(57)【要約】【課題】水素注入の実施時及び水素注入の不実施時において放射性核種の付着を抑制できる原子力プラント構成部材の線量低減方法を提供する。【解決手段】取替え用の配管の内面を研磨する（Ｓ２）。この配管を３％のＨＦ及び１０％のＨＮＯ３の混合溶液に浸漬させ、配管の内面にＣｒを主成分とする不動態皮膜を形成する（Ｓ３）。鉄（II）イオン、過酸化水素及びヒドラジンを含むｐＨが５．５〜９．０の範囲内にある皮膜形成液を、不動態皮膜を内面に形成したその配管内に供給し、その不動態皮膜の表面を覆ってフェライト皮膜を形成する（Ｓ４）。原子炉の運転を停止し、上記の配管を接続する再循環系配管の内面の化学除染を実施する（Ｓ５）。再循環系配管の交換箇所を切断して除去し（Ｓ６）、再循環系配管の切断部分に、不動態皮膜及びフェライト皮膜を形成した配管を接続する（Ｓ７）。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステンレス鋼製の原子力プラント構成部材の第１表面にこの第１表面を覆って前記ステンレス鋼に含まれる元素の少なくとも一部を含む不動態皮膜を形成し、この不動態皮膜の第２表面にこの第２表面を覆ってフェライト皮膜を形成することを特徴とする原子力プラント構成部材の線量低減方法。
【請求項２】
前記不動態皮膜の形成は原子力プラントに設置されている前記原子力プラント構成部材の前記第１表面に対して行われる請求項１に記載の原子力プラント構成部材の線量低減方法。
【請求項３】
原子力プラントに設けられている原子力プラント構成部材を除去し、前記第１表面に前記不動態皮膜が形成されて前記不動態皮膜の前記第２表面に前記フェライト皮膜が形成されている前記原子力プラント構成部材を、前記除去した原子力プラント構成部材の替りに、前記原子力プラントに取り付ける請求項１に記載の原子力プラント構成部材の線量低減方法。
【請求項４】
前記原子力プラントから前記原子力プラント構成部材を除去する前に、少なくとも前記除去する原子量プラント構成部材を化学除染する請求項３に記載の原子力プラント構成部材の線量低減方法。
【請求項５】
前記第１表面への前記不動態皮膜の形成は、前記第１表面を研磨した後に行う請求項１ないし４のいずれか１項に記載の原子力プラント構成部材の線量低減方法。
【請求項６】
前記第１表面への前記不動態皮膜の形成は、前記第１表面に不動態皮膜形成液を接触させて行い、前記第２表面への前記フェライト皮膜の形成は、鉄（II）イオン、酸化剤及びｐＨ調整剤を含むｐＨが５．５〜９．０の範囲にある皮膜形成液を前記第２表面に接触させることによって行う請求項１ないし５のいずれか１項に記載の原子力プラント構成部材の線量低減方法。
【請求項７】
前記原子力プラント構成部材が前記原子力プラントの第１配管であり、前記不動態皮膜の形成は、前記第１表面である、前記第１配管の内面に不動態皮膜形成液を接触させることによって行われる請求項１ないし３のいずれか１項に記載の原子力プラント構成部材の線量低減方法。
【請求項８】
前記フェライト皮膜の形成は、前記内面が前記不動態皮膜で覆われた前記第１配管に第２配管を接続し、鉄（II）イオン、酸化剤及びｐＨ調整剤を含むｐＨが５．５〜９．０の範囲にある皮膜形成液を、前記第２配管を通して前記第１配管内に供給し、前記皮膜形成液を前記第１配管の内面に形成された前記不動態皮膜の第２表面に接触させることによって行われる請求項７に記載の原子力プラント構成部材の線量低減方法。
【請求項９】
前記不動態皮膜の形成は、前記不動態皮膜形成液を前記第２配管を通して前記第１配管に供給することによって行われる請求項８に記載の原子力プラント構成部材の線量低減方法。
【請求項１０】
原子力プラント構成部材を有する原子力プラントにおいて、前記原子力プラント構成部材の第１表面が不動態皮膜で覆われており、前記不動態皮膜の第２表面がフェライト皮膜で覆われていることを特徴とする原子力プラント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子力プラント構成部材の線量低減方法及び原子力プラントに係り、特に、沸騰水型原子力プラントに適用するのに好適な原子力プラント構成部材の線量率低減方法及び原子力プラントに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、沸騰水型原子力プラント（以下、ＢＷＲプラントという）は、原子炉圧力容器（ＲＰＶと称する）内に炉心を内蔵した原子炉を有する。再循環ポンプ（またはインターナルポンプ）によって炉心に供給された炉水は、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、ＲＰＶ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。給水は、ＲＰＶ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。炉水とは、ＲＰＶ内に存在する冷却水である。
【０００３】
また、放射性腐食生成物の元となる腐食生成物は、ＲＰＶ及び再循環系配管等のＢＷＲプラントの構成部材の炉水と接する表面で発生するため、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及びニッケル基合金などの不銹鋼が使用されている。また、低合金鋼製のＲＰＶは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。
【０００４】
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が避けられないため、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不純物（例えば、金属元素）は、燃料棒内の核燃料物質の核分裂により放出される中性子の照射によって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５４等の放射性核種になる。
【０００５】
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。しかしながら、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。炉水に含まれる放射性物質は、ＲＰＶに連絡された原子炉浄化系によって取り除かれる。原子炉浄化系で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、原子力プラントの構成部材（例えば、配管）の炉水と接触する表面に蓄積される。その結果、構成部材の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。
【０００６】
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、各人の被曝線量を可能な限り低くする必要が生じている。
【０００７】
そこで、配管の炉水と接触する表面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様々検討されている。例えば、特開２００６−３８４８３号公報、特開２００７−１９２７４５号公報及び特開２００７−２４６４４号公報には、原子力プラント構成部材の炉水と接触する表面にフェライト皮膜であるマグネタイト皮膜を形成し、その構成部材への放射性核種の付着を抑制する方法が提案されている。原子力プラントの構成部材の炉水と接触する表面へのフェライト皮膜の形成によって、原子力プラントの運転後において、その構成部材の表面に放射性核種が付着することが抑制される。この放射性核種付着抑制方法では、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。
【０００８】
特開２０００−１０５２９５号公報には、酸化除染及び還元除染を含む化学除染が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００６−３８４８３号公報
【特許文献２】特開２００７−１９２７４５号公報
【特許文献３】特開２００７−２４６４４号公報
【特許文献４】特開２０００−１０５２９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特開２００６−３８４８３号公報に記載された原子力プラント構成部材への放射性核種の付着抑制方法は、フェライト皮膜を形成して原子力プラント構成部材の腐食を抑制し、腐食皮膜の成長に伴って生じる放射性核種の付着を抑制して原子力発電プラントの再循環配管の表面線量率を低減することができる。発明者らは、特開２００６−３８４８３号公報に記載された方法により原子力プラント構成部材の表面に形成されたフェライト皮膜の線量率低減について詳細な検討を行った。この結果、フェライト皮膜による線量率低減効果には腐食電位依存性のあることがわかり、−０．５Ｖｖｓ．ＳＨＥでは−０．２Ｖｖｓ．ＳＨＥに比べて効果が減少していることがわかった。同時に行った不動態皮膜処理を施した試験片の結果からは、−０．２Ｖｖｓ．ＳＨＥでは線量率低減効果が見られないものの、−０．５Ｖｖｓ．ＳＨＥではフェライト皮膜を上回る線量率低減効果が認められた。
【００１１】
本発明の目的は、水素注入の実施時及び水素注入の不実施時において放射性核種の付着を抑制することができる原子力プラント構成部材の線量低減方法及び原子力プラントを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記した目的を達成する本発明の特徴は、ステンレス鋼製の原子力プラント構成部材の第１表面にこの第１表面を覆って前記ステンレス鋼に含まれる元素の少なくとも一部を含む不動態皮膜を形成し、この不動態皮膜の第２表面にこの第２表面を覆ってフェライト皮膜を形成することにある。
【００１３】
ステンレス鋼製の原子力プラント構成部材の第１表面にこの第１表面を覆って前記ステンレス鋼に含まれる元素の少なくとも一部を含む不動態皮膜を形成し、この不動態皮膜の第２表面にこの第２表面を覆ってフェライト皮膜を形成するので、原子炉内への水素注入の実施時及び水素注入の不実施時において原子力プラント構成部材への放射性核種の付着を抑制することができる。特に、原子炉内の冷却材への水素注入が中断されて腐食電位が増大した状態でも、不動態皮膜がフェライト皮膜で覆われているので、不動態皮膜に含まれる元素の溶出を抑制することができ、放射性核種の原子力プラント構成部材への付着をフェライト皮膜によって抑制できる。また、水素注入が行われている状態では、放射性核種の原子力プラント構成部材への付着を不動態皮膜によって抑制することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、水素注入の実施時及び水素注入の不実施時において放射性核種の原子力プラント構成部材への付着を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の好適な一実施例である実施例１の原子力プラント構成部材の線量低減方法において実施される工程を示すフローチャートである。
【図２】実施例１の原子力プラント構成部材の線量低減方法において使用する皮膜形成装置の詳細構成図である。
【図３】実施例１の原子力プラント構成部材の線量低減方法が適用される沸騰水型原子力プラントの構成図である。
【図４】実施例１の原子力プラント構成部材の線量低減方法において図３に示す沸騰水型原子力プラントに接続される除染装置の詳細構成図である。
【図５】Ｃｏ−６０付着量の腐食電位と金属試料の表面状態の依存性を示す説明図である。
【図６】本発明の他の実施例である実施例２の原子力プラント構成部材の線量低減方法において実施される工程を示すフローチャートである。
【図７】実施例２の原子力プラント構成部材の線量低減方法において使用する化学除染装置の詳細構成図である。
【図８】本発明の他の実施例である実施例３の原子力プラント構成部材の線量低減方法において実施される工程を示すフローチャートである。
【図９】実施例３の原子力プラント構成部材の線量低減方法において使用する皮膜形成装置の詳細構成図である。
【図１０】実施例３の原子力プラント構成部材の線量低減方法を適用する再循環系の構成図である。
【図１１】図１０に示す再循環系への図９に示す皮膜形成装置の接続状態を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
発明者らは、水素注入の実施時及び水素注入の不実施時において放射性核種の取り込みを抑制できる対策を種々検討した。この対策を検討する過程において、発明者らは、原子力プラント構成部材の炉水と接触する表面への不動態皮膜の形成に着目した。
【００１７】
しかしながら、発明者らは、炉水に水素が注入された環境である腐食電位−０．５Ｖｖｓ．ＳＨＥにおける、不動態皮膜を形成させたステンレス鋼部材への放射性Ｃｏ−６０の蓄積は、不動態皮膜を形成していないステンレス鋼部材に比べて少なくなるが、この不動態皮膜は腐食電位の高い環境に曝されると不動態皮膜に含まれるＣｒ酸化物が酸化されて６価のクロム酸イオンとして高温水中に溶出するため、放射性Ｃｏ−６０の蓄積抑制効果はなくなってしまうことを見出した。このため、不動態皮膜をステンレス鋼部材の炉水に接触する表面に形成しただけでは、炉水への水素注入を中断する可能性のある沸騰水型原子力プラントの実機運転条件において、放射性Ｃｏ−６０の蓄積の抑制を継続することが難しいことが判明した。そこで、発明者らは、原子力プラント構成部材の炉水に接触する表面に形成された、腐食電位の高い環境で溶出し易い不動態皮膜の表面を、さらに、フェライト皮膜で被覆する方法を新たに考え出した。沸騰水型原子力プラントの実機の水質で経験する腐食電位−０．５Ｖｖｓ．ＳＨＥ〜＋０．２ｖｓ．ＳＨＥの環境で形成される酸化物を分析するとフェライトが見られる。このフェライトで不動態皮膜の表面を被覆すれば、水素注入が中断された高電位の炉水に曝されたとき、フェライト層が不動態皮膜と高電位の炉水の接触を防止するため、不動態皮膜からのＣｒの溶出が生じなく、不動態皮膜が原子力プラント構成部材の表面に維持される。
【００１８】
発明者らが行った上記の検討結果を、さらに詳細に説明する。
【００１９】
発明者らは、ステンレス鋼製の研磨試験片（以下、第１試験片という）、この研磨試験片の表面にフェライト皮膜の一種であるマグネタイト皮膜を形成した試験片（以下、第２試験片という）、その研磨試験片をフッ硝酸で処理してＣｒ酸化物を含む不動態皮膜を表面に形成した試験片（以下、第３試験片という）の３つの試験片を用いて、これらの試験片へのＣｏ−６０の付着量を確認するＣｏ−６０付着試験を行った。Ｃｏ−６０付着試験では、沸騰水型原子炉の炉水の条件を模擬した、温度２８０℃、圧力７ＭＰａ、溶存酸素濃度５ｐｐｂ以下、溶存水素濃度５０ｐｐｂのＣｏ−６０を含む高温高圧純水を用い、この高温高圧純水に前述の３つの試験片を、所定の時間の、浸漬した。このとき、腐食電位の影響を調べる目的で、高温高圧純水に過酸化水素を５ｐｐｂ注入して腐食電位を−０．２Ｖｖｓ．ＳＨＥとした条件、及び高温高圧純水に過酸化水素を注入せずに腐食電位を−０．５Ｖｖｓ．ＳＨＥとした条件で、それぞれ試験を行った。
【００２０】
この試験結果を図５に示す。−０．２Ｖｖｓ．ＳＨＥの場合、マグネタイト皮膜を形成した第２試験片のＣｏ−６０の付着量は、研磨のみを施した第１試験片のそれの約１／２０に減少した。これに対して、−０．５Ｖｖｓ．ＳＨＥの場合では、第２試験片のＣｏ−６０の付着量は、第１試験片のＣｏ−６０の付着量の約１／４になり、腐食電位の低下によってＣｏ−６０の付着抑制効果が低減された。不動態皮膜を形成した第３試験片のＣｏ−６０の付着量は、−０．５Ｖｖｓ．ＳＨＥにおいて、第１試験片のＣｏ−６０の付着量の約１／１０であり、第３試験片のＣｏ−６０の付着抑制効果が第２試験片のその効果を上回った。しかし、−０．２Ｖｓ．ＳＨＥでは、第３試験片のＣｏ−６０の付着量は第１試験片のＣｏ−６０の付着量と大差がなく、第３試験片のＣｏ−６０の付着抑制効果がほとんど生じていなかった。これは、−０．２Ｖｖｓ．ＳＨＥを実現するために、高温高圧純水に注入した過酸化水素によって、第３試験片に形成された不動態皮膜に含まれる三価のＣｒが六価に酸化されてＣｒＯ４２−として溶出し、不動態皮膜が保護皮膜として機能しなくなったためと考えられる。三価のＣｒが酸化されて溶解する反応としては、例えば、式（１）に示される反応がある。
【００２１】
４ＦｅＣｒ２Ｏ４＋１４Ｈ２Ｏ２＝２Ｆｅ２Ｏ３＋８ＣｒＯ４２−＋１６Ｈ＋＋６Ｈ２Ｏ            ……（１）
ステンレス鋼製の研磨試験片である第１試験片の表面へのＣｏ−６０付着は高温水によってステンレス鋼が腐食され、腐食によって形成される酸化皮膜が成長する際に炉水中のＣｏ−６０を成長する酸化皮膜中に取り込むことによって生じる。マグネタイト皮膜及び不動態皮膜は、ともに、第２及び第３試験片のそれぞれのステンレス鋼の表面に、直接、高温水が接触することを防止しており、それぞれのステンレス鋼の腐食を抑制して酸化皮膜の成長を抑制し、酸化皮膜へ取り込まれるはずのＣｏ−６０の付着を抑制している。従って、図５に示すＣｏ−６０の付着抑制効果は、腐食抑制効果を反映したものと言える。この腐食抑制効果はマグネタイト皮膜及び不動態皮膜において腐食電位の影響を受ける。腐食抑制効果は、−０．５Ｖｖｓ．ＳＨＥでは不動態皮膜がマグネタイト皮膜よりも大きくなり、−０．２Ｖｖｓ．ＳＨＥではマグネタイト皮膜が不動態皮膜よりも大きくなる。
【００２２】
図５に示す試験結果に基づいて、発明者らは、マグネタイト皮膜と不動態皮膜を組み合わせることにより、−０．２Ｖｖｓ．ＳＨＥ及び−０．５Ｖｖｓ．ＳＨＥの各腐食電位において、原子力プラント構成部材の腐食抑制に有効であり、Ｃｏ−６０付着抑制にも有効な新たな原子力プラント構成部材の線量低減方法を考え出した。新たに考え出した原子力プラント構成部材の線量低減方法では、原子力プラント構成部材である、例えば、ステンレス鋼部材の表面に不動態皮膜を形成し、この不動態皮膜の表面に更にフェライト皮膜、例えば、マグネタイト皮膜を形成する。このような原子力プラント構成部材の表面に不動態皮膜及びフェライト皮膜の二層の皮膜を形成し、不動態皮膜の表面をフェライト皮膜で覆っているので、−０．５Ｖｖｓ．ＳＨＥでは不動態皮膜による腐食抑制効果が生じると共に、−０．２Ｖｖｓ．ＳＨＥではマグネタイト皮膜による腐食抑制効果が生じる。さらに、一旦−０．２Ｖの環境に晒されてもマグネタイト皮膜が不動態皮膜を覆っているため、不動態皮膜が過酸化水素を含む高温水に接触することがなく、再び、−０．５Ｖｖｓ．ＳＨＥの環境に変化しても、不動態皮膜に含まれるクロムが高温水に溶出することを防止できる。したがって、−０．５Ｖｖｓ．ＳＨＥにおいても不動態皮膜が原子力プラント構成部材の腐食を抑制することができる。
【００２３】
以上に述べた検討結果を反映した、本発明の実施例を以下に説明する。
【実施例１】
【００２４】
本発明の好適な一実施例である実施例１の原子力プラント構成部材の線量低減方法を、図１、図２、図３及び図４を用いて説明する。本実施例の原子力プラント構成部材の線量低減方法は、沸騰水型原子力プラント（ＢＷＲプラント）に適用した例である。
【００２５】
本実施例の原子力プラント構成部材の線量低減方法が適用される原子力プラントであるＢＷＲプラントの概略構成を、図３を用いて説明する。ＢＷＲプラントは、原子炉４９、タービン５６、復水器５７、再循環系、原子炉浄化系及び給水系等を備えている。原子炉格納容器１１内に設置された原子炉４９は、炉心５１を内蔵する原子炉圧力容器（以下、ＲＰＶという）５０を有し、ＲＰＶ５０内にジェットポンプ５２を設置している。炉心５１には複数の燃料集合体（図示せず）が装荷されている。各燃料集合体は、核燃料物質で製造された複数の燃料ペレットを充填した複数の燃料棒を含んでいる。再循環系は再循環ポンプ５３及びステンレス鋼製の再循環系配管５４を有し、再循環ポンプ５３が再循環系配管５４に設置されている。給水系は、復水器５７とＲＰＶ５０を連絡する給水配管５８に、復水ポンプ５９、復水浄化装置６０、低圧給水加熱器６１、給水ポンプ６３及び高圧給水加熱器６２を設置して構成される。水素注入装置６６が、復水浄化装置６０と低圧給水加熱器６１の間で給水配管５８に接続されている。原子炉水浄化系は、再循環系配管５４と給水配管５８を連絡する浄化系配管６７に、浄化系ポンプ６８，再生熱交換器６９，非再生熱交換器７０及び炉水浄化装置７１を設置して構成される。浄化系配管６７は、再循環ポンプ５３より上流で再循環系配管５４に接続される。
【００２６】
ＲＰＶ５０内の冷却水（以下、炉水という）は、再循環ポンプ５３で昇圧され、再循環系配管５４を通ってジェットポンプ５２のノズル（図示せず）からジェットポンプ５２のベルマウス（図示せず）内に噴出される。ノズルの周囲に存在する炉水も、ノズルから噴出される噴出流の作用により、ベルマウス内に吸引される。ジェットポンプ５２から吐出された炉水は、炉心５１に供給され、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。加熱された炉水の一部が蒸気になる。この蒸気は、ＲＰＶ５０から主蒸気配管５５を通ってタービン５６に導かれ、タービン５６を回転させる。タービン５６に連結された発電機（図示せず）が回転され、電力が発生する。タービン５６から排出された蒸気は、復水器５７で凝縮され、水になる。
【００２７】
この水は、給水として、給水配管５８を通りＲＰＶ５０内に供給される。給水配管５８を流れる給水は、復水ポンプ５９で昇圧され、復水浄化装置６０で不純物が除去され、給水ポンプ６３でさらに昇圧され、低圧給水加熱器６１及び高圧給水加熱器６２で加熱される。抽気配管６４で主蒸気配管５５，タービン５６から抽気された抽気蒸気が、低圧給水加熱器６１及び高圧給水加熱器６２にそれぞれ供給され、給水の加熱源となる。
【００２８】
本実施例の原子力プラント構成部材の線量低減方法に用いられる皮膜形成装置１の詳細な構成を、図２を用いて説明する。皮膜形成装置１は、内部に加熱器１９を設置したサージタンク１７、循環配管２、鉄（II）イオン注入装置３、酸化剤注入装置７、ｐＨ調整剤注入装置１２、クロムイオン注入装置８８、フィルタ２１、分解装置２５及びカチオン交換樹脂塔２３を備えている。
【００２９】
開閉弁２７、循環ポンプ２０、弁２８、弁２９，３０及び３１、サージタンク１７、循環ポンプ２６、弁３２及び開閉弁３３が、上流よりこの順に循環配管２に設けられている。弁２８をバイパスして循環配管２に接続される配管３４に、弁３５及びフィルタ２１が設置される。弁２９をバイパスする配管３６が循環配管２に接続され、冷却器２２及び弁３７が配管３６に設置される。両端が循環配管２に接続されて弁３０をバイパスする配管３８に、カチオン交換樹脂塔２３及び弁４０が設置される。両端が配管３８に接続されてカチオン交換樹脂塔２３及び弁４０をバイパスする配管３９に、混床樹脂塔２４及び弁６が設置される。
【００３０】
弁４３及び分解装置２５が設置される配管４２が弁３１をバイパスして循環配管２に接続される。分解装置２５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。サージタンク１７が弁３１と循環ポンプ２６の間で循環配管２に設置される。
【００３１】
鉄（II）イオン注入装置３が、薬液タンク４、注入ポンプ５及び注入配管６Ａを有する。薬液タンク４は、注入ポンプ５及び弁６を有する注入配管６Ａによって循環配管２に接続される。薬液タンク４は、鉄をギ酸で溶解して調製した２価の鉄（II）イオンを含む薬剤（第１薬剤）を充填している。この薬剤はギ酸を含んでいる。なお、鉄を溶解させる薬剤としては、ギ酸に限らず、鉄（II）イオンの対アニオンとなるカルボン酸または炭酸を用いることができる。鉄を溶解する、ギ酸以外のカルボン酸として、シュウ酸またはマロン酸を用いてもよい。
【００３２】
酸化剤注入装置７が、薬液タンク８、注入ポンプ９及び注入配管１１を有する。薬液タンク８は、注入ポンプ９及び弁１０を有する注入配管１１によって循環配管２に接続される。薬液タンク８は、酸化剤（第２薬剤）である過酸化水素を充填している。弁４５を設けた配管４４が注入配管１１と分解装置２５の上流において配管４２を連絡する。
【００３３】
ｐＨ調整剤注入装置１２が、薬液タンク１３、注入ポンプ１４及び注入配管１６を有する。薬液タンク１３は、注入ポンプ１４及び弁１５を有する注入配管１６によって循環配管２に接続される。薬液タンク１３はｐＨ調整剤（第３薬剤）であるヒドラジンを充填する。
【００３４】
皮膜形成装置１では、鉄（II）イオン注入装置３の循環配管２への第１接続点（注入配管６Ａと循環配管２の接続点）、酸化剤注入装置７の循環配管２への第２接続点（注入配管１１と循環配管２の接続点）、及びｐＨ調整剤注入装置１２の循環配管２への第３接続点（注入配管１６と循環配管２の接続点）が、この順序で上流から下流に向って配置されている。ｐＨ計１１３が、第３接続点と開閉弁３３の間で循環配管２に設置される。
【００３５】
弁４６を設けた配管４７の両端部が、ｐＨ計１１３と開閉弁３３の間に存在する循環配管２、及び開閉弁２７と循環ポンプ２０の間に存在する循環配管２にそれぞれ接続される。各薬剤が循環配管２に注入される前においては、サージタンク１７には、処理に用いられる水が充填されている。皮膜形成液に含まれる酸素濃度を少なくするために、窒素またはアルゴンなどの不活性ガスを薬液タンク４及びサージタンク１７内にバブリングすることが好ましい。
【００３６】
分解装置２５は、鉄（II）イオンの対アニオンとして使用するカルボン酸（例えば、ギ酸）、及び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、鉄（II）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及び二酸化炭素に分解できるカルボン酸、また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。
【００３７】
本実施例の原子力プラント構成部材の線量低減方法に用いられる化学除染装置７２の詳細な構成を、図４を用いて説明する。化学除染装置７２は、加熱器７５を内部に設けたサージタンク７４、循環配管７３、ｐＨ調整剤注入装置７７、酸化剤注入装置８２、フィルタ８９、分解装置８７、カチオン交換樹脂塔９１及び混床樹脂塔９２を備えている。開閉弁９４、循環ポンプ８８、弁９５，９６，９７，９８、サージタンク７４、循環ポンプ９３、弁９９及び開閉弁１００が、上流より下流に向かってこの順に循環配管７３に設けられている。
【００３８】
配管１０１が、弁９５をバイパスするように両端で循環配管７３に接続される。配管１０１には、弁１０２及びフィルタ８９が設けられる。弁９６をバイパスする配管１０３の両端が循環配管７３に接続される。冷却器９０及び弁１０４が配管１０３に設置される。両端が循環配管７３に接続されて弁９７をバイパスする配管１０５に、カチオン交換樹脂塔９１及び弁１０６が設置される。両端が配管１０５に接続されてカチオン交換樹脂塔９１及び弁１０６をバイパスする配管１０７に、混床樹脂塔９２及び弁１０８が設置される。弁１１０及び分解装置８７が設置される配管１０９が、弁９８をバイパスして循環配管７３に接続される。分解装置８７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。弁１１２及びエゼクタ７６が設けられる配管１１１が、弁９９と循環ポンプ９３の間で循環配管７３に接続され、さらに、サージタンク７４に接続される。化学除染の対象となる配管（例えば、再循環系配管５４）の内面の汚染物を酸化溶解するための過マンガン酸カリウム、さらには配管内の汚染物を還元溶解するためのシュウ酸をサージタンク７４内に供給するためのホッパ（図示せず）がエゼクタ７６に設けられている。
【００３９】
ｐＨ調整剤注入装置７７が、薬液タンク７８、注入ポンプ７９及び注入配管８１を有する。薬液タンク７８は、注入ポンプ７９及び弁８０を有する注入配管８１によって循環配管７３に接続される。薬液タンク７８はｐＨ調整剤であるヒドラジンを充填している。
【００４０】
酸化剤注入装置８２は、薬液タンク８３、注入ポンプ８４及び注入配管８６を有する。薬液タンク８４は、注入ポンプ８４及び弁８５を有する注入配管８６によって分解装置８７の上流で配管１０９に接続される。薬液タンク８３は、酸化剤である過酸化水素を充填している。サージタンク７４は、化学除染対象を含む系統を循環させる水が充填されている。
【００４１】
ＲＰＶ５０内の炉水は、炉心５１に装荷された燃料集合体に含まれる核燃料物質の核分裂に伴って発生する放射線の照射を受けて放射線分解を起こし、過酸化水素及び酸素などの酸化性化学種を生ずる。この酸化性化学種によって炉水と接触する原子力プラント構成の腐食電位が上昇する。このため、ＢＷＲプラントでは、応力腐食割れに対する環境緩和対策として水素注入装置６６から給水に水素を注入して、この水素と炉水に含まれる過酸化水素及び酸素などの酸化性化学種を反応させることによって炉水の酸化性化学種濃度を低減させて原子力プラント構成部材の腐食電位を低下させる運転が行われている。ＢＷＲプラントにおいてこの給水に水素を注入しながら行う運転を、水素注入水質（ＨＷＣ：Hydrogen Water Chemistry）運転と言い、ＢＷＲプラントにおいて水素注入を行わない運転を、通常水質（ＮＷＣ：Normal Water Chemistry）運転と言う。水素注入により腐食電位を低下させるＢＷＲプラントの運転は運転中継続することが望ましいが、水素注入が中断される場合があり、この水素注入が中断されている場合におけるＢＷＲプラントの運転は、ＮＷＣ運転であり、原子力プラント構成部材の腐食電位は高い状態になる。
【００４２】
再循環系配管５４内を流れる炉水の一部は、浄化系ポンプ６８の駆動によって浄化系配管６７内に流入し、再生熱交換器６９及び非再生熱交換器７０で冷却された後、炉水浄化装置７１で浄化される。浄化された炉水は、再生熱交換器６９で加熱されて浄化系配管６７及び給水配管５８を経てＲＰＶ５０内に戻される。
【００４３】
ＢＷＲプラントは、１つの運転サイクルでの運転が終了した後に停止される。この運転停止後に、ＢＷＲプラントに対して定期検査が実施される。この定期検査が終了した後、ＢＷＲプラントが再度起動される。この定期検査の期間中において、炉心５１内の一部の燃料集合体が新燃料集合体と交換される。すなわち、炉心５１内の一部の燃料集合体が、使用済燃料集合体としてＲＰＶ５０から取り出され、燃焼度０ＧＷｄ／ｔの新燃料集合体が炉心５１に装荷される。
【００４４】
図１に示す工程により実施される、実施例１の原子力プラント構成部材の線量低減方法を、以下に具体的に説明する。
【００４５】
例えば、ＢＷＲプラントの前回の定期検査で、再循環系配管５４に応力腐食割れによる貫通していないひび割れが生じていることが発見されており、その再循環系配管５４の交換をＢＷＲプラントの次回の定期検査で行う必要があると判断された場合を想定するこのときには、前回の定期検査終了後にＢＷＲプラントの運転が再開されて、次の運転サイクルでのＢＷＲプラントの運転が行われる。この運転サイクルでのＢＷＲプラントの運転が停止された後の定期検査の期間中において、再循環系配管５４の、前述のひび割れが生じている部分の交換作業が行われる。このため、再循環系配管５４の、ひび割れが生じている部分の交換作業に先立って、ＢＷＲプラントの運転が停止される前に、交換用の取替え配管を準備する必要があり、この取替え配管に対して、図１に示すステップＳ２〜Ｓ４の各工程が実施される。
【００４６】
初めに、取替え対象の原子力プラント構成部材に相当する取替え配管を準備する（ステップＳ１）。取替え対象の原子力プラント構成部材である再循環系配管５４に用いられるステンレス鋼配管を準備する。このステンレス鋼配管の長さは、再循環系配管５４の、ひび割れが生じている部分を含んで再循環系配管５４の切断される長さに相当する。取替え配管の内面を研磨する（ステップＳ２）。取替え配管であるステンレス鋼配管の内面粗さを調整するため、その内面に対して、例えば、機械研磨を実施し、凹凸を減らして実質表面積を小さくする。ステンレス鋼配管の内面に凹凸が多いと表面積が増えてＣｏ−６０を取り込む酸化皮膜が増えるので、ステンレス鋼配管内面への機械研磨の実施は、その内面を平滑にすることによってＣｏ−６０を取り込む表面積を減少させるためである。
【００４７】
取替え配管の内面に対して不動態化処理を行う（ステップＳ３）。この不動態化処理は、既存の方法で良く、例えば、前述した図５に示す試験結果を得た第３試験片の表面への不動態皮膜の形成と同じである。すなわち、第３試験片では、３％のＨＦ（フッ化水素）及び１０％のＨＮＯ３（硝酸）の混合溶液（不動態皮膜形成液）を６０℃に加温し、ステンレス鋼製の研磨試験片をこの混合溶液に１０分間浸漬して研磨試験片の表面にＣｒ酸化物を含む不動態皮膜を形成した。本実施例のステップＳ３においても、内面を機械研磨したステンレス鋼配管（取替え配管）を、加温したその混合溶液に１０分間浸漬してステンレス鋼配管の内面にＣｒ酸化物を含む不動態皮膜を形成する。
【００４８】
不動態皮膜を形成する他の方法としては、例えば、ステンレス鋼配管を熱濃硝酸に浸漬し、硝酸の酸化力によってステンレス鋼配管の内面を酸化する方法、またはステンレス鋼配管を陽極として電解液に浸漬し、この電解液に浸漬した陰極とそのステンレス鋼配管の間に電流を流すことによって行う電解研磨がある。いずれの方法でも程度の差は有るが、Ｃｒ酸化物を含む不動態皮膜がステンレス鋼配管の内面に形成される。
【００４９】
マグネタイト皮膜を形成する（ステップＳ４）。ステップＳ３で不動態皮膜を内面に形成したステンレス鋼配管（取替え配管）の内面に、フェライト皮膜、例えば、マグネタイト皮膜を形成する。このマグネタイト皮膜の形成を、図２を用いて説明する。
【００５０】
内面に不動態皮膜を形成したステンレス鋼配管４８の両端を、皮膜形成装置１の循環配管２の両端に別々に接続し、循環配管２及びステンレス鋼配管４８による閉ループを形成する。この閉ループ内を循環できる水量をサージタンク１７に給水する。その後、弁２７，２８，２９，３０，３１，３２及び３３をそれぞれ開き、他の弁を閉じた状態で、循環ポンプ２０及び２６を駆動する。これにより、循環配管２及びステンレス鋼配管４８の閉ループ内にサージタンク１７内の水を循環させる。サージタンク１７内の加熱器１９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、弁６を開いて注入ポンプ５を駆動させ、鉄（II）イオン及びギ酸を含む薬液（第１薬剤）が、薬液タンク４から、注入配管６Ａを通って、循環配管２内を流れている水溶液である皮膜形成液（第１薬剤が初めて注入されるときは水）に注入される。ここで注入される第２薬剤は、例えば、鉄をギ酸で溶解して調製した鉄（II）イオン及びこのギ酸を含んでいる。注入された鉄（II）イオンの一部が、皮膜形成液内で水酸化第一鉄となる。
【００５１】
弁１０を開いて注入ポンプ９を駆動させ、酸化剤である過酸化水素を、薬液タンク８から注入配管１１を通して、循環配管２内を流れている鉄（II）イオン、ギ酸及び水酸化第一鉄を含む皮膜形成液に注入する。酸化剤としては、過酸化水素以外に、オゾンまたは酸素を溶解した薬剤を用いてもよい。
【００５２】
弁１５を開いて注入ポンプ１４を駆動することにより、ｐＨ調整剤（例えば、ヒドラジン）を、薬液タンク１３から、注入配管１６を通して循環配管２内を流れている皮膜形成液に注入する。ｐＨ計１１３は、循環配管２を流れる皮膜形成液のｐＨを計測する。制御装置（図示せず）が、このｐＨ計測値に基づいて、注入ポンプ１４の回転速度（または弁１５の開度）を制御してヒドラジンの注入量を調節し、皮膜形成液のｐＨを５．５〜９．０の範囲内の値、例えば、７．０に調節する。すなわち、ヒドラジン、鉄（II）イオン、クロムイオン、水酸化第一鉄、ギ酸及び過酸化水素を含む水溶液である皮膜形成液のｐＨが、７．０に調節される。
【００５３】
この皮膜形成液が、循環配管２を通してステンレス鋼配管４８内に供給され、ステンレス鋼配管４８の内面に形成された不動態皮膜の表面に接触する。皮膜形成液に含まれている鉄（II）イオン（Ｆｅ２＋）の一部が過酸化水素により鉄（III）イオン（Ｆｅ３＋）に酸化され、皮膜形成液のｐＨが７．０であるので、皮膜形成液に接触する、ステンレス鋼配管４８内の不動態皮膜の表面において、式（２）の反応が生じ、不動態皮膜の表面にマグネタイト皮膜が形成される。
【００５４】
Ｆｅ２＋＋２Ｆｅ３＋＋２Ｈ２Ｏ＝Ｆｅ（III）［Ｆｅ（II）Ｆｅ（III）］Ｏ４＋８Ｈ＋                                ……（２）
ステンレス鋼配管４８内への皮膜形成液の供給が継続されて式（２）で示されるマグネタイト生成反応が継続されるため、ステンレス鋼配管４８の内面に形成された不動態皮膜の表面がマグネタイト皮膜で被覆されることになる。
【００５５】
一端からステンレス鋼配管４８内に供給された皮膜形成液は、ステンレス鋼配管４８の他端から循環配管２に戻される。循環配管２に戻された皮膜形成液に対して、鉄（II）イオン注入装置３による鉄（II）イオン及びギ酸を含む薬液の注入、酸化剤注入装置７による過酸化水素の注入、及びｐＨ調整剤注入装置１２によるヒドラジンの注入がそれぞれ行われる。これらの薬剤が注入された皮膜形成液が、再び、ステンレス鋼配管４８に供給される。
【００５６】
式（２）に示す反応から明らかであるように、マグネタイト生成反応が進むとＨ＋が放出されるため、皮膜形成液のｐＨが低くなる。このため、ｐＨを設定値である７．０に維持するために、循環配管２内を流れる皮膜形成液にｐＨ調整剤注入装置１２からヒドラジンを注入する。ヒドラジンの注入量は、前述したように、ｐＨ計１１３で計測された皮膜形成液のｐＨ計測値に基づいて注入ポンプ１４の回転速度を制御することにより行われる。
【００５７】
ステンレス鋼配管４８の内面に形成された不動態皮膜の表面を覆って所定厚みのマグネタイト皮膜が形成されたとき、注入ポンプ５，９，１４が停止されて弁６，１０，１５が閉じられ、マグネタイト皮膜の形成が終了する。そして、皮膜形成液に含まれている薬剤（ヒドラジン及びギ酸）の分解が実施される。この薬剤の分解時には、弁４３を開いて弁３１の開度を低減し、循環配管２を流れる皮膜形成液の一部を分解装置２５に供給する。弁４５を開いて注入ポンプ９を駆動することにより、過酸化水素が薬液タンク８から配管４４を通して分解装置２５に供給される。ヒドラジン及びギ酸は、分解装置２５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。ヒドラジンは窒素と水に、ギ酸は二酸化炭素と水にそれぞれ分解する。皮膜形成液に含まれた各薬剤の分解が終了した後、循環配管２及びステンレス鋼配管４８内の水溶液が外部に排出される。不動態皮膜及びマグネタイト皮膜が内面に形成されたステンレス鋼配管４８が循環配管２から取り外される。
【００５８】
ステンレス鋼配管４８の内面への不動態皮膜及びマグネタイト皮膜の形成、すなわち、は、ステップＳ１〜Ｓ４までの各作業は、ＢＷＲプラントの運転中において、放射線管理区域ではない工場で行われる。
【００５９】
ステップＳ３及びＳ４において内面に不動態皮膜及びマグネタイト皮膜が形成されたステンレス鋼配管４８は、ＢＷＲプラントの運転が停止された状態で行われる定期検査の期間中での配管交換工事において、ＢＷＲプラントの該当箇所に取り付けられる。
【００６０】
ＢＷＲプラントの或る運転サイクルでの運転が終了したとき、ＢＷＲプラントの運転が停止され、運転が停止された状態で、ＢＷＲプラントの定期検査が実施される。この定期検査の期間中で、応力腐食割れによる貫通していないひび割れが生じている再循環系配管５４が、内面に不動態皮膜及びマグネタイト皮膜が形成されたステンレス鋼配管４８と交換される。この交換に先立って、化学除染が実行される（ステップＳ５）。運転を経験したＢＷＲプラントでは、ＲＰＶ５０内の炉水と接触する、再循環系配管５４の内面に、酸化皮膜が形成されている。そのＢＷＲプラントでは、この酸化皮膜が放射性核種を含んでいる。ステップＳ２の一例は、化学的な処理によりその酸化皮膜を、皮膜形成対象物である再循環系配管２２の内面から取り除く処理である。再循環系配管５４の化学除染は、図４に示す化学除染装置７２を用いて行われる。この化学除染は、再循環系配管５４の交換作業時において作業員の被ばくを低減するために実施される。
【００６１】
仮設設備である化学除染装置７２の循環配管７３の両端が、ステンレス鋼製の再循環系配管５４に接続される。この循環配管７３を再循環系配管５４に接続する作業を具体的説明する。ＢＷＲプラントの運転停止後に、例えば、再循環系配管５４に接続されている浄化系配管６７に設置されている弁７１のボンネットを開放して浄化系ポンプ６８側を封鎖する。化学除染装置７２の循環配管７３の一端を弁７１のフランジに接続する。これにより、循環配管７３の一端が再循環系ポンプ５３の上流で再循環系配管５４に接続される。他方、再循環ポンプ５３の下流側で再循環系配管５４に接続されたドレン配管または計装配管などの枝管を切り離し、その切り離された枝管に、化学除染装置７２の循環配管７３の他端を接続する。循環配管７３の両端を再循環系配管５４に接続することによって、再循環系配管５４及び循環配管７３を含む閉ループが形成される。再循環系配管５４の両端部におけるＲＰＶ５０内での各開口部は、皮膜形成液がＲＰＶ５０内に流入しないように、プラグ（図示せず）でそれぞれ封鎖される。化学除染装置７２は、再循環系配管６４の内面に対する化学除染が終了した後で且つＢＷＲプラントの運転停止期間内で、再循環系配管５４から取り外される。
【００６２】
ステップＳ５で実施する化学除染は、公知の方法（特開２０００−１０５２９５号公報参照）であるが、簡単に説明する。まず、開閉弁９４，弁９５，９６，９７，９８及び９９、及び開閉弁１００を開き、他の弁を閉じた状態で、循環ポンプ８８，９３を起動して、サージタンク７４内の水を循環配管７３及び再循環系配管５４内で循環させる。そして、加熱器７５によって加熱して、循環する水の温度を約９０℃まで昇温させる。水温が約９０℃になったとき、弁１１２を開く。エゼクタ７６に連絡されたホッパから供給された過マンガン酸カリウムが、配管１１１内を流れる水により、サージタンク７４内に供給される。過マンガン酸カリウムがサージタンク１７内で水に溶解し、酸化除染液が生成される。この酸化除染液は、循環配管７３を通って再循環系配管５４内に供給され、再循環系配管５４の内面に形成されている酸化皮膜などの汚染物を溶解する。このようにして、再循環系配管５４の内面の酸化除染が行われる。
【００６３】
酸化除染終了後、酸化除染液に含まれる過マンガン酸イオンは、上記のホッパからサージタンク７４に注入されるシュウ酸によって分解される。上記のホッパから更にシュウ酸を供給することによってサージタンク７４内に還元除染液が生成される。還元除染液のｐＨ調整のため、弁８０を開いて薬液タンク７８からヒドラジンを循環配管７３内に供給する。ヒドラジンを含む還元除染液が、循環ポンプ９３により再循環系配管５４内に供給され、再循環系配管５４の内面に形成されている酸化皮膜等の汚染物を還元溶解する。還元除染時に、弁１０６を開くと共に弁９７の開度を調整し、還元除染液の一部をカチオン交換樹脂塔９１に導く。再循環系配管５４の内面から還元除染液中に溶出してきた金属陽イオンが、カチオン交換樹脂塔９１内のカチオン交換樹脂に吸着され、除去される。
【００６４】
還元除染の終了後、弁１１０を開いて循環配管７３内を流れる還元除染液の一部を分解装置８７に供給する。分解装置８７は、薬液タンク８３から配管８６を通して供給される過酸化水素、及び分解装置８７内の活性炭触媒の作用によって、還元除染液に含まれるシュウ酸及びヒドラジンが分解される。シュウ酸及びヒドラジンの分解後、加熱器７５による加熱を停止し、弁１０４を開いて弁９６を閉じ、除染液を冷却器９０で冷却して、例えば、６０℃まで低下させる。６０℃になった除染液が、弁１０６を閉じて弁１０８を開くことにより、混床樹脂塔９２に供給される。混床樹脂塔９２は、分解装置８７で分解されなかった、除染液に含まれる不純物を除去する。これにより、除染液の導電率が低下する。除染液のシュウ酸濃度及びヒドラジン濃度を分析し、それぞれの濃度が所定値より下がったことを確認した後、開閉弁９４，１００を閉じて化学除染装置７２と再循環系配管５４を隔離した後、再循環系配管５４内に残存する水を排水する。
【００６５】
取替え対象の配管を撤去する（ステップＳ６）。再循環系配管５４内の浄化済み除染液を排水した後、再循環系配管５４の、ひび割れが生じている取替え部分を切断し、再循環系から取り除く。新たらしい配管を接続する（ステップＳ７）。ステップＳ１〜Ｓ４の各工程により作成した、内面に不動態皮膜を形成し、この不動態皮膜の表面をマグネタイト皮膜で覆っているステンレス鋼配管４８を、工場から原子力発電所内の該当するＢＷＲプラントの原子炉格納容器内に搬入する。搬入したステンレス鋼配管４８を再循環系配管５４の切断した箇所に配置し、このステンレス鋼配管４８の両端部を対向する再循環系配管５４のそれぞれの切断端面にそれぞれ溶接にて接続する。
【００６６】
以上により、取替え対象の原子力プラント構成部材である再循環系配管５４の交換作業が終了する。そして、ＢＷＲプラントの定期検査が終了した後に、次の運転サイクルにおけるＢＷＲプラントの運転が開始される。
【００６７】
ＢＷＲプラントの運転開始により、再循環系配管５４として新たに接続された、内面に不動態皮膜が形成され、この不動態皮膜の表面を覆うマグネタイト皮膜（フェライト皮膜）が形成されたステンレス鋼配管４８内を、Ｃｏ−６０を含む２８０℃の炉水が流れる。このため、マグネタイト皮膜が炉水と接触する。水素注入装置６６から給水配管５８内を流れる給水に水素が注入され、水素を含む給水がＲＰＶ５０内に供給される。このように、炉水に水素が継続して注入されることによって、炉水と接触する、上記のステンレス鋼配管４８等の原子力プラント構成部材の腐食電位は、低い状態（−０．５Ｖｖｓ．ＳＨＥ）に維持される。しかし、水素注入が中断したときには、その腐食電位は、高い状態（＋０．２Ｖｖｓ．ＳＨＥ）になる。
【００６８】
ステンレス鋼配管４８では内面に形成されたＣｒ酸化物を主成分とする不動態皮膜の表面をマグネタイト皮膜が被覆しているため、ステンレス鋼配管４８の腐食電位が低い状態（−０．５Ｖｖｓ．ＳＨＥ）になる水素注入時においては、不動態皮膜の作用によりステンレス鋼配管４８の母材の腐食が抑制され、ステンレス鋼配管４８へのＣｏ−６０の付着も抑制される。また、水素注入が停止してステンレス鋼配管４８の腐食電位が上昇した状態（＋０．２Ｖｖｓ．ＳＨＥ）では、マグネタイト皮膜によってステンレス鋼配管４８の母材の腐食が抑制され、ステンレス鋼配管４８へのＣｏ−６０付着が抑制される。この時、Ｃｒ酸化物を主成分とする不動態皮膜が高温の炉水に直接接触していないので、不動態皮膜に含まれるＣｒの炉水への溶出を防止することができる。このため、不動態皮膜がステンレス鋼配管４８の母材とマグネタイト皮膜の間に常に存在する。このため、水素注入が再開されステンレス鋼配管４８の腐食電位が低下した時には、その不動態皮膜がステンレス鋼配管４８の母材の腐食を抑制するので、ステンレス鋼配管４８へのＣｏ−６０の付着抑制が維持される。
【００６９】
本実施例によれば、原子力プラント構成部材であるステンレス鋼配管４８の内面を不動態皮膜で覆い、この不動態皮膜の表面をマグネタイト皮膜で覆っており、このため、炉水がマグネタイト皮膜の表面に接触するので、水素注入の実施時及び水素注入の不実施時において、ステンレス鋼配管４８、すなわち、原子力プラント構成部材への放射性核種の取り込みを抑制することができる。
【００７０】
本実施例では、ステンレス鋼配管４８内面への不動態皮膜及びマグネタイト皮膜の形成をＢＷＲプラントの運転中に行っているので、ＢＷＲプラントの運転が停止された後の定期検査期間中において、内面に不動態皮膜及びマグネタイト皮膜が前述のように形成されたステンレス鋼配管４８と、ＢＷＲプラントの、応力腐食割れによりひびが生じている配管との交換作業を早期に着手することができ、定期検査期間が延びる恐れがない。
【００７１】
本実施例は、原子炉浄化系及び残留熱除去系のステンレス鋼製の配管にも適用することができる。
【実施例２】
【００７２】
本発明の他の実施例である実施例２の原子力プラント構成部材の線量低減方法を、図６及び図７を用いて説明する。本実施例の原子力プラント構成部材の線量低減方法は、沸騰水型原子力プラント（ＢＷＲプラント）に適用した例である。
【００７３】
本実施例の原子力プラント構成部材の線量低減方法は、実施例１の原子力プラント構成部材の線量低減方法において化学除染を行った原子力プラント構成部材の表面にフェライト皮膜を形成する工程を追加した方法である。本実施例の原子力プラント構成部材の線量低減方法の他の工程は、実施例１の原子力プラント構成部材の線量低減方法の工程と同じである。
【００７４】
本実施例の原子力プラント構成部材の線量低減方法も、実施例１の原子力プラント構成部材の線量低減方法と同様に、例えば、再循環系配管の、応力腐食割れによる貫通していないひび割れが生じている部分を、内面に不動態皮膜が形成されてこの不動態皮膜の表面をフェライト皮膜で覆っているステンレス鋼配管に交換する。実施例１と同様に、ＢＷＲプラントの運転中で工場においてステップＳ１〜Ｓ４の各工程（図６参照）を実施することにより、内面に不動態皮膜が形成されてこの不動態皮膜の表面をフェライト皮膜で覆っているステンレス鋼配管４８が製造される。ステップＳ４では、皮膜形成装置１を用いて、ステンレス鋼配管４８の内面に形成された不動態皮膜の表面を覆うマグネタイト皮膜を形成する。
【００７５】
実施例１と同様に、ＢＷＲプラントの運転が停止された後に行われる定期検査の期間において、再循環系配管５４の内面に対する化学除染が行われる（ステップＳ５）。本実施例の化学除染では、実施例１で用いられた化学除染装置７２の替りに化学除染装置７２Ａが用いられる。
【００７６】
この化学除染装置７２Ａを、図７を用いて具体的に説明する。化学除染装置７２Ａは、実施例１で用いられる化学除染装置７２（図４参照）に、実施例１で用いられる皮膜形成装置１（図２参照）の鉄（II）イオン注入装置３を追加し、さらに、化学除染装置７２に設けられた酸化剤注入装置８２を酸化剤注入装置７に替えた構成を有する。鉄（II）イオン注入装置３の注入配管６Ａが循環配管７３に接続され、酸化剤注入装置７の注入配管１１も循環配管７３に接続される。注入ポンプ９と弁１０の間で注入配管１１に接続された、弁８５を有する注入配管８６が、分解装置８７より上流で配管１０９に接続される。化学除染装置７２Ａにおいても、鉄（II）イオン注入装置３の循環配管７３への第１接続点（注入配管６Ａと循環配管７３の接続点）、酸化剤注入装置７の循環配管７３への第２接続点（注入配管１１と循環配管７３の接続点）、及びｐＨ調整剤注入装置７７の循環配管７３への第３接続点（注入配管８１と循環配管７３の接続点）が、この順序で上流から下流に向って配置されている。
【００７７】
化学除染装置７２Ａの循環配管７３が、実施例１における化学除染装置７２の循環配管７３と同様に、化学除染対象物の再循環系配管５４に連絡される。本実施例におけるステップＳ５では、化学除染装置７２Ａを用いて行われる、本実施例のステップＳ５における再循環系配管５４の内面の化学除染は、還元除染液に含まれるシュウ酸及びヒドラジンを分解装置８７で分解する際に、酸化剤注入装置７の薬液タンク８内の過酸化水素を、注入配管８６を通して分解装置８７に供給する以外は、実施例１において化学除染装置７２を用いて行われる化学除染と同じである。
【００７８】
還元除染液に含まれるシュウ酸及びヒドラジンの分解装置２５での分解処理が終了して化学除染が終了した後に、マグネタイト皮膜を形成する（ステップＳ８）。ステップＳ８では、ステップＳ５の工程を実施する際に再循環系配管５４に接続した化学除染装置７２Ａを用いて行われる。化学除染装置７２Ａを用いて再循環系配管５４の内面にフェライト皮膜であるマグネタイト皮膜を形成する場合には、弁１１２が閉じられており、エゼクタ７６からサージタンク７４への過マンガン酸カリウム及びシュウ酸の供給は行われない。化学除染装置７２Ａを用いた再循環系配管５４の内面へのマグネタイト皮膜の形成においても、実施例１における皮膜形成装置１を用いたステンレス鋼配管４８の内面へのマグネタイト皮膜の形成と同様に、鉄（II）イオン注入装置３から循環配管７３への鉄（II）イオン及びギ酸を含む薬液の注入、酸化剤注入装置７から循環配管７３への過酸化水素の注入、及びｐＨ調整剤注入装置７７から循環配管７３へのヒドラジンの注入が行われ、ヒドラジン、鉄（II）イオン、クロムイオン、水酸化第一鉄、ギ酸及び過酸化水素を含む水溶液であるｐＨ７．０で温度９０℃の皮膜形成液が、循環配管７３から再循環系配管５４内に供給される。この皮膜形成液と接触する再循環系配管５４の内面で皮膜形成液と接触する内面の全体に亘って、この内面を覆うマグネタイト皮膜が形成される。本実施例のステップＳ８では、再循環系配管５４の、応力腐食割れで貫通していないひび割れが生じている切断対象の部分以外の内面にも、マグネタイト皮膜が形成される。
【００７９】
所定厚みのマグネタイト皮膜が再循環系配管５４の内面に形成されたとき、循環配管７３への鉄（II）イオン及びギ酸を含む薬液、過酸化水素及びヒドラジンのそれぞれの注入が停止され、皮膜形成液に含まれるヒドラジン及びギ酸の分解が分解装置８７で行われる。このとき、薬液タンク８内の過酸化水素が、注入配管８６を通して分解装置８７に供給される。ステップＳ８でヒドラジン及びギ酸の分解が終了した後、循環配管７３の両端部が再循環系配管５４から取り外される。
【００８０】
ステップＳ６における取替え対象の配管の撤去では、再循環系配管５４の、ひび割れが生じている取替え部分が、切断されて再循環系配管５４から取り除かれる。ステップＳ７において新たらしい配管を再循環系配管５４の切断箇所に接続するために、ステップＳ１〜Ｓ４の各工程により作成した、内面に不動態皮膜を形成し、この不動態皮膜の表面をマグネタイト皮膜で覆っているステンレス鋼配管４８を、工場から原子力発電所内の該当するＢＷＲプラントの原子炉格納容器内に搬入する。搬入したステンレス鋼配管４８を再循環系配管５４の切断した箇所に配置し、このステンレス鋼配管４８の両端部を対向する再循環系配管５４のそれぞれの切断端面にそれぞれ溶接にて接続する。
【００８１】
以上により、取替え対象の原子力プラント構成部材である再循環系配管５４の交換作業が終了する。そして、ＢＷＲプラントの定期検査が終了した後に、次の運転サイクルにおけるＢＷＲプラントの運転が開始される。
【００８２】
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。本実施例は、再循環系配管５４の切断箇所以外の部分にもフェライト皮膜を形成してこの切断箇所に、内面を不動態皮膜で覆っており、この不動態皮膜の表面をさらにマグネタイト皮膜で覆っているステンレス鋼配管４８を接続するので、実施例１よりも原子力プラント構成部材である再循環系配管５４へのＣｏ−６０の付着量を低減することができる。
【実施例３】
【００８３】
本発明の他の実施例である実施例３の原子力プラント構成部材の線量低減方法を、図８、図９、図１０及び図１１を用いて説明する。本実施例の原子力プラント構成部材の線量低減方法は、沸騰水型原子力プラント（ＢＷＲプラント）に適用した例である。
【００８４】
本実施例の原子力プラント構成部材の線量低減方法において不動態皮膜及びフェライト皮膜を形成する原子力プラント構成部材は、実施例１及び２のそれぞれの原子力プラント構成部材の線量低減方法において不動態皮膜及びフェライト皮膜を形成する取替え用の原子力プラント構成部材とは異なって、既設のＢＷＲプラントに設けられている原子力プラント構成部材、例えば、配管である。
【００８５】
また、本実施例の原子力プラント構成部材の線量低減方法では、実施例１及び２のそれぞれの原子力プラント構成部材の線量低減方法と異なり、前述の二層の皮膜を形成する原子力プラント構成部材、例えば、再循環系配管５４に化学除染装置７２（図４参照）の循環配管７３の両端部を接続して再循環系配管５４の内面の化学除染を行い、その後、化学除染装置７２を再循環系配管５４から取り外して替りに皮膜形成装置１Ａの両端部を再循環系配管５４に接続して、皮膜形成装置１Ａにより再循環系配管５４の内面に不動態皮膜を形成し、この不動態皮膜の表面にこの表面を覆うマグネタイト皮膜（フェライト皮膜）を形成する。
【００８６】
本実施例で用いられる皮膜形成装置１Ａを、図９を用いて説明する。皮膜形成装置１Ａは、実施例１で用いられる皮膜形成装置１において弁４６を設けた配管４７を取り除き、不動態皮膜形成液注入装置１１５を追加した構成を有する。不動態皮膜形成液注入装置１１５は、薬液タンク１１６、注入ポンプ１１７及び注入配管１１９を有する。薬液タンク１１６は、注入ポンプ１１７及び弁１１８を有する注入配管１１９によって循環配管２に接続される。薬液タンク１１６は、不動態皮膜形成液であるフッ酸及び硝酸を含む水溶液を充填している。
【００８７】
実施例３の原子力プラント構成部材の線量低減方法を、図８に示す手順に基づいて説明する。本実施例において、不動態皮膜及びフェライト皮膜を形成する原子力プラント構成部材は、既設配管である再循環系配管５４である。
【００８８】
ここで、再循環系配管５４を含む再循環系の詳細な構成を、図１０を用いて説明する。再循環系は、前述したように、再循環系配管５４及び再循環系配管５４に設けられた再循環ポンプ５３を有する。再循環ポンプ入口弁１２０が再循環ポンプ５３の上流で再循環系配管５４に設けられ、再循環ポンプ出口弁１２１が再循環ポンプ５３の下流で再循環系配管５４に設けられる。再循環系配管５４の上流端部がＲＰＶ５０に接続される。ＲＰＶ５０の外部に配置された半円状のリングヘッダ２４が、再循環系配管５４に設けられている。複数のライザー管１２５が、リングヘッダ２４に接続され、ＲＰＶ５０を貫通してＲＰＶ５０内に達する。これらのライザー管１２５は、各ジェットポンプ５２のノズルに連絡される。残留熱除去系につながる配管１２２が、再循環ポンプ入口弁１２０の上流で再循環系配管５４に接続される。残留熱除去系につながる配管１２３が、再循環ポンプ出口弁１２１の上流で再循環系配管５４に接続される。
【００８９】
本実施例では、不動態皮膜及びフェライト皮膜を、例えば、再循環系配管５４の、再循環ポンプ入口弁１２０の上流側のＡ点からこの弁の下流側のＢ点の間の範囲で内面に形成する。この範囲では、再循環系配管５４の内面に応力腐食割れによるひび割れが生じていない。
【００９０】
化学除染を実施する（ステップＳ１１）。ＢＷＲプラントの運転が停止されて定期検査の期間において、図４に示す化学除染装置７２の循環配管７３の一端部（例えば、開閉弁１００が設けられている方の端部）が配管１２２（図１０参照）に接続される。この循環配管７３の他端部（例えば、開閉弁９４が設けられている方の端部）が配管１２３（図１０参照）に接続される。化学除染装置７２を用いた化学除染は、再循環系配管５４のＡ点からのＢ点の間の範囲に対して実施すれば良いが、再循環系配管５４の、再循環ポンプ入口弁１２０付近のＡ点からのＢ点の間の範囲で皮膜形成作業を行う場合、周囲の再循環系配管５４の内面に付着した放射性核種から生じる放射線による被ばくを低減するために、再循環系配管５４において化学除染を出来るだけ広範囲に行うことが望ましい。
【００９１】
配管１２２と配管１２３の間の再循環系配管５４の内面が、実施例１と同様に、還元除染される。実施例１と同様に、開閉弁９４，弁９５，９６，９７，９８，９９及び１１２、及び開閉弁１００を開き、他の弁を閉じた状態で、循環ポンプ８８，９３を起動して、加熱器７５で加熱されたサージタンク７４内の水（約６０℃）を循環配管７３及び再循環系配管５４で形成される閉ループ内で循環させる。エゼクタ７６から供給された過マンガン酸カリウムにより生成された酸化除染液が再循環系配管５４内に供給されて再循環系配管５４内面の酸化除染が実施される。酸化除染終了後に、エゼクタ７６から供給されたシュウ酸により生成された還元除染液が、ｐＨ注入装置７７から注入されるヒドラジンによりｐＨが調節され、再循環系配管５４内に供給される。再循環系配管５４の内面が還元除染される。還元除染が終了した後、還元除染液に含まれているシュウ酸及びヒドラジンが分解装置８７で分解される。これらの薬剤の分解が終了した後、化学除染装置７２が配管１２２及び１２３から取り外される。
【００９２】
皮膜形成装置を接続する（ステップＳ１２）。化学除染終了後、再循環ポンプ入口弁１２０を分解し、再循環ポンプ入口弁１２０の弁箱から弁体を取り出す。この弁箱の上流側のＡ点及び弁箱の下流側のＢ点のそれぞれの位置に、弁箱内から仕切り部材を設置して再循環系配管５４を封鎖する。続いて、弁体を取り外した弁箱の部分に２本の配管を連絡し、これらの配管に皮膜形成装置１Ａ（図９参照）の循環配管２の両端部を別々に接続する。なお、皮膜形成液が流れる２本の配管が挿入される弁箱の上部は、皮膜形成液が漏れないように密閉構造とする。
【００９３】
不動態化処理を実施する。（ステップＳ１３）。皮膜形成装置１Ａが接続された後、皮膜形成装置１Ａの循環配管２及び再循環系配管５４の皮膜形成対象部に不動態皮膜形成液を循環させるために、サージタンク１７に水を補給し、循環ポンプ２０及び２６を駆動して水を循環配管２及び弁箱内を循環させる。循環する水は、加熱器１９で、例えば６０℃まで加熱される。このとき、弁２７，２８，２９，３０，３１，３２及び３３を開いて他の弁は全て閉じられている。
【００９４】
Ａ点からのＢ点の間の範囲で再循環系配管５４の内面に不動態皮膜を形成するとき、弁１１８を開いて注入ポンプ１１７を駆動し、薬液タンク１１６内の不動態皮膜形成液、例えば、フッ酸及び硝酸を含む水溶液を、注入配管１１９を通して、循環配管２内を流れる水に注入する。循環する水溶液のフッ酸濃度が３％、硝酸濃度が１０％になるように、薬液タンク１１６からフッ酸及び硝酸を含む水溶液が循環配管２内に注入される。フッ酸濃度が３％及び硝酸濃度が１０％の不動態皮膜形成液が、循環ポンプ２０及び２６の駆動により、弁箱内に供給され、再循環系配管５４のＡ点からＢ点の範囲で内面に接触する。この結果、その範囲の内面に、この内面を覆ってＣｒを主成分とする不動態皮膜が形成される。
【００９５】
不動態皮膜の形成が終了した後、注水ポンプ１１７が停止されて弁１１８が閉じられる。そして、不動態皮膜形成液の廃液は、弁３７を開いて弁２９を閉じることにより、冷却器２２に導かれて冷却される。冷却器２２による冷却によって循環配管２及び弁箱内を循環するその廃液の温度が、例えば、２０℃まで低下した後、弁４１を開いて弁３０を閉じる。この結果、その廃液が混床樹脂塔２４に供給され、混床樹脂塔２４に充填された要イオン交換樹脂及び陰イオン交換樹脂によって廃液に含まれているフッ素イオン及び硝酸イオンが除去される。廃液が混床樹脂塔２４を通して循環させることによって、その廃液は、マグネタイト皮膜の形成に再利用できる水になる。
【００９６】
マグネタイト皮膜を形成する（ステップＳ１５）。皮膜形成装置１Ａにおいて、実施例１におけるマグネタイト皮膜の形成と同様に、鉄（II）イオン注入装置３から循環配管２への鉄（II）イオン及びギ酸を含む薬液の注入、酸化剤注入装置７から循環配管２への過酸化水素の注入、及びｐＨ調整剤注入装置１２から循環配管２へのヒドラジンの注入が行われる。これらの注入により循環配管２内で生成された、ヒドラジン、鉄（II）イオン、クロムイオン、水酸化第一鉄、ギ酸及び過酸化水素を含む水溶液であるｐＨ７．０で温度９０℃の皮膜形成液が、循環配管２から再循環系配管５４に設けられた弁箱内に供給され、再循環系配管５４のＡ点からＢ点の範囲で内面に形成された不動態皮膜の表面に接触する。この結果、その不動態皮膜の表面を覆って個の表面にマグネタイト皮膜が形成される。皮膜形成液は循環配管２及び弁箱により形成される閉ループ内を循環する。マグネタイト皮膜の形成が終了した後、皮膜形成液に含まれているギ酸及びヒドラジンが分解装置２５で分解される。
【００９７】
その後、皮膜形成装置が取り外される（ステップＳ１５）。再循環系配管５４の弁箱に接続されている皮膜形成装置１Ａを取り外す。そして、この弁箱に弁体を組み込んで再循環ポンプ入口弁１２０を組み立てる。ＢＷＲプラントの定期検査が終了した後、ＢＷＲプラントが起動される。
【００９８】
本実施例は、実施例１と同様に、水素注入の実施時及び水素注入の不実施時において、原子力プラント構成部材である再循環系配管５４への放射性核種の取り込みを抑制することができる。
【００９９】
本実施例によれば、不動態皮膜形成液注入装置１１５を有する皮膜形成装置１Ａを用いることによって、その不動態皮膜形成液注入装置１１５から不動態皮膜形成液を、ＢＷＲプラントに設けられている原子力プラント構成部材の表面、例えば、再循環系配管５４の内面に容易に接触させることができ、ＢＷＲプラントに設けられている再循環系配管５４の内面に対しても不動態皮膜を形成することができる。
【０１００】
本実施例では再循環系配管５４のＡ点からのＢ点の間の範囲で内面に不動態皮膜を形成し、この不動態皮膜の表面にマグネタイト皮膜を形成したが、化学除染装置７２を配管１２２，１２３から取り外した後、皮膜形成装置１Ａの循環配管２の両端を配管１２２，１２３に別々に接続することによって、配管１２２の接続部と配管１２３の接続部の間で、再循環系配管５４の内面に不動態皮膜を形成し、この不動態皮膜の表面にマグネタイト皮膜を形成することができる。この結果、放射性核種の付着を抑制できる、再循環系配管５４の領域が増大できる。また、化学除染装置７２に設けられたエゼクタ７６及び弁１２２を有する配管１１１を、化学除染装置７２と同様に、皮膜形成装置１Ａに設けることによって、化学除染、不動態皮膜の形成及びマグネタイト皮膜の形成を、エゼクタ７６を有する一台の皮膜形成装置１Ａで行うことができる。したがって、実施例３のように、化学除染装置７２の足循環系配管５４への接続及び取り外しを行う必要がない。
【０１０１】
実施例３で皮膜形成の対象にした再循環系配管５４の内面の一部に応力腐食割れによる貫通していないひび割れが生じている場合には、以下のように、不動態皮膜及びマグネタイト皮膜を形成しても良い。ＢＷＲプラントの定期検査の期間において、化学除染装置７２を用いて再循環系配管５４の内面の化学除染を行った後に、再循環系配管５４のひ部割れが生じている箇所を切断して取り除き、その箇所に新しい配管（ステンレス鋼配管）を溶接にて接続する。その後、図９に示す皮膜形成装置１Ａの循環配管２の両端部を、配管１２２，１２３に別々に接続する。そして、実施例３と同様に、皮膜形成装置１Ａを用いて、配管１２２の接続部と配管１２３の接続部の間で、再循環系配管５４の内面に不動態皮膜を形成し、この不動態皮膜の表面にマグネタイト皮膜を形成する。これによって、実施例３で生じる各効果を得ることができる。さらに、新たに接続した配管と残っている再循環系配管５４の溶接部の内面にも、不動態皮膜を形成することができ、この不動態皮膜の表面にマグネタイト皮膜を形成することができる。
【０１０２】
新設の原子力プラントに実施例１〜３のそれぞれを適用することができる。新設の原子力プラントの原子力プラント構成部材には放射性核種が付着していないので、新設の原子力プラントに適用する場合には、各実施例で行われている化学除染は行う必要がない。
【符号の説明】
【０１０３】
１，１Ａ…皮膜形成装置、２，７３…循環配管、３…鉄（II）イオン注入装置、１２，７７…ｐＨ調整剤注入装置、１７，７４…サージタンク、１９，７５…加熱器、２０，２６，８８，９３…循環ポンプ、２２，９０…冷却器、２５，８７…分解装置、４９…原子炉、５０…原子炉圧力容器、５１…炉心、５３…再循環ポンプ、５４…再循環系配管、５８…給水配管、６６…水素注入装置、７２，７２Ａ…化学除染装置、１１５…不動態皮膜形成液注入装置。
【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】
2013164269.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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