(57)【要約】【課題】原子炉圧力容器の上部に設置されている炉内構造物の化学除染が可能で、かつ、再循環ポンプを稼働する必要がない、原子炉圧力容器の化学除染システム、及化学除染方法を提供する。【解決手段】沸騰水型原子炉の原子炉圧力容器１００の下部側と上部側とを接続し、除染液が循環する流路となる循環流路２と、循環流路２に設けられ、除染水を原子炉圧力容器１００の下部側に供給するポンプ３とを備える。除染水の供給は、ＣＲＤハウジング１３０やIＣＭハウジング１４０から行う。原子炉圧力容器１００からの除染水の排出は、給水系ノズル１２０から行うことができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
沸騰水型原子炉の原子炉圧力容器の下部側と上部側とを前記原子炉圧力容器外で接続し、除染液が循環する流路となる循環流路と、
前記循環流路に設けられ、前記除染水を前記下部側に供給するポンプとを備えることを特徴とする原子炉圧力容器の化学除染システム。
【請求項２】
前記循環流路に接続され、前記循環流路中の除染液に除染用の薬剤を注入する薬剤供給設備を備えることを特徴とする請求項１に記載の原子炉圧力容器の化学除染システム。
【請求項３】
前記循環流路に設けられ、前記循環流路中の除染液を加熱するヒータを備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の原子炉圧力容器の化学除染システム。
【請求項４】
前記循環流路が前記下部側に接続されているのは当該下部側に設けられたＣＲＤハウジングであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかの一項に記載の原子炉圧力容器の化学除染システム。
【請求項５】
前記循環流路が前記下部側に接続されているのは当該下部側に設けられたＩＣＭハウジングであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかの一項に記載の原子炉圧力容器の化学除染システム。
【請求項６】
前記循環流路が前記下部側に接続されているのは当該下部側に設けられたＣＲＤハウジング及びＩＣＭハウジングの両方であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかの一項に記載の原子炉圧力容器の化学除染システム。
【請求項７】
前記循環流路が前記上部側に接続されているのは前記原子炉圧力容器の給水系ノズルであることを特徴とする請求項１〜６のいずれかの一項に記載の原子炉圧力容器の化学除染システム。
【請求項８】
沸騰水型原子炉の原子炉圧力容器の下部側と上部側とを前記原子炉圧力容器外で接続し、除染液が循環する流路となる循環流路及び当該循環流路に設けたポンプとを用意し、
前記ポンプの駆動により前記循環流路を介して前記下部側から前記原子炉圧力容器内に除染液を供給し、当該除染液を、前記原子炉圧力容器内を上方向に流動して移動させて当該原子炉圧力容器内を除染し、前記除染液を前記上部側から排出させる原子炉圧力容器の化学除染方法。
【請求項９】
前記循環流路中の前記除染液に除染用の薬剤を注入して当該注入後の前記除染液を前記下部側から供給することを特徴とする請求項８に記載の原子炉圧力容器の化学除染方法。
【請求項１０】
前記循環流路中の前記除染液に除染用の薬剤を加熱して当該加熱後の前記除染液を前記下部側から供給することを特徴とする請求項８又は９に記載の原子炉圧力容器の化学除染方法。
【請求項１１】
前記除染液の前記原子炉圧力容器への供給は当該原子炉圧力容器の下部に設けられたＣＲＤハウジングから行うことを特徴とする請求項８〜１０のいずれかの一項に記載の原子炉圧力容器の化学除染方法。
【請求項１２】
前記除染液の前記原子炉圧力容器への供給は当該原子炉圧力容器の下部に設けられたＩＣＭハウジングから行うことを特徴とする請求項８〜１０のいずれかの一項に記載の原子炉圧力容器の化学除染方法。
【請求項１３】
前記除染液の前記原子炉圧力容器への供給は当該原子炉圧力容器の下部に設けられたＣＲＤハウジング及びＩＣＭハウジングの両方から行うことを特徴とする請求項８〜１０のいずれかの一項に記載の原子炉圧力容器の化学除染方法。
【請求項１４】
前記原子炉圧力容器からの前記除染液の排出は当該原子炉圧力容器の給水系ノズルから行うことを特徴とする請求項８〜１３のいずれかの一項に記載の原子炉圧力容器の化学除染方法。
【請求項１５】
前記除染は、前記原子炉圧力容器の主フランジを密閉した状態で行うことを特徴とする請求項８〜１４のいずれかの一項に記載の原子炉圧力容器の化学除染方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子炉圧力容器の化学除染システム、及び、化学除染方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
本技術分野の背景技術として、特開２０００−５６０８７号公報（特許文献１）がある。この公報には、「還元除染剤を一過式に高分解率で分解して混床イオン交換樹脂に通水して、その一部又は全部をドレン系に導く。」と記載されている（要約参照）。
また、別の背景技術として、特開２０００−２２７４９９号公報（特許文献２）がある。この公報には、「還元剤分解装置下流側への過酸化水素のリーク量を抑制するために、還元剤分解装置入口側に注入する過酸化水素の注入量を、除染液中の不純物濃度及びｐＨで制御する。」と記載されている（要約参照）。
【０００３】
また、別の背景技術として、特開２０１５−４９１６４号公報（特許文献３）がある。この公報には、「本実施形態に係る原子炉圧力容器の除染方法は、第一供給ライン２６から流入させた除染液を原子炉圧力容器１１内の上方から原子炉圧力容器１１の内壁面方向に噴出させて、シュラウド１２の外側を除染する第一除染ステップと、原子炉圧力容器１１の内壁を流下した除染液を前記原子炉圧力容器から流出させ、仮設ポンプ２１を用いて循環させる第一循環ステップと、を含む。」と記載されている（要約参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−５６０８７号公報
【特許文献２】特開２０００−２２７４９９号公報
【特許文献３】特開２０１５−４９１６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
沸騰水型原子炉の原子炉圧力容器の内面や、炉内構造物の化学除染は、炉内構造物の取替工事や原子炉解体工事における作業員の被ばく低減のために実施されるものである。
【０００６】
従来の原子炉圧力容器の内面や、炉内構造物の化学除染は、一般的に、原子炉圧力容器の主フランジから炉内へ除染液を供給するための仮設ノズル等を挿入し、原子炉圧力容器の上方から除染液を供給する方法が採用されてきた。また、化学除染時に原子炉の再循環ポンプを稼動し、原子炉圧力容器の内部での除染液の混合を促す方法が一般的である（例えば、特許文献１，２）。
しかしながら、特許文献１，２の技術では、原子炉の再循環ポンプを稼働しなければならないという不具合がある。
【０００７】
また、特許文献３には、原子炉圧力容器の上部の主フランジから除染液を供給するためのノズルを挿入し、再循環ポンプを稼動せずに原子炉圧力容器の内面および炉内構造物の化学除染を行う方法が記載されている。
【０００８】
しかしながら、特許文献３の技術では、ドライヤ、セパレータ等の原子炉圧力容器の上部に設置されている炉内構造物の化学除染ができないという不具合がある。
そこで、本発明は、原子炉圧力容器の上部に設置されている炉内構造物の化学除染が可能で、かつ、再循環ポンプを稼働する必要がない、原子炉圧力容器の化学除染システム、及び化学除染方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明の一形態は、沸騰水型原子炉の原子炉圧力容器の下部側と上部側とを前記原子炉圧力容器外で接続し、除染液が循環する流路となる循環流路と、前記循環流路に設けられ、前記除染水を前記下部側に供給するポンプとを備える。
【００１０】
別の本発明は、沸騰水型原子炉の原子炉圧力容器の下部側と上部側とを前記原子炉圧力容器外で接続し、除染液が循環する流路となる循環流路及び当該循環流路に設けたポンプとを用意し、前記ポンプの駆動により前記循環流路を介して前記下部側から前記原子炉圧力容器内に除染液を供給し、当該除染液を、前記原子炉圧力容器内を上方向に流動して移動させて当該原子炉圧力容器内を除染し、前記除染液を前記上部側から排出させる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、原子炉圧力容器の上部に設置されている炉内構造物の化学除染が可能で、かつ、再循環ポンプを稼働する必要がない、原子炉圧力容器の化学除染システム、及び化学除染方法を提供することができる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、原子炉圧力容器に本発明の一実施例の化学除染システムを適用した例のシステム構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。
【００１４】
まず、前記の特許文献１〜２の技術では、原子炉圧力容器の主フランジから炉内へ除染液を供給するための仮設ノズル等を挿入する方法が採用されている。しかし、主フランジからノズル等を挿入する場合、主フランジを密閉することができず、除染液の水位を主フランジ以下に保たなければならない。そのため、ドライヤ、セパレータ等の原子炉圧力容器の上部に設置されている炉内構造物を除染液に水没させることが困難であるため、原子炉圧力容器の化学除染時にドライヤ、セパレータ等を除染することができないという課題がある。
【００１５】
また、特許文献１〜２の技術では、原子炉圧力容器の化学除染時に、原子炉の再循環ポンプを稼動する方法が採用されている。再循環ポンプを稼動する主な目的は、仮設ノズル等を介して原子炉圧力容器の上方から供給された高温の除染液を混合し、原子炉圧力容器内の除染液全体を加温するためである。もし再循環ポンプによる混合を行わない場合、高温の除染液が水面付近に滞留し、下部の除染液を十分に加温できず、酸化被膜や堆積物の溶解効果が低下する。そのため、放射能を含む酸化被膜や堆積物を十分に溶解除去できず、結果として期待した除染効果を得ることができない。しかし、再循環ポンプを用いた除染方法は、ポンプのメカニカルシール部に供給するシール水が原子炉圧力容器に流入し、経時的に除染液水位が上昇するために運転制御が煩雑であるという難点があった。また、再循環ポンプが運転できる状態にないなど再循環ポンプによる原子炉圧力容器内の除染液の混合ができない場合や、原子炉圧力容器内部に比べて再循環系配管の汚染が少なく再循環系配管への除染液の通液を避けたい場合がある。
【００１６】
特許文献３の技術では、再循環ポンプを運転せずに、仮設ポンプのみを用いることで、原子炉圧力容器の内面および炉内構造物の化学除染を行う方法が示されている。しかし、この方法はシュラウドの内部領域と外部領域とを分けて化学除染を実施するため、従来の原子炉圧力容器の化学除染方法に比べて長時間を要するという課題があった。また、この方法は除染液の水位をシュラウドよりも低く保つ必要があるため、主フランジから仮設ノズル等を挿入する前記の方法と同様に、化学除染時にドライヤ、セパレータ等を除染することができないという課題があった。
【００１７】
以下では、これらの課題を解決する本発明の実施例について説明する。
図１は、原子炉圧力容器に本実施例の化学除染システムを適用した例のシステム構成図である。符号１００は、沸騰水型原子炉の原子炉圧力容器である。原子炉圧力容器１００の上部には主フランジ１１０が設けられている。また、原子炉圧力容器１００の主フランジ１１０よりやや下部には給水系ノズル１２０が接続されている。原子炉圧力容器１００の底部側には、ＣＲＤ（Control-Rod-Drive）ハウジング１３０や、ＩＣＭ（In Core Monitor）ハウジング１４０が設けられている。
【００１８】
原子炉圧力容器１００は、その内面に放射能を含む酸化被膜や堆積物が付着した化学除染対象物であると同時に、炉内構造物を除染液に浸漬させるための除染槽としての役割を担う。ここで除染対象とする炉内構造物は特に制限されるものではない。例示すると、ドライヤ、セパレータ、シュラウド、上部格子板、シュラウドサポート、ジェットポンプ、ＩＣＭ案内管、前記のＣＲＤハウジング１３０、炉心支持板、前記のＩＣＭハウジング１４０、ガイドロッド、スタブチューブ、炉心スプレイスパジャリング、スパージャプラケット、給水スパージャリングなどがある。これらのうち、ＣＲＤハウジング１３０、ＩＣＭハウジング１４０の少なくとも一方は、後述する除染液の供給口としての役割を兼ねることができる。
【００１９】
符号１は、原子炉圧力容器１００に仮設で設けられている化学除染システムである。なお、図１では、化学除染法の例としてＨＯＰ法またはＨＯＰ（II）法（日立ＧＥニュークリア・エナジー株式会社、及び栗田エンジニアリング株式会社の共同開発による化学除染法）を用いた場合の機器構成例を示している。
【００２０】
化学除染システム１は、原子炉圧力容器１００の上部と下部とを仮設の循環流路（配管及びホース）２で接続し、循環流路２には、仮設のポンプ３を設けて、除染液を原子炉圧力容器１００の下部側から原子炉圧力容器１００内に供給することを基本構成とする装置である。これにより除染液を原子炉圧力容器１００に供給し、原子炉圧力容器１００の内面及び炉内構造物に生成した放射能を含む酸化被膜や堆積物を除去する。原子炉圧力容器１００内を流通した除染液や除染液に含まれる堆積物等は、原子炉圧力容器１００の上部から給水系ノズル１２０を介して循環流路２に戻る。除染液は、循環流路２を介して原子炉圧力容器１００内を循環する。仮設のポンプ３は、化学除染システム１から原子炉圧力容器１００への除染液の循環、および、原子炉圧力容器１００の内部の除染液の混合のために用いられる。
【００２１】
原子炉圧力容器１００内へ除染液を供給するための供給口は、原子炉圧力容器１００の底部から除染液を供給できる機能を有していれば、特に限定されるものではない。具体例を挙げれば、ＣＲＤハウジング１３０、ＩＣＭハウジング１４０、および原子炉圧力容器ボトムドレンライン（図示せず）を例示できる。一般に、原子炉圧力容器ボトムドレンラインは細い配管が用いられているため、除染液の循環流量を大きくする観点からは、ＣＲＤハウジング１３０、ＩＣＭハウジング１４０を用いることが望ましい。ＣＲＤハウジング１３０、ＩＣＭハウジング１４０は、それぞれを単独で用いても、併用してもよいが、除染液の循環流量をより大きくする観点からは併用して使用することがより好ましい。複数のＣＲＤハウジング１３０やＩＣＭハウジング１４０を用いる場合は、図１に図示のように、各々のハウジングへの除染液供給量を均一にするため、仮設のヘッダ４を設置することが望ましい。ＣＲＤハウジング１３０、ＩＣＭハウジング１４０、原子炉圧力容器ボトムドレンラインが使用できる状態にない場合などでは、原子炉圧力容器１００の底部に仮設の供給口を設置して代替とすることができる。
【００２２】
原子炉圧力容器１００内の除染液を化学除染システム１（循環流路２）へと戻すための、原子炉圧力容器１００の除染液の出口は、循環流路２へと除染液を戻す機能を有していれば特に限定されない。しかし、当該出口は、原子炉圧力容器１００内の除染液の混合効率の観点から、原子炉圧力容器１００内の除染液水面と高低差が小さいことが望ましい。除染液水面を主フランジ１１０の上部に設定する場合は、図１に示すように、給水系ノズル１２０を除染液の出口とするのが望ましい。原子炉圧力容器を除染液で完全に満たす場合には、原子炉圧力容器ヘッドの上部フランジも出口を設けることができる。
【００２３】
化学除染システム１は、薬剤供給設備１１を備えている。薬剤供給設備１１は、薬剤流路１２と、薬剤注入タンク１３と、薬剤注入用の仮設のポンプ１４と、薬剤注入弁１５とを備えている。薬剤注入弁１５を開放し、ポンプ１４を駆動し、薬剤注入タンク１３に貯留されている除染用の薬剤を、薬剤流路１２を介して循環流路２に注入することができる。
循環流路２には、除染液を加熱するためにヒータ２１が設けられている。ヒータ２１の種別に特に制限はないが、投げ込み式のヒータを備えたタンクや、ボイラ式ヒータ等を例示することができる。
【００２４】
循環流路２のポンプ３より下流側でヒータ２１より上流側には、循環流路２を封止する循環流路止め弁２２が設けられている。循環流路２の循環流路止め弁２２が設けられている部位には、流路３１及び流路４１が並列に接続されている。流路３１には、化学除染の過程にて除染液に溶解した金属および放射能を捕捉するためのカチオン交換樹脂塔３２が設けられ、さらに、その上流側には入口弁３３、下流側には出口弁３４が設けられている。
流路４１には、後述の分解装置５２にて除染液を分解後の残留成分を捕捉するための混床樹脂塔４２が設けられ、さらにその上流側には入口弁４３、下流側には出口弁４４が設けられている。
【００２５】
循環流路２のヒータ２１より下流側で薬剤流路１２より上流側には、循環流路止め弁２３が設けられている。この循環流路２の循環流路止め弁２３が設けられている部位には、流路５１が並列に接続されている。流路５１には、二次廃棄物発生量の低減を目的として除染液を分解するための分解装置５２が設けられ、さらにその上流側には入口弁５３、下流側には出口弁５４が設けられている。
【００２６】
次に、化学除染システム１を用いた原子炉圧力容器１００の除染方法について説明する。まず、ポンプ３を駆動して、循環流路２内で除染液を循環させる。すると、原子炉圧力容器１００の下部側、図１の例で、ＣＲＤハウジング１３０、ＩＣＭハウジング１４０から除染液が原子炉圧力容器１００に流入し、原子炉圧力容器１００内を上方向に流動して移動する。このとき、ポンプ３の作用により、原子炉圧力容器１００内で除染液は混合される。こうして、原子炉圧力容器１００内は除染液により除染される。その後、原子炉圧力容器１００内の除染液は原子炉圧力容器１００の上部側、図１の例では給水系ノズル１２０から排出され、循環流路２に戻る。この場合に、ＣＲＤハウジング１３０及びＩＣＭハウジング１４０の双方からではなく一方から除染液を供給するようにしてもよい。
【００２７】
原子炉圧力容器１００の下部側から供給される除染液は、ヒータ２１により加熱して供給する。また、原子炉圧力容器１００の下部側から供給される除染液には、薬剤供給設備１１により除染用の薬剤が供給される。これは、薬剤注入弁１５を開放し、薬剤注入用の仮設のポンプ１４を稼働し、薬剤注入タンク１３から循環流路２に薬剤が注入されるようにすればよい。
【００２８】
本方法においては、主フランジ１１０の解放、密閉にかかわらず、化学除染を実施できる。ただし、ドライヤ、セパレータ等の原子炉圧力容器１００の上部に配置されている炉内構造物も化学除染する場合は、主フランジ１１０よりも除染液の水位を高く保ち、ドライヤ、セパレータ等を水没させる必要があるため、主フランジ１１０を密閉する。
【００２９】
カチオン交換樹脂塔３２に通水する場合は、循環流路止め弁２２を閉止し、入口弁３３および出口弁３４を開放する。一定時間の通水により、除染液に溶解した金属および放射能は、カチオン交換樹脂塔３２に捕捉される。
混床樹脂塔４２に通水する場合は、循環流路止め弁２２を閉止し、入口弁４１および出口弁４４を開放する。一定時間の通水により、分解後の除染液に残留した金属、放射能（放射性物質）、有機酸等は、混床樹脂塔４２に捕捉される。
【００３０】
分解装置５２に通水する場合は、循環流路止め弁２３を閉止し、入口弁５３および出口弁５４を開放する。使用済みの除染液は、分解装置５２により水、二酸化炭素等に分解される。分解装置５２は使用済みの除染液を分解する機能を有していれば特に限定されないが、過酸化水素水タンク、その供給装置および触媒塔（ルテニウム担持活性炭）を備えた分解装置を例示できる。
【００３１】
ここで、化学除染時の除染液の水位は特に限定されず、化学除染対象物に応じて任意に選択できる。例えば、原子炉圧力容器１００の底部の堆積物を除去したい場合や、特定の炉内構造物のみを除染したい場合は、化学除染対象物が浸漬するために必要な水位を確保すればよい。この場合、循環流路２に接続するノズルは、水位よりも低い箇所を選定する。除染液の水位を低くすることは、除染液の使用量を少なく抑えることができる点、二次廃棄物発生量が減少する点、小規模の装置により除染可能である点、除染時間を短縮できる点などの利点がある。
【００３２】
また、原子炉の再循環ポンプを駆動しなくとも原子炉圧力容器１００内の除染液の混合がポンプ３により可能であるが、原子炉圧力容器１００内の除染液の混合効率をより高めるために再循環ポンプを運転してもよい。再循環ポンプを運転しない場合は、化学除染の実施前に再循環系入口および再循環系出口の配管を切断し、閉止することが望ましい。これにより、再循環系に除染液が流入して汚染が生じることを防止することができ、かつ、化学除染後に再循環系に流入した除染液の排水や処分を行う手間を省くことができる。
【００３３】
以上説明したように、本実施例では、化学除染システム１から原子炉圧力容器１００の下部へ除染液を供給し、供給された除染液が原子炉圧力容器１００内の上方向へ流動した後に原子炉圧力容器１００の上部から化学除染システム１に戻るようにしている。そのため、原子炉圧力容器１００内の化学除染時に原子炉圧力容器１００の上部に位置するドライヤやセパレータ等も除染することができ、かつ、原子炉の再循環ポンプを運転せずに化学除染を行うことができる。
【００３４】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることも可能である。
【００３５】
また、本発明は、前記したＨＯＰ法、ＨＯＰ（II）法以外の他の化学除染法でも適用可能である。他の化学除染法として、ＣＯＲＤ法（ＡＲＥＶＡ社の化学除染法であり、ＣＯＲＤ−ＵＶ、ＣＯＲＤ−Ｄなども含む）が挙げられる。また、Ｔ−ＯＺＯＮ法（株式会社東芝が開発した化学除染法である）も挙げられる。さらに、ＬＯＭＩ法（Electric Power Research Instituteが開発した化学除染法である）。その上、ＣＩＴＲＩＸ法（Electric Power Research Instituteが開発した化学除染法である）も挙げられる。その他、ＤｆＤ法（Electric Power Research Instituteが開発した化学除染法である）も挙げられる。ＣＡＮ−ＤＥＣＯＮ（Atomic Energy of Canada Limitedが開発した化学除染法である）も挙げられる。ＣＡＮ−ＤＥＲＥＭ（Atomic Energy of Canada Limitedが開発した化学除染法である）も挙げられる。化学除染法によっては、図１に図示されていない機器を必要とする場合や、図１に図示されている機器の一部を省略できる場合があり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、機器構成の追加、省略、置き換え、変更等を行うことができる。
その他に、循環流路２が原子炉圧力容器１００の上部側に接続されるのは、給水系ノズル１２０以外に、原子炉圧力容器１００の蒸気出口ノズルや、炉心スプレイノズルなどでもよい。
【符号の説明】
【００３６】
１      化学除染システム
２      循環流路
３      ポンプ
１１    薬剤供給設備
２１    ヒータ
１００  原子炉圧力容器
１１０  主フランジ
１２０  給水系ノズル
１３０  ＣＲＤハウジング
１４０  ＩＣＭハウジング
【図１】
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