(57)【要約】【課題】原子炉圧力容器内の炉水中に存在する放射性物質の蒸気への移行量を減少することで、タービン系の放射線線量率を低減できること。【解決手段】炉心１４を備える原子炉圧力容器１３内に収容される炉水１５を、炉心１４の核反応熱により沸騰させ気泡を発生して蒸気を生成し、この蒸気をタービン系１２へ導いて仕事をさせる沸騰水型原子力プラントのタービン系線量率低減装置３３であって、炉水１５には、炉心１４の中性子照射により生成される揮発性の放射性物質（放射性窒素を含むアンモニア）が過飽和状態で存在し、気泡の気相と炉水１５の液相と接触させる面積を減少させる気液接触減少手段としての気泡集約構造体を有するものである。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉心を備える原子炉圧力容器内に収容される炉水を、前記炉心により沸騰させ気泡を発生して蒸気を生成し、この蒸気をタービン系へ導いて仕事をさせる沸騰水型原子力プラントのタービン系線量率低減装置であって、
前記炉水には、前記炉心の中性子照射により生成される揮発性の放射性物質が過飽和状態で存在し、
前記気泡の気相と前記炉水の液相とを接触させる面積または時間を減少させる気液接触減少手段を有することを特徴とする沸騰水型原子力プラントのタービン系線量率低減装置。
【請求項２】
前記気液接触減少手段は、気泡を結合して気泡径を拡大することで、前記気泡の気相と炉水の液相とが接触する面積を減少させる気液接触面積減少手段であることを特徴とする請求項１に記載の沸騰水型原子力プラントのタービン系線量率低減装置。
【請求項３】
前記気液接触減少手段は、気泡を炉心の上部で集中的に発生させることで、前記気泡の気相と炉水の液相とが接触する時間を減少させる気液接触時間減少手段であることを特徴とする請求項１に記載の沸騰水型原子力プラントのタービン系線量率低減装置。
【請求項４】
前記気液接触面積減少手段は、炉心の上部または上方に配置されて、前記炉心から発生する多数の気泡を捕捉して集約し、前記気泡を結合して気泡径を拡大させる気泡集約構造体であることを特徴とする請求項２に記載の沸騰水型原子力プラントのタービン系線量率低減装置。
【請求項５】
前記気泡集約構造体は、下方に凹の椀形状に形成されて、炉心を構成する燃料集合体のハンドル部、または複数の前記燃料集合体の上部を支持する上部格子板に着脱可能に配置されたことを特徴とする請求項４に記載の沸騰水型原子力プラントのタービン系線量率低減装置。
【請求項６】
前記気液接触面積減少手段は、炉心を構成する燃料集合体における燃料棒の表面に施されて、炉水に対する濡れ性を低下させて気泡を粗大化する表面処理部であることを特徴とする請求項２に記載の沸騰水型原子力プラントのタービン系線量率低減装置。
【請求項７】
前記気液接触面積減少手段は、炉水中に存在する気泡の帯電電位をゼロ付近の値に制御して、前記気泡どうしの反発力を低下させて結合させる帯電電位制御手段であることを特徴とする請求項２に記載の沸騰水型原子力プラントのタービン系線量率低減装置。
【請求項８】
前記気液接触時間減少手段は、炉心を構成する燃料集合体の長手方向の中央部及び下部よりも熱伝導性の高い材料にて構成された気泡集中発生部であり、この気泡集中発生部は、前記燃料集合体の上部と、この上部を支持する上部格子板との少なくとも一方であることを特徴とする請求項３に記載の沸騰水型原子力プラントのタービン系線量率低減装置。
【請求項９】
前記気泡集約構造体、前記表面処理部または前記気泡集中発生部は、中性子照射量が高い炉心の横断面中央位置に設けられたことを特徴とする請求項４、５、６及び８のいずれか１項に記載の沸騰水型原子力プラントのタービン系線量率低減装置。
【請求項１０】
炉心を備える原子炉圧力容器内に収容される炉水を、前記炉心により沸騰させ気泡を発生して蒸気を生成し、この蒸気をタービン系へ導いて仕事をさせる沸騰水型原子力プラントのタービン系線量率低減方法であって、
前記炉水には、前記炉心の中性子照射により生成される揮発性の放射性物質が過飽和状態で存在し、
前記気泡の気相と前記炉水の液相とを接触させる面積または時間を減少させることを特徴とする沸騰水型原子力プラントのタービン系線量率低減方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、沸騰水型原子力プラントのタービン系線量率低減装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力発電の１つに、沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）を備えた沸騰水型原子力発電プラントがある。これは、沸騰水型原子炉の原子炉圧力容器内で炉心の核反応熱を利用して軽水を沸騰させ、そこから取り出された高温の蒸気を直接タービンに送ることで発電を行う原子力発電プラントである。この発電方式では、原子炉圧力容器内の冷却材である軽水が原子炉圧力容器内を通過中に中性子照射されることで、窒素の放射性同位体である放射性窒素１６Ｎ（以下、Ｎ−１６と記す）が生成される。
【０００３】
アンモニアをはじめとする一部の窒素化合物は、原子炉圧力容器内の水中に停滞せず、蒸気と共に主蒸気配管を経てタービン系に達する。タービン系に移行した放射性窒素Ｎ―１６は、６．１２９ＭｅＶの高いエネルギーの放射線を発生するため、タービン系での放射線線量率が増加する。移行しやすい窒素の化学形態はＮＨ３、ＮＯなどであり、亜硝酸イオンや硝酸イオンなどの酸化数の高い形態の窒素は水中に留まり、移行しにくい。
【０００４】
放射性窒素Ｎ―１６のタービン系移行低減技術として、薬剤を用いて放射性窒素Ｎ―１６を酸化させ、移行しにくい形態に変える技術が特許文献１に、また、触媒を用いて同様の効果を得る技術が特許文献２にそれぞれ開示されている。
【０００５】
また、放射性窒素Ｎ−１６の半減期が７．１３秒と短いため、この放射性窒素Ｎ−１６またはその化合物を主蒸気配管内で吸着させて減少させることで、タービン系に移行する放射性窒素Ｎ−１６の移行量を低減させる技術が、特許文献３に開示されている。更に、放射性窒素Ｎ−１６からアンモニアを形成させるような薬剤を添加すると同時に、原子炉圧力容器出口にアンモニアを除去する装置を配設した技術が、特許文献４に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平２−２４０５９７号公報
【特許文献２】特開２００５−２５７６２６号公報
【特許文献３】特開２００１−１４７２９１号公報
【特許文献４】特開平８−３１３６６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上述の特許文献１〜４に記載の技術には以下の課題がある。即ち、特許文献２及び３のように、吸着や触媒による反応を利用するためには、放射性窒素Ｎ−１６から生成される窒素化合物が、吸着物や触媒と十分な接触面積を有する必要がある。しかし、そのためには蒸気流路を十分に狭くする必要があり、発電効率が低下する恐れがある。
【０００８】
また、防食のために炉水に水素を注入した場合には還元雰囲気になるが、この還元雰囲気では、特許文献４のような薬剤により放射性窒素Ｎ−１６を不揮発性の窒素化合物に酸化することが困難になる。
【０００９】
本発明の目的は、上述の事情を考慮してなされたものであり、原子炉圧力容器内の炉水中に存在する放射性物質の蒸気への移行量を減少することで、タービン系の放射線線量率を低減できる沸騰水型原子力プラントのタービン系線量率低減装置及び方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る沸騰水型原子力プラントのタービン系線量率低減装置は、炉心を備える原子炉圧力容器内に収容される炉水を、前記炉心により沸騰させ気泡を発生して蒸気を生成し、この蒸気をタービン系へ導いて仕事をさせる沸騰水型原子力プラントのタービン系線量率低減装置であって、前記炉水には、前記炉心の中性子照射により生成される揮発性の放射性物質が過飽和状態で存在し、前記気泡の気相と前記炉水の液相とを接触させる面積または時間を減少させる気液接触減少手段を有することを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明に係る沸騰水型原子力プラントのタービン系線量率低減方法は、炉心を備える原子炉圧力容器内に収容される炉水を、前記炉心により沸騰させ気泡を発生して蒸気を生成し、この蒸気をタービン系へ導いて仕事をさせる沸騰水型原子力プラントのタービン系線量率低減方法であって、前記炉水には、前記炉心の中性子照射により生成される揮発性の放射性物質が過飽和状態で存在し、前記気泡の気相と前記炉水の液相とを接触させる面積または時間を減少させることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、気液接触減少手段によって、気泡の気相と炉水の液相とが接触する面積または時間が減少するので、炉水中に過飽和状態で存在する揮発性の放射性物質が、炉水から気泡（蒸気）へ移行する移行量を減少できる。この結果、蒸気中における放射性物質の濃度が低下するので、タービン系の放射線線量率を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る沸騰水型原子力プラントのタービン系線量率低減装置における第１実施形態が適用された沸騰水型原子力発電プラントを示す系統図。
【図２】図１の沸騰水型原子炉の炉心に装架される燃料集合体の上部に装着された気泡集約構造体を示す側面図。
【図３】図１の沸騰水型原子炉の上部格子板に装着された気泡集約構造体を示す平面図。
【図４】図２及び図３の気泡集約構造体の作用を示す説明図。
【図５】気泡径と気泡の表面積等との関係を示す図表。
【図６】本発明による沸騰水型原子力プラントのタービン系線量率低減装置における第２実施形態が適用された沸騰水型原子炉を示す概略構成図。
【図７】（Ａ）は、本発明に係る沸騰型原子力プラントのタービン系線量率低減装置における第３実施形態が適用された燃料棒の表面処理部の作用を説明する説明図、（Ｂ）は、表面処理部が設けられていない燃料棒の表面における作用を説明する説明図。
【図８】本発明に係る沸騰水型原子力プラントのタービン系線量率低減装置における第４実施形態が適用された沸騰水型原子力発電プラントを示す系統図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための実施形態を図面に基づき説明する。
［Ａ］第１実施形態（図１〜図５）
図１は、本発明に係る沸騰水型原子力プラントのタービン系線量率低減装置における第１実施形態が適用された沸騰水型原子力発電プラントを示す系統図である。この図１に示す沸騰水型原子力発電プラント１０は、沸騰水型原子炉１１とタービン系１２とが組み合わされた発電プラントであり、沸騰水型原子炉１１は、原子炉圧力容器１３内に炉心１４を備える。また、原子炉圧力容器１３内には、冷却材としての炉水１５が収容されている。
【００１５】
炉心１４は、多数の燃料集合体１６が装架されて円柱形状に構成されたものである。これらの多数の燃料集合体１６は、下部が炉心支持板（不図示）により、上部が上部格子板２０（図１、図３）によりそれぞれ支持されて、炉心１４を構成している。各燃料集合体１６は、図２に示すように、チャンネルボックス１７内に複数本の燃料棒１８が例えば正方格子状に配列されて構成される。チャンネルボックス１７の最上端に、燃料集合体１６を把持するためのハンドル部１９が固着されている。
【００１６】
図１に示す原子炉圧力容器１３内には、炉心１４の上方に気水分離器２１、蒸気乾燥器２２が順次配置される。原子炉圧力容器１３内では、炉心１４の核反応熱により炉水１５が沸騰し、気泡１（図４）が発生して蒸気を生成する。この炉心１４にて発生した蒸気は、気水分離器２１により水（炉水１５）と分離され、蒸気乾燥器２２を通過する間に水分が除去されて乾燥する。
【００１７】
この乾燥した蒸気は、原子炉圧力容器１３に接続された主蒸気配管２３を経て高圧タービン２４及び低圧タービン２５へ順次導かれ、発電機（図示）を回転させて仕事する。仕事を終えた蒸気は復水器２６にて凝縮されて復水となる。この復水は、給水として給水系２７の給水配管２８を流れ、図示しない給水加熱器により加熱されて原子炉圧力容器１３に戻される。タービン系１２は、上述の高圧タービン２４、低圧タービン２５及び復水器２６を備えて構成され、図示しないタービン建屋内に配置される。
【００１８】
上述の沸騰水型原子炉１１では、炉心１４を流れる炉水１５が中性子照射を受けた際に、炉水（Ｈ２Ｏ）１５中のＯ原子が放射性窒素１６Ｎ（Ｎ−１６）に変化する。この炉心１４で発生する放射性窒素Ｎ−１６は炉水１５に起因することから、炉心１４内における蒸気の気相と炉水１５の液相のいずれにおいても発生するが、炉心１４の気液比率から、全体量としては炉水１５の液相に多く存在する。
【００１９】
また、放射性窒素Ｎ−１６の初期の化学形態は１６ＮＨ２であり、その多くがアンモニア１６ＮＨ３に変化すると考えられる。発生した放射性窒素Ｎ−１６のうち蒸気の気相に存在するものは、その後タービン系１２へ導かれるので、このタービン系１２において放射線線量率の上昇を引き起こす一因となる。
【００２０】
一方、炉水１５の液相で発生したアンモニア１６ＮＨ３は、化学平衡の観点から一部が蒸気の気相へ移行すると考えられる。例えば、２５℃の環境において１％のアンモニア水溶液を気相平衡環境で保持すると、気相において平衡となるアンモニア分圧が約０．００１ＭＰａ、水の分圧が約０．００３ＭＰａであるため、気相でのアンモニア含有量は２５％で平衡状態となる。つまり、アンモニア含有量は、気相のほうが液相よりも大きい状態が平衡状態となる。
【００２１】
この気相／液相のアンモニア比率は、アンモニアが低濃度であるほど大きく、１００℃程度までの温度であれば温度上昇と共に大きくなる。このことから、温度が高く且つアンモニア濃度が１％よりも低い沸騰水型原子炉１１の炉心１４の環境においても、気相でのアンモニア濃度は、液相でのアンモニア濃度よりも高い状態で平衡になると考えられる。
【００２２】
また、沸騰水型原子炉１１のように気相（蒸気）が短時間で発生する場合には、この気相発生過程の時間が短いため、液相から気相へのアンモニアの移行量が少なく、発生直後の気相（蒸気）のアンモニア濃度は、炉水１５の液相と同程度の低い濃度となる。
【００２３】
しかしながら、発生後の蒸気の気相は、炉心１４の上部に移行して上部格子板２０、気水分離器２１、蒸気乾燥器２２を順次経てタービン系１２まで移行する間に、炉水１５の液相と接触する。このため、炉水１５の液相からのアンモニアの移行により、蒸気の気相では放射性窒素Ｎ−１６を含むアンモニア濃度が上昇し、タービン系１２の放射線線量率が上昇してしまう。
【００２４】
炉水１５の液相から蒸気の気相へのアンモニアの移行が気液接触界面で起こることから、この気液接触界面の面積を減少させることで、上述のアンモニアの移行量を低減することが可能になる。具体的には、気液二層流となる炉心１４において、蒸気を生成する気泡１の気泡径（直径）を大きくすることで実現可能である。図５に示すように、気泡１の気泡径（直径）が大きな環境では、気泡１の体積に対する表面積の比率が小さくなることから、炉水１５から気泡１内へのアンモニアの移行量が減少すると考えられる。
【００２５】
本第１実施形態では、上述の理論的背景を考慮して、図２及び図３に示すように、炉心１４を構成する燃料集合体１６のチャンネルボックス１７のハンドル部１９と上部格子板２０との少なくとも一方に、気液接触減少手段及び気液接触面積減少手段としての気泡集約構造体３０が着脱可能に配置されて、タービン系線量率低減装置３３が構成される。
【００２６】
気泡集約構造体３０は、後にも説明するが、炉心１４の上部に位置する燃料集合体１６のハンドル部１９に配置される場合には、炉心１４を構成する全ての燃料集合体１６、またはそのうちの一部の燃料集合体１６のハンドル部１９に配置される。また、気泡集約構造体３０は、炉心１４の上部に位置する上部構造板２０に配置される場合には、全ての交差箇所３２、またはそのうちの一部の交差箇所３２に配置される。
【００２７】
この気泡集約構造体３０は、図２及び図３に示すように、下方に凹面３１を有する腕形状に形成されて、炉心１４から発生する多数の気泡１を捕捉して集約し、気泡１を結合して気泡径を拡大させる。これにより、気泡１は、（表面積）／（体積）の比率が減少して、液相の炉水１５と接触する気液接触界面の面積が減少することになる。
【００２８】
前述のように、炉水１５には、炉心１４の中性子照射により生成される放射性窒素Ｎ−１６が揮発性のアンモニアとなって過飽和状態で存在している。気泡集約構造体３０により気泡１の気泡径が拡大されて気泡１（蒸気）の気相と炉水１５の液相との気液接触界面の面積が減少することで、炉水１５の液相から気泡１（蒸気）の気相へ移行する、放射性窒素Ｎ−１６を含むアンモニアの移行量が低減される。
【００２９】
以上のように構成されたことから、本第１実施形態によれば、次の効果（１）及び（２）を奏する。
（１）気泡集約構造体３０により気泡１の気泡径が拡大することによって、気泡１の気相と炉水１５の液相とが接触する気液接触界面の面積が減少する。このため、炉水１５中に過飽和状態で存在する揮発性の放射性窒素Ｎ−１６を含むアンモニアが、炉水１５から気泡１（蒸気）へ移行する移行量を低減できる。この結果、蒸気中における放射性窒素Ｎ−１６を含むアンモニアの濃度が低下するので、放射性窒素Ｎ−１６に起因するタービン系１２の放射線線量率を低減できる。
【００３０】
（２）気泡集約構造体３０は、燃料集合体１６のチャンネルボックス１７のハンドル部１９と上部格子板２０の少なくとも一方に着脱可能に配置されたので、炉心１４からの燃料集合体１６の取り出しまたは取り付け時には、気泡集約構造体３０を燃料集合体１６のハンドル部１９、上部格子板２０から離脱することで、燃料集合体１６の取り付けまたは取り外しを容易に実施できる。
【００３１】
ここで、気泡集約構造体３０は、中性子照射量が高い炉心１４の横断面中央位置に対応する、炉心１４を構成する複数本の燃料集合体１６のハンドル部１９と上部格子板２０の交差箇所３２との少なくとも一方に配置されることが好ましい。
【００３２】
つまり、気泡集約構造体３０は、炉水１５の流動抵抗の増大や炉心１４の伝熱効率の低下を招く恐れがあり、沸騰水型原子力発電プラント１０における発電効率の若干の低下を引き起こす可能性がある。一方、炉心１４の中性子照射量は、炉心１４の横断面中央位置が比較的高く、従って、放射性窒素Ｎ−１６の濃度も、炉心１４の横断面中央位置が比較的高くなっている。このため、気泡集約構造体３０を、中性子照射量が高い炉心１４の横断面中央位置に対応する、炉心１４を構成する複数本の燃料集合体１６のハンドル部１９、上部格子板２０の交差箇所３２に配置することで、発電効率の確保とタービン系１２の放射線線量率低減との両者を実現できるのである。
【００３３】
［Ｂ］第２実施形態（図６）
図６は、本発明による沸騰水型原子力プラントのタービン系線量率低減装置における第２実施形態が適用された沸騰水型原子炉を示す概略構成図である。この第２実施形態において、第１実施形態と同様な部分については、同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。
【００３４】
本第２実施形態の沸騰水型原子力プラントのタービン系線量率低減装置４４が、第１実施形態と異なる点は、気泡集約構造体３０に代えて、気液接触減少手段及び気液接触時間減少手段としての気泡集中発生部４０が、炉心１４の上部に設けられた点である。
【００３５】
気泡集中発生部４０は、炉心１４の上部における水平方向の略全域、またはその一部に設けられる。更に気泡集中発生部４０は、具体的には、炉心１４を構成する燃料集合体４２の長手方向の上部と、この燃料集合体４２の上部を支持する上部格子板４３との少なくとも一方である。気泡集中発生部４０を構成する燃料集合体４２の長手方向の上部と上部格子板４３は、燃料集合体４２の長手方向の中央部及び下部よりも熱伝導性の高い材料にて構成される。
【００３６】
従って、炉心１４における炉水１５の沸騰は、気泡集中発生部４０において集中的になされ、この気泡集中発生部４０において気泡１が集中的に発生する。このように、気泡１の発生が、炉心１４の上部の気泡集中発生部４０において集中的になされることで、発生した気泡１が気水分離器２１に到達する時間が短縮されて、気泡１の気相が炉水１５の液相に接触する時間が減少する。このため、炉水１５の液相から気泡１（蒸気）の気相へ移行する、放射性窒素Ｎ−１６を含むアンモニアの移行量が低減される。
【００３７】
以上のように構成されたことから、本第２実施形態によれば、次の効果（３）を奏する。
（３）気泡集中発生部４０により、炉水１５の沸騰が炉心１４の上部で集中的になされて気泡１が集中的に発生することから、気泡１の気相と炉水１５の液相とが接触する時間を減少することができる。このため、炉水１５中に過飽和状態で存在する揮発性の放射性窒素Ｎ−１６を含むアンモニアが、炉水１５から気泡１（蒸気）へ移行する移行量を低減できる。この結果、蒸気中における放射性窒素Ｎ−１６を含むアンモニアの濃度が低下するので、放射性窒素Ｎ−１６に起因するタービン系１２の放射線線量率を低減できる。
【００３８】
ここで、気泡集中発生部４０は、炉心１４の上部における水平方向全領域に設けられてもよいが、中性子照射量が高い炉心１４の横断面中央位置にのみに設けられてもよい。この場合には、気泡集中発生部４０が設けられることで生ずる、炉水１５の流動抵抗の増大や炉心１４の伝熱効率の低下による沸騰水型原子力発電プラント１０の若干の発電効率の低下を回避しつつ、タービン系１２の放射線線量率の低減を実現できる。
【００３９】
［Ｃ］第３実施形態（図７）
図７は、（Ａ）が、本発明に係る沸騰型原子力プラントのタービン系線量率低減装置における第３実施形態が適用された燃料棒の表面処理部の作用を説明する説明図、（Ｂ）が、表面処理部が設けられていない燃料棒の表面における作用を説明する説明図である。この第３実施形態において、第１実施形態と同様な部分については、同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。
【００４０】
本第３実施形態の沸騰水型原子力プラントのタービン系線量率低減装置５５が第１実施形態と異なる点は、気泡集約構造体３０に代えて、気泡接触減少手段及び気泡接触面積減少手段としての表面処理部５０が、炉心１４を構成する燃料集合体１６における燃料棒５１の表面に設けられた点である。
【００４１】
つまり、この表面処理部５０は、炉水１５に対する濡れ性を低下させる表面処理部である。具体的には、表面処理部５０は、燃料棒５１の表面に疎水性（撥水性）のガラス微粒子を塗布したり、燃料棒５１の表面粗さを調整することによって形成され、炉水１５に接触したときの濡れ性を低下させる。
【００４２】
表面処理部５０が設けられていない燃料棒５２では、図７（Ｂ）に示すように、濡れ性が高いため、気泡１は燃料棒５２の表面との接触面積が小さくなり、小径のまま炉水１５中へ移動し易い。
【００４３】
これに対し、図７（Ａ）に示すような濡れ性を低下させる表面処理部５０が設けられた燃料棒５１では、この燃料棒５１で発生した気泡１と燃料棒５１の表面処理部５０との接触面積が増大して、気泡１は炉水１５中へ移動し難くなり、粗大化する。更に、燃料棒５１の表面処理部５０で、粗大化した気泡１が互いに結合することで、気泡１の気泡径が更に拡大する。
【００４４】
これにより、気泡１は、（表面積）／（体積）の比率が図５に示すように減少して、炉水１５の液相と接触する気液接触界面の面積が減少することになる。このため、炉水１５の液相から気泡１（蒸気）の気相へ移行する、放射性窒素Ｎ−１６を含むアンモニアの移行量が低減される。
【００４５】
以上のように構成されたことから、本第３実施形態によれば、次の効果（４）を奏する。
（４）炉心１４を構成する燃料集合体１６の燃料棒５１に、炉水１５に対する濡れ性を低下させて、発生する気泡１を粗大化させる表面処理部５０が設けられたことによって、気泡１（蒸気）の気相と炉水１５の液相とが接触する気液接触界面の面積が減少する。このため、炉水１５中に過飽和状態で存在する揮発性の放射性窒素Ｎ−１６を含むアンモニアが、炉水１５から気泡１（蒸気）へ移行する移行量を低減できる。この結果、蒸気中における放射性窒素Ｎ−１６を含むアンモニアの濃度が低下するので、放射性窒素Ｎ−１６に起因するタービン系１２の放射線線量率を低減できる。
【００４６】
ここで、表面処理部５０は、炉心１４を構成する全ての燃料集合体１６の全ての燃料棒５１の表面に設けられてもよいが、中性子照射量が高い炉心１４の横断面中央位置に装架される燃料集合体１６の、全てまたは一部の燃料棒５１の表面に設けられてもよい。この場合には、表面処理部５０が設けられることで生ずる、炉心１４の伝熱効率の低下等による沸騰水型原子力発電プラント１０の若干の発電効率の低下を回避しつつ、タービン系１２の放射線線量率の低減を達成できる。
【００４７】
［Ｄ］第４実施形態（図８）
図８は、本発明に係る沸騰水型原子力プラントのタービン系線量率低減装置における第４実施形態が適用された沸騰水型原子力発電プラントを示す系統図である。この第４実施形態において、第１実施形態と同様な部分については、同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。
【００４８】
本第４実施形態の沸騰水型原子力プラントのタービン系線量率低減装置６６が第１実施形態と異なる点は、気泡集約構造体３０に代えて、気液接触減少手段及び気液接触面積減少手段としての帯電電位制御手段６０が給水系２７に設けられた点である。
【００４９】
帯電電位制御手段６０は、例えば水素注入器６１、水素濃度計６２及び制御装置６３を有して構成される。水素注入器６１は、給水系２７の給水配管２８に設置されて、この給水配管２８内の給水中へ水素を注入する。水素濃度計６２は、給水配管２８における水素注入器６１の下流側に設置されて、給水配管２８内の給水中の水素濃度を計測する。制御装置６３は、水素濃度計６２からの計測値を取り込み、水素注入器６１からの水素注入量を調整して、給水中の水素濃度を所定濃度に制御し、これに伴い給水中の酸素濃度を制御する。
【００５０】
一般に、液相中に存在する気泡の表面には水などの分子が配位されており、この分子は、プラスまたはマイナスに帯電している。この帯電は、気相成分が同一で且つ液相成分が同一であれば同程度であることが多く、この帯電電位をゼータ電位と称する。
【００５１】
前記帯電電位制御手段６０は、原子炉圧力容器１３内の炉水１５中に存在する気泡１のゼータ電位が極力ゼロ付近の値となるように、給水中の水素濃度及び酸素濃度を制御して、炉水１５の水質及び気泡１の気相成分を調整する。
【００５２】
炉水１５中に存在する気泡１のゼータ電位が極力ゼロ付近の値に調整されることで、気泡１どうしの反発力が低下して気泡１どうしが互いに結合する確率が高まる。これにより、炉水１５中の気泡１の気泡径が拡大するので、気泡１の（表面積）／（体積）の比率が図５に示すように減少して、気泡１は、炉水１５の液相と接触する気液接触界面の面積が減少することになる。このため、炉水１５の液相から気泡１（蒸気）の気相へ移行する、放射性窒素Ｎ−１６を含むアンモニアの移行量が低減される。
【００５３】
以上のように構成されたことから、本第４実施形態によれば、次の効果（５）を奏する。
（５）給水系２７に帯電電位制御手段６０が設置され、この帯電電位制御手段６０は、炉水１５中に存在する気泡１のゼータ電位をゼロ付近の値に制御して気泡１どうしの反発力を低下させ、気泡１どうしを互いに結合させることによって気泡１の気泡径を拡大させる。このため、気泡１の気相と炉水１５の液相とが接触する気液接触界面の面積が減少するので、炉水１５中に過飽和状態で存在する揮発性の放射性窒素Ｎ−１６を含むアンモニアが、炉水１５から気泡１（蒸気）へ移行する移行量を低減できる。この結果、蒸気中における放射性窒素Ｎ−１６を含むアンモニアの濃度が低下するので、放射性窒素Ｎ−１６に起因するタービン系１２の放射線線量率を低減できる。
【００５４】
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができ、また、それらの置き換えや変更は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【００５５】
例えば、第１〜第４実施形態では、炉水１５が炉心１４により中性子照射されることで生成された放射性窒素Ｎ−１６を含むアンモニアのタービン系１２への移行量を低減するものを述べた。更に、上述の中性子照射により同時に生成される放射性物質としての放射性炭素１５Ｃを含む二酸化炭素に対しても本発明を同様に適用して、この放射性炭素１５Ｃを含む二酸化炭素のタービン系１２への移行量を低減してもよい。
【符号の説明】
【００５６】
１  気泡
１０  沸騰水型原子力発電プラント
１１  沸騰水型原子炉
１２  タービン系
１３  原子炉圧力容器
１４  炉心
１５  炉水
１６  燃料集合体
１８  燃料棒
１９  ハンドル部
２０  上部格子板
２４  高圧タービン
２５  低圧タービン
２６  復水器
２７  給水系
３０  気泡集約構造体（気液接触減少手段、気液接触面積減少手段、気液接触時間減少手段、帯電電位制御手段）
３１  凹面
３３  タービン系線量率低減装置
４０  気泡集中発生部（気液接触減少手段、気液接触時間減少手段）
４２  燃料集合体
４３  上部格子板
４４  タービン系線量率低減装置
５０  表面処理部
５１  燃料棒
５５  タービン系線量率低減装置
６０  帯電電位制御手段（気液接触減少手段、気液接触面積減少手段）
６１  水素注入器
６６  タービン系線量率低減装置
【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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