とする原子力プラントの構成部材への放射性核種付着抑制方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の原子力プラントの構成部材への放射性核種付着抑制方法において、
前記酸性の皮膜形成液が有機酸を含んでいることを特徴とする原子炉構成部材への放射性核種付着抑制方法。
【請求項１１】
請求項９または請求項１０に記載の原子力プラントの構成部材への放射性核種付着抑制方法において、
前記被膜形成液の温度が６０℃〜１００℃の範囲に含まれる温度に調節されていることを特徴とする原子力プラントの構成部材への放射性核種付着抑制方法。
【請求項１２】
表面が原子炉の炉水に接する原子力プラントの構成部材の表面に膜を形成する為の原子力プラントの構成部材の成膜装置であって、
原子炉停止後に、原子炉の炉水に接する前記原子力プラントの構成部材の表面を除染し露出するための除染手段と、該除染手段の処理後に駆動され、前記原子力プラントの構成部材の表面にセリウムを含む粒子及び皮膜を形成するための成膜手段とを含む原子力プラントの構成部材の成膜装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の原子力プラントの構成部材の成膜装置において、
前記表面を除染し露出させるための除染手段は、化学除染を実施するための化学除染手段であることを特徴とする原子力プラントの構成部材の成膜装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の原子力プラントの構成部材の成膜装置において、
前記化学除染手段は、前記表面に酸化除染液を供給する第１の手段、該第１の手段実施後に還元除染液を供給する第２の手段、該第２の手段実施後に還元除染液を回収し分解する第３の手段を備えることを特徴とする原子力プラントの構成部材の成膜装置。
【請求項１５】
請求項１２から請求項１４のいずれかに記載の原子力プラントの構成部材の成膜装置において、
前記成膜手段は、セリウムを含む粒子及び皮膜を形成させるために、前記原子力プラントの構成部材の表面にセリウムイオンを含む第１の薬剤と、酸化能力を持つ第２の薬剤と、酸性溶液である第３の薬剤を水に添加して原子力プラントの構成部材に供給することを特徴とする
原子力プラントの構成部材の成膜装置。
【請求項１６】
請求項１５に記載の原子力プラントの構成部材の成膜装置において、
前記セリウムを含むセリウムイオンを含む第１の薬剤が、セリウムイオンを含む酸性の皮膜形成液であることを特徴とする原子力プラントの構成部材の成膜装置。
【請求項１７】
請求項１６に記載の原子力プラントの構成部材の成膜装置において、
前記酸性の皮膜形成液がギ酸やシュウ酸等の有機酸を含んでいることを特徴とする原子力プラントの構成部材の成膜装置。
【請求項１８】
請求項１６または請求項１７に記載の原子力プラントの構成部材の成膜装置において、
前記被膜形成液の温度が６０℃〜１００℃の範囲に含まれる温度に調節されていることを特徴とする原子力プラントの構成部材の成膜装置。
【請求項１９】
請求項１６または請求項１８に記載の原子力プラントの構成部材の成膜装置において、
成膜装置は、原子力発電プラント内の炉水に接する配管部分に架設設置されて使用されることを特徴とする原子力プラントの構成部材の成膜装置。
【請求項２０】
請求項５に記載の原子力プラントの構成部材への放射性核種付着抑制方法において、
セリウムイオン及びｐＨ調整剤を含む水溶液を前記構成部材の前記表面に接触させ、前記表面にセリウムを付着させることを特徴とする原子力プラントの構成部材への放射性核種付着抑制方法。
【請求項２１】
請求項２０に記載の原子力プラントの構成部材への放射性核種付着抑制方法において、
前記セリウムイオン及び前記ｐＨ調整剤を含む前記水溶液を前記構成部材である炭素鋼部材の表面に接触させることを特徴とする原子力プラントの構成部材への放射性核種付着抑制方法。
【請求項２２】
請求項２０または２１に記載の原子力プラントの構成部材への放射性核種付着抑制方法において、
前記被膜形成液の温度が６０℃〜１００℃の範囲に含まれる温度に調節されていることを特徴とする原子力プラントの構成部材への放射性核種付着抑制方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射性核種の付着が抑制された沸騰水型原子力発電プラントの配管などの原子力プラントの構成部材、原子力プラントの構成部材への放射性核種付着抑制方法並びに原子力プラントの構成部材の成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
発電プラントとして、例えば、沸騰水型原子力発電プラント及び加圧水型原子力発電プラントが知られている。このうち例えば、沸騰水型原子力発電プラントは以下のように構成されている。
【０００３】
沸騰水型原子力発電プラントは、原子炉圧力容器内に炉心を内蔵した原子炉を有する。炉心には、再循環ポンプ（またはインターナルポンプ）によって冷却水が供給される。冷却水は、炉心内に装荷された燃料集合体内の核燃料物質の核分裂で発生する熱によって加熱され、一部が蒸気になる。この蒸気は、原子炉からタービンに導かれ、タービンを回転させる。タービンから排出された蒸気は、復水器で凝縮され、水になる。この水は、給水として原子炉に供給される。
【０００４】
なお、加圧水型原子力発電プラントの場合には熱交換器を備えており、原子炉と熱交換器の間で循環する加圧水系統（一次系）と、タービンと熱交換器の間で循環する水・蒸気系統（二次系）で構成されている。
【０００５】
このように、沸騰水型原子力発電プラントと加圧水型原子力発電プラントでは、プラント構成が相違する部分があるが、放射能対策に関する課題はプラント構成に関わりなく多くの場合に共通課題である。例えば炉心への給水は、原子炉内での放射性腐食生成物の発生を抑制するため、給水配管に設けられたろ過脱塩装置で主として金属不純物が除去される。
【０００６】
沸騰水型原子力発電プラント及び加圧水型原子力発電プラント等の発電プラントでは、プラントを構成する部位に応じてステンレス鋼及びニッケル基合金などの不銹鋼と、炭素鋼部材とを使い分けている。
【０００７】
例えば原子炉圧力容器などの主要な構成部は、腐食を抑制するために、水が接触する接水部にステンレス鋼及びニッケル基合金などの不銹鋼を用いている。また、放射性腐食生成物の元となる腐食生成物は、原子炉圧力容器及び再循環系配管等の接水部からも発生することから、主要な一次系の構成部材には腐食の少ないステンレス鋼、ニッケル基合金などの不銹鋼が使用されている。
【０００８】
これに対し、原子炉冷却材浄化系、余熱除去系、原子炉隔離時冷却系、炉心スプレイ系、給水系及び復水系などの構成部は、プラントの製造所要コストを低減する観点、あるいは給水系や復水系を流れる高温水に起因するステンレス鋼の応力腐食割れを避ける観点などから、主として炭素鋼部材が用いられる。
【０００９】
このように腐食防止やコスト低減の観点からプラントを構成する部位ごとに最適な部材を選択し、さらにそのうえで腐食防止の観点から以下の対策を施している。例えば、原子炉圧力容器は低合金鋼製とされ、かつその内面にステンレス鋼の肉盛りが施され、低合金鋼が直接、炉水と接触することを防いでいる。さらには、炉水の一部を原子炉浄化系のろ過脱塩装置によって浄化し、炉水中に僅かに存在する金属不純物を積極的に除去している。
【００１０】
しかし、上述のような腐食対策を講じても、炉水中における極僅かな金属不純物の存在は避けられないため、一部の金属不純物が、金属酸化物として、燃料集合体に含まれる燃料棒の表面に付着する。燃料棒表面に付着した金属不純物（例えば、金属元素）は、燃料棒内の核燃料から放出される中性子の照射により原子核反応を起こし、コバルト６０、コバルト５８、クロム５１、マンガンＶ１５等の放射性核種になる。
【００１１】
これらの放射性核種は、大部分が酸化物の形態で燃料棒表面に付着したままであるが、一部の放射性核種は、取り込まれている酸化物の溶解度に応じて炉水中にイオンとして溶出したり、クラッドと呼ばれる不溶性固体として炉水中に再放出されたりする。
【００１２】
通常、炉水中の放射性物質は、原子炉浄化系によって取り除かれる。しかしながら、除去されなかった放射性物質は、炉水とともに再循環系などを循環している間に、炉水と接触する構成部材の表面に蓄積される。その結果、構成部材表面から放射線が放射され、定検作業時の従事者の放射線被曝の原因となる。その従事者の被曝線量は、各人毎に規定値を超えないように管理されている。近年この規定値が引き下げられ、各人の被曝線量を経済的に可能な限り低くする必要が生じている。
【００１３】
そこで、配管への放射性核種の付着を低減する方法、及び炉水中の放射性核種の濃度を低減する方法が種々検討されている。
【００１４】
例えば特開昭５８−７９１９６号公報では、亜鉛などの金属イオンを炉水に注入して、炉水と接触する再循環系配管内面に亜鉛を含む緻密な酸化皮膜を形成させることにより、酸化皮膜中へのコバルト６０及びコバルト５８等の放射性核種の取り込みを抑制する方法が提案されている。
【００１５】
また、特開２００６−３８４８３号公報及び特開２００７−１９２７４５号公報では、化学除染後の原子力プラント構成部材表面にフェライト皮膜としてマグネタイト皮膜を形成することによって、プラントの運転後においてその構成部材表面に放射性核種が付着することを抑制する方法が提案されている。
【００１６】
特開２００６−３８４８３号公報及び特開２００７−１９２７４５号公報に記載された方法は、鉄（II）イオンを含むギ酸水溶液、過酸化水素及びヒドラジンを含み、常温から１００℃の範囲に加熱された処理液を、その構成部材表面に接触させてその表面にフェライト皮膜を形成するものである。さらに、マグネタイト皮膜よりも安定なニッケルフェライト皮膜もしくは、亜鉛フェライト皮膜を原子力プラント構成部材表面に形成し、プラントの運転後においてその構成部材表面に放射性核種が付着することをさらに抑制する方法が提案されている。
【００１７】
なお、セリウムを含む粒子の付着方法については、学術文献論文誌「Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ  Ｓｃｉｅｎｃｅ」４６号  ２００４年  ７５−８９頁に報告された方法がある。また、化学除染の一例について特開２０００−１０５２９５号公報に報告された方法がある。特開２０００−１０５２９５号公報の化学除染方法は、本発明に適用することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】特開昭５８−７９１９６号公報
【特許文献２】特開２００６−３８４８３号公報
【特許文献３】特開２００７−１９２７４５号公報
【特許文献４】特開２０００−１０５２９５号公報
【非特許文献】
【００１９】
【特許文献５】学術文献論文誌「Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ  Ｓｃｉｅｎｃｅ」４６号  ２００４年  ７５−８９頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
原子力プラントには、応力腐食割れを抑制するため、水素ガスを注入する技術が適用されている。水素ガスを炉内に注入することで、機器表面を強還元環境に保ち応力腐食割れの進展を抑制する。この方法によれば、原子炉内を強還元環境に保つことで、応力腐食割れの進展を抑制できるものの、原子炉部材表面にはコバルト６０を取り込み易い酸化皮膜が形成され易くなる事が報告されている。このため、定期点検作業者の被ばく線量増加が危惧される。
【００２１】
しかし、特開昭５８−７９１９６号公報に記載の亜鉛などの金属イオンを炉水中に注入する方法の場合は、運転中に常に亜鉛イオンを注入し続けなければならないという問題の他、亜鉛自体の放射能化を避けるため、同位体分離した亜鉛を使用しなければならないという問題がある。
【００２２】
また、特開２００６−３８４８３号公報及び特開２００７−１９２７４５号公報に記載された、化学除染後の原子力プラント構成部材表面にフェライト皮膜としてマグネタイト皮膜を形成することによって、プラントの運転後においてその構成部材表面に放射性核種が付着することを抑制する方法は、マグネタイト皮膜を形成するのに長時間を要するという問題がある。
【００２３】
以上説明した文献などによれば、原子炉圧力容器内、さらには原子炉圧力容器内の炉水に接する配管などの部材（以下、これらを総称して原子力プラントの構成部材とする）の表面に放射性核種が付着することを抑制する方法が述べられている。然しながら、これらの方法には実現上の問題が多い。
【００２４】
本発明の目的は、実現性が高く、放射性核種の付着が抑制される原子力プラントの構成部材、原子力プラントの構成部材への放射性核種付着抑制方法並びに原子力プラントの構成部材の成膜装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
上記した目的を達成する本発明の特徴は、化学除染後で原子炉起動前に原子力プラントの構成部材の水の接する表面にセリウムを含む粒子もしくは膜を形成し、原子力プラントの構成部材の放射性核種の付着を抑制するところにある。更に具体的には以下のようにされる。
【００２６】
まず、本発明の原子力プラントの構成部材は、表面が原子炉の炉水に接する原子力プラントの構成部材であって、原子炉停止後に原子炉の炉水に接する表面が除染され露出した後に、セリウムを含む粒子及び皮膜を形成された原子力プラントの構成部材である。
【００２７】
本発明の原子力プラントの構成部材への放射性核種付着抑制方法では、表面が原子炉の炉水に接する原子力プラントの構成部材に対して、原子炉停止後に原子炉の炉水に接する表面が除染され露出した後に、セリウムを含む粒子及び皮膜を形成させる。
【００２８】
具体的には、セリウムを含む粒子及び皮膜を形成させるために、表面にセリウムイオンを含む第１の薬剤と、酸化能力を持つ第２の薬剤と、酸性溶液である第３の薬剤を水に添加して接触させるのがよい。
【００２９】
さらに本発明の原子力プラントの構成部材の成膜装置は、表面が原子炉の炉水に接する原子炉構成部材の表面に膜を形成するに、原子炉停止後に、原子炉の炉水に接する原子力プラントの構成部材の表面を除染し露出するための除染手段と、除染手段の処理後に駆動され、原子力プラントの構成部材の表面にセリウムを含む粒子及び皮膜を形成するための成膜手段とを含む。
【００３０】
具体的には、化学除染手段は、表面に酸化除染液を供給する第１の手段、第１の手段実施後に還元除染液を供給する第２の手段、第２の手段実施後に還元除染液を回収し分解する第３の手段を備えるのがよい。
【００３１】
また具体的には、成膜手段は、セリウムを含む粒子及び皮膜を形成させるために、原子力プラントの構成部材の表面にセリウムイオンを含む第１の薬剤と、酸化能力を持つ第２の薬剤と、酸性溶液である第３の薬剤を水に添加して原子力プラントの構成部材に供給するのがよい。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、原子力プラントの構成部材の水と接する表面へのコバルト６０付着量を低減できる。さらに、原子力プラントの構成部材の腐食量を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の好適な一実施例である実施例１の原子力プラントの構成部材への放射性核種付着抑制方法であって原子力プラントの構成部材へのセリウムを含む粒子及び皮膜形成方法の手順を示す説明図である。
【図２】図１に示す手順を実施するために、沸騰水型原子力発電プラントの再循環系配管に成膜装置を接続した状態を示す説明図である。
【図３】図２の成膜装置の詳細構成図である。
【図４】ステンレス鋼部材の腐食量と放射性核種付着量の関係をしめす説明図である。
【図５】マグネタイトと、セリウムを含む試験片のコバルト付着実験結果を示す説明図である。
【図６】マグネタイトとセリウム皮膜の施工時間を比較した結果を示す説明図である。
【図７】酸化剤及び酸性溶液を用いた場合のセリウム皮膜の施工時間及びｐＨ調整剤を用いた場合のセリウム皮膜の施工時間を比較した結果を示す説明図である。
【図８】本発明の他の実施例である実施例２の原子力プラントの構成部材への放射性核種付着抑制方法の実施において、沸騰水型原子力発電プラントの給水配管に成膜装置を接続した状態を示す説明図である。
【図９】本発明の他の実施例である実施例３の原子力プラントの構成部材への放射性核種付着抑制方法の実施において、沸騰水型原子力発電プラントの浄化系配管に成膜装置を接続した状態を示す説明図である。
【図１０】図１に示す化学除染の詳細工程を示す説明図である。
【図１１】本発明の他の実施例である実施例４の原子力プラントの構成部材への放射性核種付着抑制方法の手順を示す説明図である。
【図１２】図１１に示す手順を実施するために、沸騰水型原子力発電プラントの給水配管に成膜装置を接続した状態を示す説明図である。
【図１３】図１２の成膜装置の詳細構成図である。
【図１４】本発明の他の実施例である実施例５の原子力プラントの構成部材への放射性核種付着抑制方法の手順を示す説明図である。
【図１５】本発明の他の実施例である実施例６の原子力プラントの構成部材への放射性核種付着抑制方法の実施において、沸騰水型原子力発電プラントの浄化系配管に成膜装置を接続した状態を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
本発明者らは、原子力プラントの構成部材の水の接する表面への放射性核種の付着を抑制するために種々の検討をし、原子力プラントの運転環境において、母材の腐食によって母材の表面に形成される酸化皮膜の量が増加すると共に、母材への放射性核種の付着量も増加するとの知見を得た。
【００３５】
図４は、ステンレス鋼の母材の腐食量（横軸）と、コバルト６０付着量（縦軸）の関係を示したものであり、母材の表面に形成される酸化皮膜の量（母材の腐食量）に対して、放射性核種（例えばコバルト６０）の付着量が右肩上がりに増加している。このことから、母材の腐食量を抑制すれば、母材への放射性核種の付着量も低減できると考察した。この考察に基づき、原子炉運転条件におけるステンレス鋼の放射性核種付着抑制方法を検討した。
【００３６】
その結果、セリウムを含む粒子や皮膜をステンレス鋼表面に形成した後、原子炉運転条件にさらすと、マグネタイト皮膜を形成した場合よりも放射性核種の付着を抑制する事ができることを確認した。図５にセリウムの粒子を付着させた試験片を用いて放射性核種であるコバルト６０の付着試験を行った結果を示す。
【００３７】
図５から明らかなように、マグネタイト皮膜の試験片のコバルト６０付着量を１．０としたときに、セリウムを含む粒子を付着させた試験片のコバルト６０付着量は、０．７程度であり、コバルト６０付着量が大幅に低減されている事がわかる。なお、皮膜処理を行わない場合の試験片のコバルト６０付着量も図示しているが、これは２．０程度である。
【００３８】
なお、セリウムを含む粒子の付着方法としては例えば、学術文献論文誌「Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ  Ｓｃｉｅｎｃｅ」４６号  ２００４年  ７５−８９頁に報告された方法がある。しかし、同報告では薬剤に硫酸を使用しているため、構成機器の健全性を維持する観点から、同報告の方法をそのまま用いることができない。また、同報告ではステンレス鋼表面は金属表面が薬剤に接している事が必要となっている。つまり、供用運転後の原子炉構成機器の表面には腐食により生成した酸化皮膜が形成されているため、同報告をそのまま用いることは同様にできない。
【００３９】
そこで、発明者らは、酸化皮膜が形成される前の段階で処理すべきことから、原子力発電プラントで一般的に行われている化学除染の実施後に連続して行うことに思い至った。さらに具体的には、除染工程の終了段階から原子炉起動までの間に行われる事が望ましい。
【００４０】
ここで化学除染とは、原子力プラントの構成部材（配管及び機器等）の表面に形成された酸化皮膜及び構成部材の表面に付着した放射性核種を溶解して除去する処理方法である。したがって、化学除染によって原子力プラントの構成部材の金属表面が露出した状態で、本発明の放射性核種付着抑制方法を適用する。その結果、本発明によって原子力プラントの構成部材の水との接する表面にセリウムを含む粒子または皮膜が形成され、放射性核種の付着を好適に抑制する事ができる。
【００４１】
図６に化学除染処理に連続して硫酸の代わりにギ酸を用いた場合のセリウムを含む粒子及び皮膜の施工時間と、マグネタイト皮膜の施工時間の比較を示す。セリウム皮膜（酸化セリウムの皮膜）の場合の施工時間を１としたときの、マグネタイト皮膜の場合の施工時間は２５程度である。この図６から明らかなように施工時間は１／２５になり、施工時間が短縮できる事を確認できた。
【００４２】
発明者らは、セリウムイオンを含む第１の薬剤、酸化能力を持つ第２の薬剤、及び酸性溶液である第３の薬剤を含む水溶液を、原子力プラントの構成部材の金属表面に接触させてその金属表面にセリウム皮膜を形成する替りに、セリウムイオンを含む薬剤及びｐＨ調整剤を含む水溶液をその金属表面に接触させた場合でも、その金属表面にセリウム粒子を膜状に付着できることを見出した。ｐＨ調整剤としてヒドラジンを用いた場合における構成部材の表面にセリウム粒子を膜状に付着するのに要する施工時間は、図７に示すように、酸化能力を持つ第２の薬剤及び酸性溶液である第３の薬剤を用いた場合におけるセリウム皮膜を形成するために要する施工時間の約１／３に短縮される。これは、ヒドラジン（ｐＨ調整剤）の添加によりその水溶液のｐＨの増加に起因して、セリウムイオンが酸化セリウムとして構成部材の表面に析出しやすくなり、結果的に、構成部材の表面への析出した酸化セリウムの付着が促進されるためである。
【００４３】
本発明は沸騰水型原子力発電プラントの炉水再循環系及び炉水浄化系に使用されることが最も好適であるが、この限りではなく炉水の接する原子力プラントの構成部材の表面に広く使用する事ができる。また、本発明は沸騰水型原子力発電プラントだけでなく加圧水型原子力発電プラントの炉水に接する構成部材にも同様に用いることができる。
【実施例１】
【００４４】
本発明の好適な一実施例である実施例１を図１、図２及び図３を用いて説明する。実施例１は、沸騰水型原子力発電プラントの再循環系配管部材にセリウムを含む粒子及び皮膜の形成方法を施した例を示している。
【００４５】
まず、図２を用いて本実施例が適用される原子力発電プラントとして沸騰水型原子力発電プラントの構成について説明する。沸騰水型原子力発電プラントは、主要構成部として原子炉１、タービン３、復水器４、再循環系、原子炉浄化系及び給水系等を備えている。
【００４６】
このうち原子炉１は、炉心１３を内蔵する原子炉圧力容器１２を有し、原子炉圧力容器１２内にジェットポンプ１４を設置している。炉心１３には多数の燃料集合体（図示せず）が装荷されている。燃料集合体は、核燃料物質で製造された複数の燃料ペレットが充填された複数の燃料棒を含んでいる。なお原子炉１は、原子炉建屋（図示せず）内に配置された原子炉格納容器１１内に設置されている。
【００４７】
再循環系は、再循環系配管２２、及び再循環系配管２２に設置された再循環ポンプ２１を有している。
【００４８】
給水系は、復水器４と原子炉圧力容器１２を連絡する給水配管１０に、復水ポンプ５、復水浄化装置（例えば、復水脱塩器）６、低圧給水加熱器８、給水ポンプ７及び高圧給水加熱器９を、復水器４から原子炉圧力容器１２に向って、図示の順に設置して構成されている。
【００４９】
原子炉浄化系は、再循環系配管２２と給水配管１０を連絡する浄化系配管２０に、浄化系ポンプ２４、再生熱交換器２５、非再生熱交換器２６及び炉水浄化装置２７をこの順に設置している。浄化系配管２０は、再循環ポンプ２１の上流で再循環系配管２２に接続される。
【００５０】
以上のように構成された沸騰水型原子力発電プラントは、以下に示すように運用される。まず、原子炉圧力容器１２内の冷却水は、再循環ポンプ２１で昇圧され、再循環系配管２２を通ってジェットポンプ１４内に噴出される。ジェットポンプ１４のノズルの周囲に存在する冷却水も、ジェットポンプ１４内に吸引されて炉心１３に供給される。炉心１３に供給された冷却水は、燃料棒内の核燃料物質の核分裂で発生する熱によって加熱される。加熱された一部の冷却水が蒸気になる。
【００５１】
この蒸気は、原子炉圧力容器１２から主蒸気配管２を通ってタービン３に導かれ、タービン３を回転させる。タービン３に連結された発電機（図示せず）が回転し、電力が発生する。タービン３から排出された蒸気は、復水器４で凝縮されて水になる。
【００５２】
この水は、給水として、給水配管１０を通り原子炉圧力容器１２内に供給される。給水配管１０を流れる給水は、復水ポンプ５で昇圧され、復水浄化装置６で不純物が除去され、給水ポンプ７でさらに昇圧される。給水は、低圧給水加熱器８及び高圧給水加熱器９で加熱されて原子炉圧力容器１２内に導かれる。なお、抽気配管１５でタービン３から抽気された抽気蒸気が、低圧給水加熱器８及び高圧給水加熱器９にそれぞれ供給され、給水の加熱源となる。
【００５３】
また再循環系配管２２内を流れる冷却水の一部は、浄化系ポンプ２４の駆動によって原子炉浄化系の浄化系配管２０内に流入し、再生熱交換器２５及び非再生熱交換器２６で冷却された後、炉水浄化装置２７で浄化される。浄化された冷却水は、再生熱交換器２５で加熱されて浄化系配管２０及び給水配管１０を経て原子炉圧力容器１２内に戻される。
【００５４】
以上の一般的な沸騰水型原子力発電プラントの構成において、本発明の第一の実施例では再循環系に成膜装置３０を仮設設置する。以下、本発明を適用した沸騰水型原子力発電プラントの動作について、成膜装置３０と原子炉浄化系の関係を中心に説明する。
【００５５】
沸騰水型原子力発電プラントにおいて、通常は再循環系により炉水は再循環されると共に、その一部が原子炉浄化系に導入されて炉水を浄化している。つまり、弁２３は原子炉浄化系側に開放しており、再循環系配管２２内を流れる冷却水の一部は、浄化系ポンプ２４の駆動によって原子炉浄化系の浄化系配管２０内に流入している。このとき、弁２３は成膜装置３０側を閉止している。
【００５６】
しかるに、原子炉１の運転が停止されたとき、例えば炉水再循環配管２２から分岐されている炉水浄化系配管２０に設けられた弁２３のボンネットを開放して炉水浄化装置２７側を閉止する。また、弁２３のフランジを用いて仮設配管を連結して成膜装置３０への流入路３５を形成する。
【００５７】
他方、再循環ポンプ２１の下流側にあるドレン配管や計装配管などを切り離す。その切り離された枝管に処理液を循環可能にすべく、仮設配管を接続して成膜装置３０の流出路３６を形成する。なお、本例では、成膜装置３０を再循環系配管に接続しているが、これに限られず、給水系、冷却材浄化系、復水系や補機冷却水系やクーリングタワーを用いる冷却水系統など、プラントを構成する系統の部材に炉水が接触する部分（これらの部分の部材を総称して原子力プラントの構成部材と表現している）に成膜装置３０を適用してもよい。
【００５８】
図２に示したように、実施例１では沸騰水型原子力発電プラントの再循環系配管２２に本発明を適用したセリウム粒子及び皮膜の成膜装置３０を接続している。図３は、成膜装置３０の具体的な構成を示している。図２では、成膜装置３０が、再循環系配管２２に仮設配管で連結されている。
【００５９】
成膜装置３０は、流入側弁Ｖｉと流出側弁Ｖｏを介して再循環系配管２２に仮設配管で連結されている。流出側弁Ｖｏは、再循環系配管２２の、再循環ポンプ２１よりも下流側に、流入側弁Ｖｉは再循環系配管２２の、再循環ポンプ２１よりも上流側に接続されている。図５の例では、成膜装置３０の流入側弁Ｖｉは、再循環ポンプ２１よりも上流側で再循環系配管２２に接続された炉水浄化系配管２０に設けられた弁２３に接続されている。
【００６０】
本実施形態の成膜装置３０は、化学除染処理に兼用できるように構成されている。化学除染処理のために、成膜装置３０は、図３に示すように、処理に用いる水が充填されるサージタンク３１と、サージタンク３１の水を抜き出して弁Ｖ１，流出側弁Ｖｏを介して再循環系配管２２の一端に供給する循環ポンプＰ１などを備えている。また、循環ポンプＰ１の吐出側から弁Ｖ２、エゼクタＥＪを介してサージタンク３１に戻る帰還流路Ｌ２が形成されている。エゼクタＥＪは、配管内の汚染物を酸化溶解するための過マンガン酸カリウム、あるいは配管内の汚染物を還元溶解するためのシュウ酸を注入するためのホッパを有する。
【００６１】
以下、成膜装置３０の詳細な構成を、図３により説明する。成膜装置３０は、サージタンク３１、循環配管Ｌ１及びカチオン交換樹脂塔６０を備えている。
【００６２】
流入側弁Ｖｉ、循環ポンプＰ２、弁Ｖ３、加熱器Ｈ、弁Ｖ４、Ｖ５，Ｖ６、サージタンク３１、循環ポンプＰ１、弁Ｖ１及び開閉弁Ｖｉが、上流よりこの順に循環配管路Ｌ１に設けられている。
【００６３】
また、弁Ｖ３をバイパスして循環配管Ｌ１に接続される配管Ｌ３に、弁Ｖ７及びフィルタＦが設置される。加熱器Ｈ及び弁Ｖ４をバイパスする配管Ｌ４が循環配管Ｌ１に接続され、冷却器Ｃ及び弁Ｖ８が配管Ｌ４に設置される。
【００６４】
さらに両端が循環配管Ｌ１に接続されて弁Ｖ５をバイパスする配管Ｌ５に、カチオン交換樹脂塔６０及び弁Ｖ９が設置される。同様に両端が配管Ｌ１に接続されてカチオン交換樹脂塔６０及び弁Ｖ９をバイパスする配管Ｌ６に、混床樹脂塔６２及び弁Ｖ１０が設置される。
【００６５】
さらに弁Ｖ１１及び分解装置６４が設置される配管Ｌ７が弁Ｖ６をバイパスして循環配管Ｌ１に接続される。分解装置６４は、内部に、例えば、ルテニウムを活性炭の表面に添着した活性炭触媒を充填している。
【００６６】
サージタンク３１が弁Ｖ６と循環ポンプＰ１の間で循環配管Ｌ１に設置される。弁Ｖ２及びエゼクタＥＪが設けられる配管Ｌ２が、弁Ｖ１と循環ポンプＰ１の間で循環配管Ｌ１に接続され、さらに、サージタンク３１に接続されている。エゼクタＥＪにはホッパ（図示せず）が設けられている。ホッパからは再循環系配管２２の内面の汚染物を酸化溶解するために用いる過マンガン酸カリウム（酸化除染剤）、さらには再循環系配管２２の内面の汚染物を還元溶解するために用いるシュウ酸（還元除染剤）が投入され、エゼクタＥＪを介して、サージタンク３１内に供給する。この時ヒドラジンを注入する場合がある。
【００６７】
セリウムイオン注入装置８５は、薬液タンク４５、注入ポンプＰ３、弁Ｖ１２及び注入配管Ｌ８を有する。薬液タンク４５は、注入ポンプＰ３及び弁Ｖ１２を有する注入配管Ｌ８によって循環配管Ｌ１に接続される。薬液タンク４５には、炭酸セリウム又は硝酸セリウムを水に溶解して調製した薬剤（第１薬剤）が充填されている。なお、セリウムを溶解させる薬剤としては、有機酸塩又は無機酸塩などを用いることができる。また、炭酸セリウムなどのセリウムを含む個体をギ酸、シュウ酸などの有機酸に溶解して作製しても良い。
【００６８】
酸化剤注入装置８６は、薬液タンク４６、注入ポンプＰ４、弁Ｖ１３及び注入配管Ｌ９を有する。薬液タンク４６は、注入ポンプＰ４及び弁Ｖ１３を有する注入配管Ｌ９によって循環配管Ｌ１に接続される。薬液タンク４６には、酸化剤（第２薬剤）である過酸化水素や過マンガン酸カリウムの水溶液が充填されている。
【００６９】
酸性液注入装置８７は、薬液タンク４０、注入ポンプＰ５、弁Ｖ１４及び注入配管Ｌ１０を有する。薬液タンク４０は、注入ポンプＰ５及び弁Ｖ１４を有する注入配管Ｌ１０によって循環配管Ｌ１に接続される。薬液タンク４０は酸性の溶液（第３薬剤）であるギ酸、シュウ酸等の有機酸や硝酸などの無機酸を充填する。
【００７０】
なお、酸化剤注入装置８６の注入ポンプＰ４出口と、分解装置６４の入り口側との間には弁Ｖ１５を介して配管路Ｌ１１が形成されている。
【００７１】
分解装置６４は、使用する有機酸（例えば、ギ酸）、及び除染時に使用するｐＨ調整剤のヒドラジンを分解できるようになっている。つまり、セリウムイオンの対アニオンとしては、廃棄物量の低減化を考慮して水および二酸化炭素に分解できる有機酸、又は気体として放出可能で廃棄物を増やさない炭酸を用いている。
【００７２】
本実施例におけるセリウムを含む粒子及び皮膜の形成方法を、図１及び図３を用いて詳細に説明する。図１に示す手順は、セリウムを含む粒子及び皮膜の形成処理だけでなく、その前処理である化学除染液の処理の手順も含んでいる。
【００７３】
図１に示す手順では、まず処理ステップＳ１において成膜装置３０を皮膜形成対象の配管系に接続する。すなわち、沸騰水型原子力発電プラントが、その定期検査のために停止された後の運転停止期間において、前述したように、図３の循環配管Ｌ１が皮膜形成対象の配管系である再循環系配管２２に接続される。
【００７４】
次に処理ステップＳ２では、皮膜形成対象箇所に対する化学除染を実施する。この場合の皮膜形成対象箇所は、炉水と接触する再循環系である。再循環系配管２２の内面は、酸化皮膜が形成されている。沸騰水型原子力発電プラントにおいては、この酸化皮膜が放射性核種を含んでいる。処理ステップＳ２の一例では、化学的な処理によりその酸化皮膜を、皮膜形成対象箇所である再循環系配管２２の内面から取り除く処理を行う。
【００７５】
皮膜形成対象の配管系へのセリウムを含む粒子及び皮膜の形成は、その再循環系配管内面の腐食抑制を目的とするものであるが、その形成に際しては再循環系配管２２の内面に対して予め化学除染を実施しておくことが好ましい。セリウムを含む粒子及び皮膜を形成する前に皮膜形成対象の部材の表面が露出されていればよいので、化学除染の替りに機械的な除染処理を適用することも可能である。
【００７６】
処理ステップＳ２で適用する化学除染の一例について簡単に説明する。この手法は、特開２０００−１０５２９５号公報に記載されている手法を利用することができる。図６の構成で実現する場合を例にとり説明すると、まず図３において、弁Ｖｉ，Ｖ３，Ｖ４−Ｖ６，Ｖ１、及びＶｏをそれぞれ開いて循環配管路Ｌ１を形成し、他の弁を閉じた状態で、循環ポンプＰ１及びＰ２を駆動する。これにより、図２に示す再循環系配管２２内にサージタンク３１内の水を循環させる。このとき、加熱器Ｈにより循環する水を加熱し、この水の温度が９０℃になったときに帰還配管Ｌ２に設けられた弁Ｖ２を開く。
【００７７】
これによりエゼクタＥＪにつながっているホッパから供給される必要量の過マンガン酸カリウムが、配管Ｌ２内を流れる温水によりサージタンク３１内に導かれる。化学除染における第１段階処理Ｓ２１は、図１０に示すように過マンガン酸カリウムを用いた酸化除染処理である。なお、図１０は、図１の化学除染（処理ステップＳ２）における一連の処理工程を示している。
【００７８】
過マンガン酸カリウムがサージタンク３１内で水に溶解し、酸化除染液（過マンガン酸カリウム水溶液）が生成される。この酸化除染液は、循環ポンプＰ１の駆動によってサージタンク３１から循環配管Ｌ１を経て再循環系配管２２内に供給される。酸化除染液は、再循環系配管２２の内面に形成されている酸化皮膜などの汚染物を酸化して溶解する。
【００７９】
図１０において化学除染における第１段階処理（処理ステップＳ２１）である過マンガン酸カリウム水溶液による酸化除染が終了した後、化学除染における第２段階処理であるシュウ酸水溶液による還元除染（処理ステップＳ２２）が実施される。ここでは、エゼクタＥＪにつながっているホッパから、今度はシュウ酸をサージタンク３１内に注入する。このシュウ酸によって酸化除染液に含まれている過マンガン酸カリウムが分解される。
【００８０】
その後、サージタンク３１内で生成されてｐＨが調整された還元除染液（シュウ酸水溶液）は、循環ポンプＰ１によって再循環系配管２２内に供給され、再循環系配管２２の内面に存在する腐食生成物の還元溶解を行う。尚このとき、酸性液注入装置８７が機能して、還元除染液のｐＨを、薬液タンク４０から循環配管Ｌ１内に供給されるヒドラジンによって調整する。酸性液注入装置８における還元除染液のｐＨ制御は、ｐＨ検出器７６の検出地を帰還して行う。
【００８１】
再循環系配管２２から排出されて循環配管Ｌ１に戻された還元除染液の一部は、金属陽イオンを除去するために、必要な弁操作によりカチオン交換樹脂塔６０に導かれる。
【００８２】
図１０において化学除染における第２段階処理（処理ステップＳ２２）であるシュウ酸水溶液による還元除染の終了後、化学除染における第３段階処理（処理ステップＳ２３）である還元除染液の回収、分解を実施する。回収、分解工程では、弁Ｖ１１を開いて弁Ｖ６の開度を調整し、循環配管Ｌ１内を流れる還元除染液の一部を分解装置６４に供給する。この還元除染液に含まれるシュウ酸及びヒドラジンは、酸化剤注入装置８６内の薬液タンク４６から弁Ｖ１５，配管Ｌ１１を通して分解装置６４に導かれた過酸化水素、及び分解装置６４内の活性炭触媒の作用によって分解される。
【００８３】
シュウ酸及びヒドラジンの分解後、弁Ｖ４を閉じて加熱器Ｈによる加熱を停止させ、同時に、弁Ｖ８を開いて除染液を冷却器Ｃで冷却する。冷却された除染液（例えば、６０℃）が、不純物を除去するために、混床樹脂塔６２に供給される。
【００８４】
以上が、図１の化学除染（処理ステップＳ２）における一連の処理工程である。この処理工程は、新設のプラント、例えば、新設の沸騰水型原子力発電プラントの配管（再循環系配管等）内にセリウムを含む粒子及び皮膜を形成する場合には、実施する必要がない。処理ステップＳ２の化学除染工程は、既設の沸騰水型原子力発電プラントの配管（再循環系配管等）内にセリウムを含む粒子及び皮膜を形成する場合に実施される。
【００８５】
部材の化学除染が終了した後、セリウムを含む粒子及び皮膜の形成処理が実行される。皮膜形成対象箇所の除染が終了した後、図１の処理ステップＳ３では形成水溶液の温度調整を行う。このため、皮膜形成対象箇所の除染終了後、すなわち、成膜装置３０による最後の浄化運転が終了した後、以下の弁操作が行われる。
【００８６】
弁Ｖ７を開いて弁Ｖ３を閉じ、フィルタＦへの通水を開始する。弁Ｖ５を開いて弁Ｖ１０を閉じることにより、混床樹脂塔６２への通水を停止する。さらに、弁Ｖ４を開いて加熱器Ｈによって循環配管Ｌ１内の水を所定温度まで加熱する。この状態で弁Ｖｏ，Ｖ６，Ｖ１及びＶｉは開いており、上記以外の弁は閉じている。なお、フィルタＦへの通水は、水中に残留している微細な固形物を除去し、この固形物の表面にもセリウムを含む粒子及び皮膜が形成されて薬剤が無駄に使用されることを防止するためである。
【００８７】
形成水溶液の温度は、再循環系配管２２の内面に皮膜を形成している間、７５℃程度に保持されることが好ましいが、この温度に限られない。要は原子炉の運転時における部材の腐食を抑制できる程度に、形成されたセリウムを含む粒子及び皮膜の結晶等の構造が緻密に形成できればよい。したがって、形成水溶液の温度は、再循環系配管２２の最高使用温度以下、すなわち、２８０℃以下が好ましい。形成水溶液の温度は少なくとも２００℃以下が好ましく、下限は２０℃でもよいが、セリウムを含む粒子及び皮膜の生成速度が実用範囲になる６０℃以上が好ましい。１００℃以上では形成水溶液の沸騰を抑制するため、加圧しなければならず仮設設備の耐圧性が要求されるようになり設備が大型化するため好ましくない。したがって、皮膜形成処理における形成水溶液の温度は、１００℃以下がより好ましく、６０℃以上１００℃以下の範囲に含まれる温度に制御することが望ましい。
【００８８】
次に処理ステップＳ４では、セリウムイオンを含む薬液（第１薬剤）を形成水溶液に注入する。このとき、セリウムイオン注入装置８５内の弁Ｖ１２を開いて注入ポンプＰ３を駆動させ、セリウムイオン薬液（第１薬剤）を、薬液タンク４５から、注入配管Ｌ８を通して、循環配管Ｌ１内を流れている水に注入する。ここで注入される第１薬剤は、例えば、炭酸セリウムを水で溶解して調整したセリウムイオンを含んでいる。
【００８９】
処理ステップＳ５では、酸化剤を形成水溶液に注入する。このとき、酸化剤注入装置８６内の弁Ｖ１３を開いて注入ポンプＰ４を駆動させ、酸化剤である過酸化水素を、薬液タンク４６から注入配管Ｌ９を通して、循環配管Ｌ１内を流れているセリウムイオンを含む形成水溶液に注入する。酸化剤としては、過酸化水素以外に、過マンガン酸カリウムを用いてもよい。
【００９０】
処理ステップＳ５では、酸性の水溶液（第３薬剤）を形成水溶液に注入する。このとき、酸性液注入装置８７内の弁Ｖ１４を開いて注入ポンプＰ５を駆動することにより、酸性溶液（例えば、ギ酸水溶液）を、薬液タンク４０から、注入配管Ｌ１０を通して循環配管Ｌ１内を流れている形成水溶液に注入する。
【００９１】
この結果としてセリウムイオン（セリウムイオン注入装置８５）、酸化剤（酸化剤注入装置８６）、酸性溶液（酸性液注入装置８７）を含む形成水溶液が、再循環系配管２２内を流れるので、原子力プラントの構成部材である再循環系配管２２の内面に吸着されたセリウムイオンが、酸化物である酸化セリウムに変化する。これにより、再循環系配管２２の内面にセリウムを含む粒子及び皮膜（酸化セリウムの粒子及びこの皮膜）が形成される。
【００９２】
またこのとき、循環配管Ｌ１上では循環ポンプＰ１，Ｐ２が駆動されているので、セリウムイオン、酸化剤、酸性溶液を含む形成水溶液が、循環配管Ｌ１により、弁Ｖｏを介して再循環系配管２２内に供給される。この形成水溶液は、再循環系配管２２内を流れ、循環配管Ｌ１の弁Ｖｉ側へと戻される。
【００９３】
処理ステップＳ４〜Ｓ６の実施により、セリウムイオンが含まれた薬液（第１薬剤）、過酸化水素（第２薬剤）及び酸性溶液（第３薬剤）を含む形成水溶液が、再循環系配管２２に供給されて再循環系配管２２の内面に接触される。特に、ステップＳ４、Ｓ５及びＳ６における各薬剤の注入を、連続的に実施することが好ましい。
【００９４】
処理ステップＳ７では、セリウムを含む粒子及び皮膜の形成処理が完了したかが判定される。この判定は、セリウムを含む粒子及び皮膜の形成処理開始後の経過時間で行われる。この経過時間が再循環系配管２２の内面に所定の厚みのセリウムを含む粒子及び皮膜を形成するのに要する時間になるまでの間は、処理ステップＳ７の判定は「ＮＯ」になる。処理ステップＳ４〜Ｓ６の操作が繰り返し行われる。処理ステップＳ７の判定が「ＹＥＳ」になったとき、制御装置（図示せず）が、注入ポンプＰ３、Ｐ４，Ｐ５を停止して（または弁Ｖ１２，Ｖ１３、Ｖ１４）各薬剤の、循環している形成水溶液への注入を停止する。これによって、再循環系配管２２の内面へのセリウムを含む粒子及び皮膜の形成作業が終了する。
【００９５】
セリウムイオンが含まれた薬液（第１薬剤）、過酸化水素（第２薬剤）及び酸性溶液（第３薬剤）の形成水溶液への注入は、設定厚みのセリウムを含む粒子及び皮膜が形成されるまで、継続して行われる。
【００９６】
その後、処理ステップＳ８では形成水溶液に含まれている薬剤の分解が実施される。再循環系配管２２の内面へのセリウムを含む粒子及び皮膜の形成に使用された形成水溶液は、セリウムを含む粒子及び皮膜の形成が終了した後においても、有機酸であるギ酸を含んでいる。
【００９７】
形成水溶液に含まれたギ酸は、還元除染剤であるシュウ酸の分解と同様に、分解装置６４で分解される。薬剤の分解処理では、弁Ｖ６，Ｖ１１の開度を調整し、循環配管Ｌ１内の形成水溶液の一部を分解装置６４に供給する。
【００９８】
また弁Ｖ１５を開くことにより、過酸化水素が、薬液タンク４６から配管Ｌ１１を通して分解装置６４に供給される。ギ酸は、分解装置６４内で過酸化水素及び活性炭触媒の作用により分解される。ギ酸は二酸化炭素と水に分解する。形成水溶液に含まれている薬剤の分解が終了した後、循環配管Ｌ１が再循環系配管２２から取り外され、弁Ｖｏ，Ｖｉ等が元通りに復旧される。これにより、沸騰水型原子力発電プラントの運転が開始できる状態になる。
【００９９】
なお、触媒を用いた分解処理装置６４の替りに紫外線照射装置を用いることも可能である。紫外線照射装置も、酸化剤の存在下でヒドラジン、ギ酸及びシュウ酸を分解することができる。
【０１００】
ヒドラジン及びギ酸を分解装置６４において上記のように気体及び水に分解することによって、カチオン交換樹脂塔６０によるヒドラジン及び混床樹脂塔６２によるギ酸の除去を回避できるので、カチオン交換樹脂塔６０及び混床樹脂塔６２内の使用済イオン交換樹脂の廃棄量を著しく低減できる。
【０１０１】
本実施例は、セリウムを含む粒子及び皮膜の形成に必要な酸化剤及び形成水溶液に含まれたヒドラジン及びギ酸の分解時に使用する酸化剤として、同じ種類の過酸化水素を用いているので、酸化剤を充填する薬液タンク４６及びそれを移送する注入ポンプＰ４を共用することができる。このため、成膜装置３０の構造を簡素化することができる。
【０１０２】
本実施例は、セリウムを含む粒子及び皮膜の形成に使用する薬剤に塩素を含む薬剤を用いていないため、沸騰水型原子力発電プラントの構成部材の健全性（例えば、耐腐食性）を害することがない。なお、薬剤の使用量を抑制するには、余分な反応生成物を分離除去して未反応薬剤を回収し、回収後の未反応薬剤を再利用することが好ましい。
【０１０３】
本実施例では、再循環系配管２２の内面にセリウム粒子が皮膜状に付着するので、再循環系配管２２の内面への放射性核種、例えば、コバルト６０の付着を抑制することができる。さらに、本実施例では、セリウムイオン、過酸化水素（酸化剤）及びギ酸（第３薬剤）を含む水溶液を再循環系配管２２の内面に接触させるので、再循環系配管２２の内面に所定厚みのセリウムが付着するまでの施工時間を短縮することができる。
【０１０４】
本実施例では、ステンレス鋼製の再循環系配管２２の内面に酸化セリウムの粒子を付着させることにより、再循環系配管２２の内面に、再循環系配管２２の母材の組成である鉄、クロム、ニッケル及びセリウムの酸化物から成る不動態膜が形成される。
【実施例２】
【０１０５】
本発明の他の実施例を、図８を用いて説明する。ここでは、沸騰水型原子力発電プラントの給水配管の炭素鋼部材にセリウムを含む粒子及び皮膜形成方法を実施する。この実施例は、成膜装置３０を沸騰水型原子力発電プラントの給水配管に接続した点で実施例１と異なる。その他の工程は実施例１と同様であるので詳細説明を省略する。
【０１０６】
本実施例によれば、セリウムを含む粒子（酸化セリウムの粒子）を、給水配管１０の内面に付着させることができる。このため、給水に含まれる微量の放射性核種の給水配管１０の内面への付着を抑制すると共に、セリウムの給水配管１０からの腐食溶出を抑制することができるために原子炉圧力容器１２内への遷移金属の流入を防ぐことができる。したがって、原子炉圧力容器１２内における炉水の放射能濃度を抑制することができ、原子炉圧力容器１２に接続された配管（例えば、再循環系配管２２）への放射性核種の付着を抑制することができる。本実施例は実施例１で生じる各効果を得ることができる。
【実施例３】
【０１０７】
本発明の他の実施例を、図９を用いて以下に説明する。ここでは、沸騰水型原子力発電プラントの浄化系配管２０にセリウムを含む粒子及び皮膜形成方法を実施する。原子炉浄化系で腐食が問題になるのは、原子炉圧力容器１２からの高温の冷却水が流入する再生熱交換器２５である。炭素鋼製の再生熱交換器２５の上流及び下流で弁１００及び１０１が浄化系配管２０に設けられている。
【０１０８】
沸騰水型原子力発電プラントの運転停止期間内で、弁１００のボンネットを開放して成膜装置３０の循環配管Ｌ１の一端を弁１００の開放されたボンネットのフランジに接続する。浄化系配管２０に設けられた弁２３は閉じられている。弁１０１のボンネットを開放して非再生熱交換器２６側のフランジを封鎖する。成膜装置３０の循環配管Ｌ１の他端を弁１０１の開放されたボンネットのフランジに接続する。このようにして、成膜装置３０が浄化系配管２０に接続され、浄化系配管２０及び循環配管Ｌ１による形成水溶液の循環経路が形成される。
【０１０９】
本実施例でも、実施例１におけるステップＳ１〜Ｓ８の各作業及び処理を実行する。これによって、非再生熱交換器２５の、形成水溶液と接触するシェル内面に、実施例１と同様に、セリウムを含む粒子及び皮膜が形成される。ステップＳ８の処理は終了した後で且つ沸騰水型原子力発電プラントの運転停止期間内で循環配管Ｌ１が浄化系配管２０から取り外される。
【０１１０】
本実施例も、実施例１で生じる各効果を得ることができる。
【０１１１】
再生熱交換器２５と非再生熱交換器２６の間に弁１０１が存在しない場合は、非再生熱交換器２６と炉水浄化装置２７の間で浄化系配管２０に設けられている隔離弁に成膜装置３０の循環配管Ｌ１の他端を接続すればよい。
【０１１２】
成膜装置３０を沸騰水型原子力発電プラントにおいて、炭素鋼部材である、例えば、余熱除去系の配管、給水系の配管、原子炉隔離時冷却系の配管、炉心スプレイ系の配管、補機冷却水系統の配管、及びクーリングタワーを用いる冷却水系統の配管等に接続し、対応する実施例２及び３のいずれかのセリウムを含む粒子及び皮膜形成方法を適用してもよい。
【０１１３】
さらに、実施例２及び３の炭素鋼部材へのセリウムを含む粒子及び皮膜形成方法は、沸騰水型原子力発電プラントだけでなく、加圧水型原子力発電プラントの炭素鋼製の給水配管及び火力プラントの炭素鋼製の給水配管に適用することができる。この際には、成膜装置３０を該当するプラントの給水配管に接続される。
【実施例４】
【０１１４】
本発明の他の実施例である実施例４の原子力プラントの構成部材への放射性核種付着抑制方法を、図１１、図１２及び図１３を用いて説明する。本実施例は、沸騰水型原子力発電プラントの、ステンレス鋼部材及び炭素鋼部材を有する給水配管に適用される。
【０１１５】
本実施例の原子力プラントの構成部材への放射性核種付着抑制方法では、図１３に示す成膜装置３０Ａをその給水配管に接続し、図１１に示す手順に基づいた処理が実行される。
【０１１６】
本実施例の原子力プラントの構成部材への放射性核種付着抑制方法で実行される図１１に示された手順は、実施例１の原子力プラントの構成部材への放射性核種付着抑制方法で実行される図１に示された手順のうち処理ステップＳ５（酸化剤注入）及びＳ６（酸性溶液注入）を処理ステップＳ９（ｐＨ調整剤注入）に替えた手順になっている。本実施例の手順で実行される他の処理ステップは実施例１の手順で実行される処理ステップと同じである。
【０１１７】
本実施例で用いられる成膜装置３０Ａは、実施例１で用いられる成膜装置３０において酸性液注入装置８７を除去してｐＨ調整剤注入装置８８を追加した構成を有し、さらに、酸化剤注入装置８６の配管Ｌ１１を、循環配管Ｌ１に直接接続しないで分解装置６４の上流で配管Ｌ７に直接接続している。成膜装置３０Ａの他の構成は成膜装置３０と同じである。
【０１１８】
ｐＨ調整剤注入装置８８は、薬液タンク４７、注入ポンプＰ６及び注入配管Ｌ１３を有する。薬液タンク４７は、注入ポンプＰ６及び弁Ｖ１５を有する注入配管Ｌ１３によって循環配管Ｌ１に接続される。薬液タンク４７には、ｐＨ調整剤である例えばヒドラジンが充填されている。
【０１１９】
本実施例の原子力プラントの構成部材への放射性核種付着抑制方法の手順を、図１１を基づいて説明する。沸騰水型原子力発電プラントの運転が停止された後に、図１１に示された処理ステップＳ１〜Ｓ８のそれぞれの工程が実施される。処理ステップＳ１では、成膜装置３０Ａの循環配管Ｌ１の一端部を、復水浄化装置６と給水ポンプの間で給水配管に設けられた弁Ｖ１６のボンネットを開放し、成膜装置３０Ａの循環配管Ｌ１の一端部を給水ポンプ７側の給水配管１０のフランジに接続する。成膜装置３０Ａの循環配管Ｌ１の一端部を、浄化系配管２０と給水配管１０の接続点より上流で高圧給水加熱器９よりも下流で給水配管１０に接続する。その後、実施例１と同様に、処理ステップＳ２，Ｓ３及びＳ４をそれぞれ実施する。
【０１２０】
ｐＨ調整剤を注入する（処理ステップＳ９）。セリウムイオンを含む薬液（第１薬剤）を、セリウムイオン注入装置８５の薬液タンク４５から循環配管Ｌ１内を流れる７５℃の水に注入されて、セリウムイオンを含む水溶液が注入配管Ｌ１３と給水配管１０の接続点に達したとき、ｐＨ調整剤注入装置８８からｐＨ調整剤であるヒドラジンが、注入配管Ｌ１に注入される。ヒドラジンの注入は、弁Ｖ１５を開いて注入ポンプＰ６を駆動することにより、薬液タンク４７から配管Ｌ１３を通して行われる。ヒドラジンの注入により、循環配管Ｌ１内でセリウムイオン及びヒドラジンを含む水溶液である７５℃の形成水溶液が生成される。ヒドラジンの注入により、その形成水溶液のｐＨを６〜９．５の範囲内のｐＨ、例えば、ｐＨ７に調節する。形成水溶液のｐＨが６以上になると、酸化セリウムの粒子が生成される。
【０１２１】
セリウムイオン及びヒドラジンを含む形成水溶液が、循環配管Ｌ１から給水配管１０内に供給される。形成水溶液が給水配管１０の内面に接触し、ｐＨ７の形成水溶液に含まれるセリウムイオンが酸化セリウムとしてこの内面に析出しやすくなる。このため、酸化セリウム粒子が給水配管１０の内面に付着する。給水配管１０内の形成水溶液は、高圧給水加熱器９の下流で循環配管Ｌ１に排出され、循環ポンプＰ２，Ｐ１により昇圧される。セリウムイオン注入装置８５からセリウムイオンを含む薬液、及びｐＨ調整剤注入装置８８からのヒドラジンがこの形成水溶液に注入され、形成水溶液は再び給水配管１０に供給される。
【０１２２】
処理ステップＳ７で、給水配管１０の内面にセリウム粒子が所定の厚みに付着したかが、実施例１と同様に、判定される。所定の厚みの酸化セリウム粒子が付着したとき、弁Ｖ１２が閉じられて注入ポンプＰ３が停止され、セリウムイオンを含む薬液の循環配管Ｌ１への注入が停止される。また、弁Ｖ１５が閉じられて注入ポンプＰ６が停止され、ヒドラジンの循環配管Ｌ１への注入が停止される。その後、処理ステップＳ８において、ヒドラジンの分解装置６４での分解が実施例１と同様に行われる。なお、形成水溶液に残留しているセリウムイオンは、カチオン樹脂塔６０及び混床樹脂塔６２で除去される。
【０１２３】
処理ステップＳ８の処理が終了した後、給水配管１０及び循環配管ｌ１のそれぞれの内部に存在する水溶液が放射性廃棄物処理設備に排出されて処理される。その後、循環配管Ｌ１が給水配管１０から取り外され、沸騰水型原子力発電プラントが起動される。
【０１２４】
ｐＨ調整剤として、ヒドラジンの替りにアンモニアを用いてもよい。
【０１２５】
給水配管１０はステンレス鋼で構成された部分（ステンレス鋼部材）及び炭素鋼で構成された部分（炭素鋼部材）を有するため、実施例１で用いる酸性溶液を使用した場合には、特に、炭素鋼部材の給水に接触する母材表面が酸性溶液により溶解して、セリウム粒子の付着が不可能になる。このため、本実施例では、酸化剤及び酸性溶液の替りにｐＨ調整剤を用いることによって、原子力プラントの構成部材である給水配管１０の母材表面の溶解を抑制し、給水配管１０の炭素鋼部材の内面にもセリウム粒子を付着させることができる。
【０１２６】
セリウムイオン及びｐＨ調整剤であるヒドラジンを含む形成水溶液を給水配管１０の内面に接触させるので、再循環系配管２２の内面に所定厚みの酸化セリウムが付着するまでの施工時間を、実施例１よりもさらに短縮することができる。ヒドラジンを用いて形成水溶液のｐＨを６以上にすると、セリウムイオンを酸化セリウムにすることができ、酸化セリウムが給水配管１０の内面に付着しやすくなる。
【０１２７】
本実施例によれば、実施例２で生じる各効果を得ることができる。実施例１では酸化剤及び酸性溶液（例えば、ギ酸水溶液）を使用しているため、形成水溶液のギ酸濃度が高くなって形成水溶液のｐＨが小さくなりすぎると（ｐＨが５．５未満になると）、炭素鋼製の給水配管１０が溶解するという問題が発生する可能性がある。しかしながら、本実施例では、実施例１等のように酸化剤及び酸性溶液（例えば、ギ酸水溶液）を注入していないので、給水配管１０の内面が溶解するという問題が発生しない。なお、酸化剤及び酸性溶液（例えば、ギ酸水溶液）を注入する実施例１等の前述の各実施例では、ギ酸水溶液の注入量を調節し、セリウムイオン、酸化剤及び酸性溶液（例えば、ギ酸水溶液）を含む形成水溶液のｐＨを５．５以上にする必要がある。
【実施例５】
【０１２８】
本発明の他の実施例である実施例５の原子力プラントの構成部材への放射性核種付着抑制方法を、図１４を用いて説明する。本実施例は、沸騰水型原子力発電プラントの、ステンレス鋼部材及び炭素鋼部材を有する給水配管に適用される。
【０１２９】
本実施例の原子力プラントの構成部材への放射性核種付着抑制方法では、図１３に示す成膜装置３０Ａをその給水配管に接続し、図１４に示す手順に基づいた処理が実行される。本実施例で実行される図１４に示す手順は、実施例４で実行された図１１に示す手順において処理ステップＳ４と処理ステップＳ９の順番を入れ替えて処理ステップＳ４を処理ステップＳ９の後に実施する。図１４に示す他の処理ステップは図１１に示す処理ステップと同じである。本実施例で用いられる成膜装置３０Ａは、図１３に示す成膜装置３０Ａと実質的に同じであるが、ｐＨ調整剤注入装置８８の循環配管Ｌ１への接続位置がセリウムイオン注入装置８５の循環配管Ｌ１への接続位置よりも上流に位置している。
【０１３０】
本実施例においても、沸騰水型原子力発電プラントの運転が停止された後に、処理ステップＳ１〜Ｓ３の各工程が実施される。処理ステップＳ９において、還元剤であるヒドラジンがｐＨ調整剤注入装置８８から循環配管Ｌ１内を流れる７５℃の水に注入される。その後、処理ステップＳ４において、ヒドラジンを含む７５℃の水溶液がセリウムイオン注入装置８５と循環配管Ｌ１の接続点の位置に到達したとき、セリウムイオンを含む薬液（第１薬剤）がセリウムイオン注入装置８５から循環配管Ｌ１内に注入される。セリウムイオン及びヒドラジンを含む水溶液である７５℃の形成水溶液が、循環配管Ｌ１内で生成され、給水配管１０に供給される。実施例４と同様に、給水配管１０の内面にセリウム粒子が付着される。
【０１３１】
処理ステップＳ７で「ＹＥＳ」と判定されたとき、処理ステップＳ８の分解処理が実行される。この処理ステップＳ８の処理が終了した後、循環配管Ｌ１が給水配管１０から取り外され、沸騰水型原子力発電プラントが起動される。
【０１３２】
本実施例は実施例４で生じる各効果を得ることができる。
【実施例６】
【０１３３】
本発明の他の実施例である実施例６の原子力プラントの構成部材への放射性核種付着抑制方法を、図１５を用いて説明する。本実施例は、沸騰水型原子力発電プラントの原子炉浄化系に適用され、成膜装置３０Ａを用いる。また、本実施例では、図１１の手順に基づいて各工程が実行される。
【０１３４】
本実施例では、処理ステップＳ１において、実施例３と同様に、成膜装置３０Ａの循環配管Ｌ１の一端部が浄化系配管２０の弁１００の開放されたボンネットのフランジに接続され、その循環配管Ｌ１の他端部が弁１０１の開放されたボンネットのフランジに接続される。弁２３は閉じられている。その後、処理ステップＳ２〜Ｓ４、Ｓ９，Ｓ７及びＳ８の各工程が順次実行される。この結果、弁１００と弁１０１の間の浄化系配管２０の内面及び炭素鋼製の、非再生熱交換器２５のシェルの内面にセリウム粒子が所定量付着される。処理ステップＳ８が終了した後、循環配管Ｌ１が浄化系配管２０から取り外され、沸騰水型原子力発電プラントが起動される。
【０１３５】
本実施例は、実施例４で生じる各効果を得ることができる。
【０１３６】
形成装置３０ＡをＢＷＲプラントにおいて、炭素鋼部材である、例えば、余熱除去系の配管、給水系の配管、原子炉隔離時冷却系の配管、炉心スプレイ系の配管、補機冷却水系統の配管、及びクーリングタワーを用いる冷却水系統の配管等に接続し、対応する実施例２及び３のいずれかのセリウムを含む粒子及び皮膜形成方法を適用してもよい。形成装置３０Ａを、図２に示すように、ＢＷＲプラントの再循環系配管２２に接続し、形成装置３０Ａを用いて再循環系配管２２の内面にセリウム粒子を付着させてもよい。
【０１３７】
さらに、実施例２及び３の炭素鋼部材へのセリウムを含む粒子及び皮膜形成方法は、ＢＷＲプラントだけでなく、ＰＷＲプラントの炭素鋼製の給水配管及び火力プラントの炭素鋼製の給水配管に適用することができる。この際には、形成装置３０を該当するプラントの給水配管に接続される。
【産業上の利用可能性】
【０１３８】
本発明は、原子力プラントのステンレス鋼製及び炭素鋼製の配管に適用することができる。
【符号の説明】
【０１３９】
１…原子炉、３…タービン、４…復水器、１０…給水配管、１２：原子炉圧力容器、２０…浄化系配管、２３…弁、３０，３０Ａ…成膜装置、３１…サージタンク、Ｐ１，Ｐ２…循環ポンプ、Ｌ１…循環配管、ＥＪ…エゼクタ、Ｐ３、Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６…注入ポンプ、４０，４５，４６，４７…薬液タンク、Ｆ…フィルタ、Ｈ…加熱器、Ｃ…冷却器、６０…カチオン交換樹脂塔、６２…混床樹脂塔、６４…分解装置、Ｖｉ…流入側弁、Ｖｏ…流出側弁、８５…セリウムイオン注入装置、８６…酸化剤注入装置、８７…酸性溶液注入装置、８８…ｐＨ調整剤注入装置。
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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