(57)【要約】【課題】照射核燃料集合体の化学的な除染に焦点を合せて超音波の機械的な洗浄を補う方法を提供する。【解決手段】照射核燃料集合体の洗浄方法は、核燃料集合体に係合するようになったハウジングを含む装置を利用する技術を化学的に高めることを含む。核燃料集合体から付着物を除去する半径方向に発する全方向性の超音波エネルギーを供給する一組の超音波変換器が、ハウジングに位置決めされる。超音波燃料の洗浄後に残るいかなる腐蝕生成物も化学的な溶解を受けやすい露出面を有する。【選択図】図１
2009175151.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を収容するハウジング内に、及び該ハウジングに隣接して核燃料集合体を位置決めするステップと
各々、半径方向に発する全方向性の超音波エネルギー波を供給することのできる、前記ハウジングに位置決めされた変換器から前記核燃料集合体に半径方向に発する全方向性の超音波エネルギーを供給して前記核燃料集合体から付着物を除去するステップと、
前記核燃料集合体を、前記付着物の除去を高めることのできる、前記液体中の少なくとも１つの化学薬品と接触させるステップとを含み
前記除去を高めるステップは、前記付着物表面を改質すること、前記付着物を酸化すること、前記付着物を可溶化すること、前記付着物を錯化すること又は前記付着物をキレート化することの少なくとも１つを含むことを特徴とする、
照射核燃料集合体の洗浄方法。
【請求項２】
前記化学薬品は、過酸化物、無機酸又はその塩、有機酸又はその塩、酸化剤又はキレート剤の少なくとも１つからなる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記化学薬品は、過酸化水素、ギ酸バナジウム、硝酸、カリウム過マンガン酸塩、アルカリカリウム過マンガン酸塩、蓚酸、ピコリン酸又はピコリン酸ナトリウムの少なくとも１つからなる、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記供給中前記液体を前記ハウジングの中を循環させるステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記接触させるステップは前記液体を前記ハウジングの中を循環させながら、前記化学薬品を前記液体に注入することからなる、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記化学薬品は、有機酸とキレート剤の結合からなる、請求項４に記載の方法。
【請求項７】
前記液体が前記ハウジングの中を流れているときにのみ前記化学薬品を注入し、及び濾過又はイオン交換の少なくとも１つによって前記化学薬品を集めることによって燃料プールから化学薬品を隔離することをさらに含む、請求項４に記載の方法。
【請求項８】
前記接触後に前記液体を濾過することをさらに含む、請求項４に記載の方法。
【請求項９】
前記濾過からの濾過液をイオン交換することをさらに含み、前記イオン交換は強酸性陽イオン樹脂、弱塩基性陰イオン樹脂の少なくとも１つ又は両方に前記濾過液を通すことからなる、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
錯化又はキレート化化学試薬を除去する又は再生することの少なくとも１つ、又は可溶性腐蝕又は放射化生成物又は残留金属イオンを除去することをさらに含む、請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子力発電プラントのメンテナンスの技術、特に、原子力発電プラントの照射核燃料集合体の超音波洗浄に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子炉の運転中、原子炉冷却液の不純物及び生成物は核燃料集合体に付着される。これらの付着物は、多数のやり方で原子力発電プラントの運転及び保守に強い影響を与えることがある；例えば、（a）該付着物の中性子特性は原子炉の核性能に悪影響を及ぼすことがあり；（b）該付着物の熱抵抗は、燃料棒の材料破損をもたらす高い表面温度を燃料棒に引き起こすことがあり；（c）該付着物が特に出力過渡中に原子炉冷却システムを介して再分配されるとき、付着物の放射崩壊が、作業員の放射線被爆を生じる；（d）付着物は、視覚方法と渦電流方法の両方による照射核燃料集合体の徹底的な検査を複雑にする；（e）燃料棒から放出された付着物が使用済み燃料プールでの可視度を減じ、燃料補給停止中燃料プール内での他の作業を著しく遅れさせる；（f）いったん２度又は３度照射される集合体が原子炉に再装填されると、集合体は、有害なやり方で新しい燃料集合体に再分配される物質の残留量を形成する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
加圧水型原子炉（PWR）ではアキシアルオフセット異常（Axial Offset Anormaly）が報告されている。AOAは、原子炉と１次系システムに特有の局部的な熱ー水力状態及び１次側流体不純物の組合せにより付着物が燃料棒クラッド上に出来る現象である。これらの付着物は、炉心の軸線に沿って異常な出力分布を引き起こし、或る運転条件下では有効なマージンを減少させる。AOAは、或る発電所に長期間にわたって原子炉出力レベルを減少させることを余儀なくさせた。
【０００４】
AOAの問題は、加圧水型原子炉の燃料付着物を除去するための効率がよく費用対効果の良い機構の開発に不可避であった。また、そのような機構は、プラント作業員に対する線量率を低下させるために全付着物残留量を減じ、燃料検査可能性を改善し、長期乾式貯蔵のための燃料を準備し、分析用の腐蝕サンプルの収集を容易にするのに望ましい。
【０００５】
いくつかの方法がPWR燃料付着物を除去するために提案されてきた。１つの方法は、原子炉内の元の位置で又は別の洗浄セルに取出された後に集合体を化学的に洗浄することにある。この方法には、費用、洗浄用化学薬品による腐蝕の可能性、その結果高度に汚染された化学薬品の処分の難しさを含むいくつかの問題がある。ことによるとこの化学的な方法の最大の欠点は唯一時間がかかることであり、１本の燃料集合体を洗浄するのに数時間を要する。
【０００６】
両方ともあたかも以下に完全に記載されるかのようにここに援用される米国特許第6,396,892号明細書及び米国特許公報第2002-0163990号明細書は、原子力発電プラントの照射核燃料集合体を超音波洗浄するための装置及び方法を開示する。超音波燃料洗浄は、引き起こされる沸騰からの気泡を使用して、核燃料から腐蝕生成物を除去するための有効な機械的方法である。超音波変換器は、典型的に半径方向形態では、即座に潰れる核沸騰を引き起こすのに十分な、燃料集合体内の水の中を通る局所圧力波を低下させるように組合される。泡の潰れは固体腐蝕生成物を解放し、次いで該生成物は濾過システムに圧送される。
【０００７】
機械的な洗浄が効果的であるが、腐蝕生成物が燃料集合体上に残るので１００％効率的とはいえない。超音波洗浄は、燃料の全腐蝕生成物残留量の８０％まで除去すると評価される。修正された超音波洗浄計画は、”パルシング”即ち洗浄を高めるために変換器の間欠的な使用を含んでいた。この技術は、腐蝕物除去に追加的な影響をほとんど及ぼさなかった。
【０００８】
産業経営者は、炉心内燃料について全システムの化学的除染を介して燃料腐蝕の完全な除去のための選択肢を考慮してきた。炉心内燃料について化学的な除染が安全に実施されることが期待されるが、その実施は冗長で且つとても処理費用がかかる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
化学的な除染に焦点を合せて超音波の機械的な洗浄を補う方法を提供する。物理的な洗浄と化学的な洗浄の両方を共に適用することに著しい有利さがある。腐蝕が機械的に移動され且つ除去された後に、新たな腐食表面を露出させ且つ溶解させることができる。この方法は、化学的な溶解で腐食生成物の物理的な除去を高める。或る実施形態では、機械的な超音波溶解と化学的な溶解は、燃料から腐蝕生成物の相乗的な除去があるように順番になされる。
【００１０】
この方法は、化学薬品の炉心内介入よりも積極的でなく、化学薬品を１次冷却システム全体にわたって循環させることなく燃料から直接追加の腐蝕生成物を除去することの問題に焦点を合せる。この方法は、超音波燃料洗浄技術を有し、ある実施形態では、超音波洗浄チャンバの頂部に化学薬品の添加で洗浄技術を補う。
【００１１】
本方法によれば、化学薬品の添加は、１次システム全体にわたるのではなく超音波洗浄チャンバ内の水に局部化され、これは、よって生じる全液体廃棄物をオーダーが異なって最小限にする。超音波燃料洗浄環境を利用することで、積極的な化学作用をより少なくすることが選択できる。燃料集合体だけが化学薬品にさらされるので、燃料容器又は炉心外配管に必要とされる化学的な清掃が無くなる。或る実施形態では、化学薬品の添加ステップを、高腐蝕付着物を有する選択された高フラックス集合体に適用されることができ、他の燃料集合体を超音波的にのみで洗浄することができる。
【００１２】
もし超音波燃料洗浄後腐蝕生成物が残っているならば、残留腐蝕生成物は、化学的な溶解を受けやすい露出表面を有する。腐蝕生成物の溶解は、初期サイクルアキシアルオフセットを緩和することによって燃料性能を増大させる。この効果は、プラントの蒸気発生器から腐蝕生成物の高解放を有するプラントにおいてもっとも顕著である。
【００１３】
本方法は、放射化腐食生成物と非放射化腐食生成物の両方の除去に適している。半減期が１５０日よりも長い放射化腐蝕生成物（コバルト６０のような）が除去され、将来の停止期間に炉心外の放射場を減ずる。また、短半減期の核種（ニッケル５８のような）のための親核種も除去され、将来の停止期間に炉心外線量率を減少させるのを助ける。
【００１４】
本方法によれば、燃料からの腐食生成付着物の除去を高める機構は、付着物表面を改質すること、付着物を酸化すること、付着物物質を可熔化すること、又は可溶性付着物の錯化又はキレート化することの１つ又は２以上を含む。本方法によって使用される化合物のタイプは、過酸化物、無機酸又はその塩、有機酸又はその塩、酸化剤又はキレート剤の少なくとも１つを含む。原子炉シャットダウン洗浄及び/又はLOMI/NP又はLOMI/AP処理に有用な化合物を本方法によって使用することもできる。
【００１５】
本方法による有用な特定の化合物は、過酸化水素、ギ酸バナジウム、硝酸、カリウム過マンガン酸塩、アルカリカリウム過マンガン酸塩、蓚酸、ピコリン酸又はピコリン酸ナトリウムの少なくとも１つを含むがこれに限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】照射核燃料集合体の化学的に高められた超音波洗浄方法を行なうための装置の概略図である。
【図２】超音波洗浄装置の正面図である。
【図３】半径方向に発する全方向性エネルギーを生じさせるのに使用される超音波変換器を示す。
【図４】図２の超音波洗浄装置の側面図である。
【図５】核燃料集合体を超音波洗浄装置の内部に位置決めした図２の超音波洗浄装置の平面図である。
【図６】１実施形態により使用される図２の超音波洗浄装置及び関連したポンプ及び濾過装置を示す。
【図７（ａ）】ハウジング内に燃料集合体を位置決めする方法を示す。
【図７（ｂ）】ハウジング内に燃料集合体を位置決めする方法を示す。
【図７（ｃ）】ハウジング内に燃料集合体を位置決めする方法を示す。
【図８】統合ポンプ及び濾過システムをもつ超音波洗浄装置を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１は、照射を受けた核燃料集合体用の化学的に強化された超音波洗浄方法を行なうための装置の概略図である。１つの実施形態では、化学薬品貯蔵タンク１０は本方法で使用するための化学薬品を貯蔵し、該タンクは図２に関してより詳細に論じられる、ハウジング２４の頂に近い化学薬品注入ポートを介して装置２０と連通する。化学薬品は、ハウジングの中を流れる水のような液体に注入され、ハウジング内で洗浄される燃料に接触し、ポンプ９２によって補助される濾過パイプ３２を通って出て、汚染された廃棄流からの固体粒子の除去用のフィルタ９４に入る。次いで、錯化試薬又はキレート化試薬の可能な除去又は再生のため、及びイオン/可溶性核種及び金属イオンのような可溶性腐蝕生成物の除去のために、濾液はイオン交換容器１２の中を通る。次いで、処理済みの液体は、液体ラド廃棄物として処分するための、又は使用済み燃料プールに戻すためのタンクに流れる。
【００１８】
燃料プールに導入される各化学薬品は、慎重に選択されなければならない。１実施形態では、選択された化学薬品は過酸化水素であり、なぜなら該薬品が運転停止化学作用中ニッケル溶解のために使用することができるからであり、かくしてニッケル腐蝕生成物を除去することができる。
【００１９】
超音波装置２０、即ち洗浄チャンバは、燃料プールの残余液からの分離チャンバとしてさらに作用することができる。もし水がハウジングの中を流れているときだけ化学薬品が注入されるならば、化学薬品が、システムに続くフィルタ/イオン交換樹脂によって集められるので化学薬品はプールの残余液を汚染しない。このことは、燃料集合体の汚染除去のための化学薬品を選択する際にかなりの融通性を可能にする。
【００２０】
図２は、本方法を実行するための例示的な超音波洗浄装置２０の１実施形態の正面図である。装置２０は、ハウジング２４に取付けられた超音波変換器２２を含む。ガイド２８が、ハウジング２４の頂部に配置される。核燃料集合体（図２に図示せず）は、ガイド２８を通して、ハウジング２４に通される。いったん核燃料集合体がハウジング２４内に位置決めされると、核燃料集合体は、以下にさらに記載されるように超音波変換器２２からの超音波エネルギーの適用によって洗浄される。
【００２１】
集合体反動支持体２６が、ハウジング２４を洗浄プールの壁に取付けるために使用される。代わりに、ハウジング２４を、クレーン又はホイストによって支持してもよい。また、図２は、濾過パイプ３２及び濾過システムが故障する場合に使用のための緊急冷却孔３０を示す。緊急冷却孔３０は、装置の故障（例えば、ポンプの圧力損失）の場合に自然対流によって燃料チャンネルからの十分な崩壊熱の除去を提供する。濾過パイプ３２は、以下に述べるように、除去された付着物を含む水を濾過ユニットに送るために使用される。
【００２２】
変換器２２は、変換器取付けプレート３４に取付けられる。変換器取付けプレート３４は、変換器２２をハウジング２４に連結するために使用される。変換器スペーサ３６は、変換器２２を適切な位置で取付けプレート３４に取付けるために使用される。
【００２３】
図３は、本方法による有用な変換器２２を示す。変換器２２は、ロッド４４の両側に取付けられた第一圧電変換器即ち変換器４０のスタック及び第二圧電変換器即ち変換器４２のスタックを含む。変換器４０及び４２は、制御信号をライン４６を介して受ける。変換器２２の形態は、ロッド４４から全ての方向に発する半径方向圧力波を生じさせる。かくして、半径方向に発する圧力波は、全方向性と称される。
【００２４】
本方法の１実施形態では、全方向性圧力波は、液体の中で単一方向性圧力波を生じさせる従来の超音波変換器と対比され、単一方向性圧力波は液体の中で振動する。単一方向性の波面は、変換器が取付けられる、超音波浴の壁又は底のような平面構造の運動によって引起こされるので名目上は平面である。伝達されたエネルギーは、該エネルギーが物理的な物に出会うときに消散する。かくして、燃料集合体の燃料棒の場合には、超音波エネルギーを燃料集合体の中心にとことん打ち込むことは難しいので、従来の超音波変換器を使用することは難しい。これを成し遂げるために要求されるエネルギは過剰であり、ことによると燃料に損傷を生じさせるかもしれない。
【００２５】
１実施形態では、変換器２２は全方向性圧力波を生じさせる。波面を、２つの圧電変換器４０及び４２の位相ロック運動によって生じさせる。バー軸線に沿う圧力波のノード構造が燃料棒の間隔又は燃料棒間隔の倍数におおよそ等しいように間隔を隔てた円筒状に生じた圧力波は、燃料棒の列により容易に透過することができる。したがって、燃料束内の内部燃料棒の洗浄は、もしそのような内部洗浄が従来の超音波を使用して得られてなかったならば、要求されるよりもはるかに低いエネルギー入力で達成できる。言い換えれば、変換器、オフセット位置決め、及びこれらのリフレクタは、空間充てんエネルギー場を生じさせるため作動し、該エネルギー場は燃料集合体内側に十分なエネルギを有し、燃料棒に多量のエネルギーを伝達してクラッド運動が燃料ペレットに物理的に損傷を与えることなしに、最も高度に遮蔽された燃料棒から付着物を急速に洗浄する。
【００２６】
本方法は、Martin Walter Ultraschalltechnik, GMBH, Staubenhardt, Germany  によって販売されたプッシュプル（PUSH-PULL）変換器を使用して実施されるのがよい。これらの変換器は、米国特許第5,200,666号明細書に記述され、該明細書はここに援用される。20kHz乃至30kHzの超音波周波数及び1,000ワット乃至1,500ワットの変換器出力は成功することがわかった。これは、20〜30ワット/ガロンのエネルギー密度を生じ、該エネルギー密度は、付着物を照射燃料集合体から除去するのに特に効果的なエネルギー密度である。このエネルギー密度は、従来の超音波変換器の使用中に認識されたエネルギー密度よりも著しく低いと信じられる。
【００２７】
半径方向に発する全方向性エネルギーを生じさせるのに使用される他の変換器は、Telsonic社製ラジエータ（チューブ）変換器及びソノトロード変換器（棒の単一側に変換器をもつ）を含む。
【００２８】
１実施形態では、変換器本体４４はチタンで形成され、ステンレススチールエンドキャップが使用される。装置と関連したガスケット、ケーブル布線、及びコネクタは、使用済み燃料プール内の作動のために構成されるのがよく、原子力発電プラントで慣習の全ての典型的な適合性要件及び安全性要件（例えば、燃料取扱領域における異物排除、即ちFME、要件）を他に満たさなければならない。
【００２９】
図４は、図２の装置２０の側面図である。図４は、燃料チャンネル即ちハウジング２４、集合体反動支持部２６、ガイド２８、濾過パイプ３２、反射体５０、及び集合体取付けビーム５２を示す。反射体５０は、燃料集合体に伝えられる超音波エネルギー量を増すために使用される。反射体５０は、超音波エネルギーを燃料集合体内に反射させるように作動する。集合体取付けビーム５２は、変換器取付けプレート３４を集合体反応器支持部２６に連結するために使用される。集合体反応器支持部２６は、下述のように、洗浄が起る燃料プールの壁５４に圧接する。
【００３０】
ハウジング２４、取付けプレート３４、スペーサ３６、及び反射体５０は、ステンレススチールで形成される。もし他の材料が原子力発電プラントを運転するための典型的な安全性及び材料適合性要件を満たすならば、他の材料を使用してもよい。特に、選択された材料は、使用済み燃料プール及びキャスクローディングピットを含む、プラントの燃料貯蔵及び取扱領域での使用のために適合であるべきである。
【００３１】
ハウジング２４の内面が電解研磨され、該研磨は放射性の粒子が該研磨表面上に付着し又は該研磨表面の穴又は隙間上に留まる機会を減らす。これは、人の放射被爆無しにハウジングが分解できかつ輸送できるようにする。超音波変換器２２は、ハウジング２４を洗浄するために使用されてもよい。すなわち、ハウジング２４が空のときに、変換器２２はハウジング２４の壁の付着物を洗浄するために作動される。
【００３２】
図５は、超音波洗浄装置２０の平面図である。図５は、次の前述した構成部品：変換器２２、ハウジング２４、変換器取付けプレート３４、変換器スペーサ３６、及び反射体５０を示す。また、図は、超音波エネルギーを、変換器配列に面しない装置の２つの側面に通させるために作動するハウジングスペーサ６０を示す。各反射体５０は、空気ギャップ５６によって分離された反射体内面５６及び外面５４を含む。この形態は、超音波エネルギーを反射させる上で特に効果的であることがわかった。
【００３３】
また、図５は、ハウジング２４内に位置決めされた燃料集合体７０を示す。燃料集合体７０は、個々の燃料棒７２を含む。付着物７４が、燃料棒７２に付着して示される。このタイプの付着物は、本方法により除去される。
【００３４】
図５は、１７×１７燃料集合体７０を示す。ハウジング２４は、軽水炉燃料設計の全ての設計を受け入れるように構成される。また、ハウジングは、代わりの燃料源のために使われてもよい。
【００３５】
図２ないし図５の装置は、しっかりと付着した付着物を照射核燃料集合体から除去するために高エネルギー密度超音波を提供する。特に、変換器２２は、そこに設置される燃料棒クラッドを洗浄するように燃料束７０の中心に侵入する出力密度及び音波場を生ずる。変換器２２は、燃料集合体の２つの側面に沿って（例えば、図２に示すように）垂直配列に（水平に向けられた軸線）設置される。図２はハウジング２４の頂部に変換器２２を示す、なぜならこれはほとんどの加圧水型原子炉の付着物の位置に対応するからである。変換器２２は、ハウジング２４の全長に沿って又は限られた重要な位置に配置されてもよい。
【００３６】
集合体７０内の燃料棒は典型的には２００本以上の本数であり、正方形ピッチ配列（例えば１７×１７）に配置されるのがよい。洗浄候補の集合体について、燃料ペレットスタックを収納するクラッドは、除去されることになる付着物で覆われる。１実施形態では、変換器の垂直配列毎に、隣接した変換器は、１つの変換器のノード（すなわち励起モード形のためにゼロ変位を受ける点）がシステム作動中上下の隣接した変換器について最大変位ポイントと整列されるように横方向に片寄せられる。さらに、各変換器は、燃料集合体の反対側に設置された変換器からこの方法で軸方向に片寄せられてもよい。換言すれば、向かい合った変換器の軸線に沿って半波長オフセット（又は波長の倍数）のために変換器を位置決めすることが望ましい。この位置決めは、チューブ束の侵入を著しく改善する。
【００３７】
図６は、燃料プール８０に位置決めされた装置２０を示す。この実施形態では、装置２０は、集合体反動支持部２６を用いて取付けられる。また、ケーブル８２は、装置２０を支持するために使用される。装置２０は、関連したポンプ及び濾過組立体９０を有する。組立体９０は、少なくとも１つのポンプ９２と１組のフィルタ９４を含む。放射線センサ９６は、ポンプへの入口点に位置決めされるのがよい。放射線センサ９６は、燃料集合体の洗浄完了を決定するために使用される。特に、センサ９６でのガンマ線量が基準値に低下するとき、これ以上燃料付着物粒子が除去されることはなく、したがって洗浄は完了であることが分かる。
【００３８】
また、図６は種々の実施形態と関連した補助的な制御装置１００を示す。装置１００は、超音波出力発生器１０２、ポンプ及び濾過制御の電気回路１０６、濾過及び洗浄システム１０８を含む。
【００３９】
図７（a）及び図７（b）は、ハウジング２４の単純化した描写の中へ燃料集合体７０の位置を示す。燃料集合体７０は、ホイスト１１０の使用によって位置決めされる。図７（a）では、燃料集合体７０は、ハウジング２４内である。図７（b）では、燃料集合体７０は、ハウジング２４から部分的に取り出されている。図７（c）では、燃料集合体７０は、ハウジング２４から取り出されている。図７（a）及び図７（b）のホイスト110は、燃料集合体７０をプール８０に挿入するために及び該プール８０から取り出すために図６のシステムに使用される。また、ホイスト１１０は、燃料集合体７０の軸線方向長さに沿って異なる領域を洗浄するように、超音波洗浄中燃料集合体７０を再位置決めするために使用される。
【００４０】
いったん燃料集合体７０がハウジング２４内に位置決めされると、超音波洗浄を開始する。好結果は、周波数が約20kHz乃至30kHz且つ変換器出力が1,000Watts乃至1,500Wattsで作動する全方向性の半径方向超音波を使用して達成される。図６を参照して認識されるように、ポンプ９２は、燃料集合体を通って水を汲み上げ、それによって、変換器２２によって出される超音波エネルギーによって除去される付着物を水で流す。ハウジング２４を通して下向きの流れを作ることは、ハウジング２４の頂部をシールする必要性を除去する。
【００４１】
超音波エネルギーによって除去される付着物を水で流すことに加えて、除去を高める化学薬品の化合物がハウジングの頂部に近い注入孔から水に導入されるとき、化学薬品は、例えば付着物表面を改質し、付着物を酸化させ、付着物を可熔化し、又は付着物の錯化又はキレート化することによって、付着物を物理的に及び/又は化学的に除去することを助ける。
【００４２】
軽水炉作動中、該軽水炉の部品の燃料棒クラッドの炉心内の照射及び後の腐蝕は、燃料集合体表面に54Mn,55Fe,60Co,63Niのような放射化生成物及び241Puのような超ウランの付着物を導入する。窒素の過マンガン酸塩低酸化状態遷移金属イオン（LOMI/NP）工程は、或る実施形態ではクロミウムをより溶け易い形態に酸化すること、該クロミウムをキレート剤及びシステムからの除去に利用できるようにすること、可溶化による除去のために追加の腐食物を露出させることによって、これらの部品を除染するために使用することができる。ピコリン酸のようなしかしこれに限定されないキレート剤は、強力な錯体をアクチニド、ランタニド、重金属、及び遷移金属と形成し、該錯体を溶液内に止めることを助ける。使用後のこれら汚染された溶液は、可溶性の金属及び化学薬品を抽出するためにイオン交換樹脂で処理される。該樹脂は、処理されても処分されてもよい。
【００４３】
或る実施形態では、化学的に高められた除去方法は、有機酸及びキレート剤（LOMI試薬）の化合物を燃料表面から酸化付着物を溶かし、溶液中に生じた有機金属錯体を懸濁させるために使用される。V+2（ギ酸バナジウムのような）は、酸化付着物のFe+3を減らしてFe+2にするために使用される。メカニズムは酸による腐蝕生成物の攻撃よりもむしろ電子を取り除くことを含む。ピコリン酸（ナトリウムピコリネートのような）は、錯化剤として使用される。反応は、酸化付着物を不安定にして金属イオンを溶液に放出する。試薬中の過剰ピコリネートは金属イオンと錯体を作り、該金属イオンを燃料表面に再付着させないようにする。
【００４４】
或る酸化付着物は酸化層の溶解に悪影響を及ぼすクロムの著しい濃度を有する。この実施例では、酸化処理は、原子価状態+3から+6までの酸化によってクロムを可溶性にすることによって処理を調節するためにそのような付着物に使用される。これは、硝酸カリウム過マンガン酸塩（NP）（選択的に2.5のpHで）又はアルカリ性の過マンガン酸カリウム（AP）（選択的に10ないし11.5のpHで）の注入によって達成される。これらの溶液はクロムを可溶性にし、LOMI試薬又は他の化学薬品を使用して溶解させることができる富鉄付着物を後に残す。
【００４５】
洗浄工程中、汚染流水溶液を、陽イオン交換樹脂に通して、腐蝕及び放射性生成物及び残留金属イオンを除去し、化学試薬を再生成し又は除去する。
【００４６】
LOMI試薬及び溶解放射性核種及び金属イオンは、イオン交換樹脂カラムでの処理によってシステムから除去される。強酸性陽イオン及び弱塩基性陰イオン樹脂カラムの両方が、使用済みLOMI試薬溶液を処理するために用いられる。
【００４７】
NP（又はAP）試薬は、イオン交換樹脂カラムで除去される。酸化処理中に形成された残留二酸化マンガンは蓚酸で溶解される。該蓚酸は過マンガン酸塩溶液に直接加えられ、混床式樹脂カラムで除去される。蓚酸すすぎに引き続いて、初期のLOMI処理方法は、より希釈した濃度のLOMI試薬用いて繰り返される。どちらの場合でも、使用済み試薬及び洗浄工程中に除去された腐蝕生成物はイオン交換樹脂を通して処理され、これらの樹脂は除染廃棄生成物を構成する。
【００４８】
燃料集合体７０は、ハウジング２４が洗浄工程中に燃料集合体７０の重さを実際に支持することは決してないようにホイスト１１０によって常に支持される。前述のように、変換器２２は、超音波エネルギーがハウジング壁を通過するようにハウジング２４の外側に取付けられる。介入するハウジング壁の主な影響は、超音波信号の低周波数部を弱めることとして観測される。洗浄効果の大部分の責任を負う超音波信号の高周波数部（すなわち10kHzより高い周波数）は、ほとんど減衰なしに適正に設計されたハウジングを通過する。
【００４９】
本発明による典型的な洗浄結果は次のとおりである。燃料ホイスト１１０は、燃料貯蔵ラックから燃料集合体７０を取り上げる。ホイスト１１０と関連した可動機械が燃料集合体７０をプール８０又は他の洗浄ステーションに輸送する。燃料集合体７０は、該集合体がハウジング２４に挿入されるときにビデオに録画される。例示として、図７（b）は、燃料集合体７０をビデオ録画するためにハウジング２４の頂部に位置決めされたカメラ１２０を示す。次に、変換器２２を付勢する。ホイスト１１０は、集合体７０を２分間隔で上に次いで下に（すなわち、２分間上昇、２分間下降）上下動を繰り返すのに用いられる。各上下動の変位はおおよそ数インチである。
【００５０】
ガンマ放射線量はセンサ９６でモニターされる。放射性燃料付着物粒子をもつ水は、ポンプ９２によってフィルタ９４に圧送され、次いでプール８０に戻される。フィルタ９４の全放射能はモニターされる。いったんセンサ９６でのガンマ放射能が基準まで低下すると、これ以上燃料付着物粒子が除去されることなく、したがって洗浄の完了が分かる。或る実施形態によると、洗浄手順は、７分ないし１０分で完了する。これは、数時間続く従来技術の化学的なアプローチと比べて際立つ。
【００５１】
超音波洗浄は、臨界経路時間内に現在実行される。詳細な化学薬品添加シーケンス（洗浄器内の化学薬品の残存時間、化学薬品の添加中流量の変化、及びフィルタ又はイオン交換器の適切なラインアップを含む）は、燃料集合体が洗浄機内で過ごす時間の長さに影響を及ぼす。さらに、生成される廃棄物は異なった分類のものである。
【００５２】
洗浄後、燃料集合体７０は、任意的にビデオ録画されながら、ハウジング２４から取り出される。洗浄前及び後の録画ビデオは処理の成功を確認するために検討される。
【００５３】
次いで、ホイスト１１０は、燃料集合体７０を燃料貯蔵ラックに移動させる。洗浄システムは、今や、洗浄のために次の燃料集合体７０を受け入れるための準備ができている。強く支持されたハウジング２４の場合には、単一ホイスト１１０は一組の超音波洗浄装置２０を積むために使用されることが分かる。そのような形態は、全体の処理量を高める。
【００５４】
本発明の超音波洗浄処理方法は、燃料ペレットに潜在的に損傷を与える力を付与することなく洗浄することができる。本方法により利用される超音波は、ペレットとクラッドの内面の間に典型的に見られるガスを透過せず、その結果有害な振動エネルギーをペレットに伝える唯一の方法は、ペレットに対するクラッド内面の運動による。実験の結果は、クラッドの振動スペクトルが運転中燃料が経験する振動スペクトルに匹敵することを証明する。有害な振動が炉心内の典型的な運転状態によってはね返されることは、従来の超音波に当てはまるとは思われない、なぜなら燃料束内の内部棒を洗浄するために必要とされるはるかに高いエネルギー入力がペレットに有害であると予想されるからである。
【００５５】
当業者は、本方法をさまざまな装置形態で実施してもよいことを認識する。
【００５６】
図８は、超音波洗浄装置及び関連した燃料集合体を受け入れるためのチャンネル１６０を示す。チャンネル１６０は、一体ポンプ１６２及び一体フィルタ１６４、１６６を含む。かくして、この実施形態では、単一統合システムは洗浄機能と濾過機能の両方を提供する。フィルタ１６４は内部循環のための目の粗いフィルタであり、一方フィルタ１６６が最後の洗浄中に燃料プールに排出するための目の細かいフィルタである。ブロック１６８は、目の細かいフィルタ１６６がひだ付きフィルタのマトリックス（例えば９つの２インチひだ付きフィルタ）で実施されることを示す。
【００５７】
当業者は、本方法が、付着物を核燃料集合体から除去する、時間効率の、効果的で、コンパクトで、低コストの技術を提供することを認識するであろう。この技術は、従来技術の化学薬品のみのアプローチと比較して極めて速い。
【００５８】
また、本方法は、燃料集合体を分解することなしに燃料集合体を洗浄させることができる。この技術は、照射燃料ペレットの物理的な一体性を脅かす不利なクラッド変位を生じさせない。換言すれば、燃料集合体の内部付着物を、後の原子炉再始動中いかなる帰結をもたらすことなく洗浄することができる。
【００５９】
本方法と関連した他の著しい利益は、良好な放射線管理及びプラント職員の放射被爆の減少に関する。洗浄工程によって除去される燃料付着物粒子は、実際は同様な放射性物質であり、該物質が炉心内の熱/水力過渡の結果として冷却液ループに分散されるとき、該物質は機能停止中に最も著しい個人被爆線量を引き起こす。かくして、燃料の洗浄及び、それ自体、長期間（該放射能が崩壊の間）燃料プールの中に安全に貯蔵されるフィルタ上の放射性微粒子を瓶に密封することによって、本方法は機能停止中の線量率及び個人被爆線量の減少を達成することができる。したがって、線量率制御及び線量率の減少のための戦略としての燃料洗浄は、放射線管理コストを低減するための実行可能な新しい方法である。
【００６０】
本化学的に高められた洗浄方法は、過剰腐蝕生成物を除去することによって燃料信頼性を確保するのに役立つ。また、本方法は、放射能がプラント表面に付着することができる前に放射能を燃料から除去することによって放射線源期間の減少を助ける。
【００６１】
上記実施形態は変形例ばかりでなく組合せも可能であることが理解される。
【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（ａ）】
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【図７（ｂ）】
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【図７（ｃ）】
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【図８】
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【外国語明細書】
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