(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体金属を収納して冷却を行う液体金属冷却材用構造材において、前記液体金属と接触する前記液体金属冷却材用構造材の表面に、少なくとも前記液体金属冷却材用構造材の構造元素からなる酸化被膜を形成させるとともに、前記液体金属中の溶解酸素濃度を１０-7mass％〜１０-5mass％の範囲に管理することにより、前記酸化被膜の安定性および持続性を維持することを特徴とする液体金属冷却材用構造材の腐食防止方法。
【請求項２】
前記液体金属冷却材用構造材に溶解酸素濃度測定センサーと温度センサーとを配置し、前記溶解酸素濃度測定センサーの測定値と前記温度センサーの測定値から前記液体金属中の溶解酸素濃度を演算し、この演算で求めた液体金属中の溶解酸素濃度と予め設定した溶解酸素濃度とを比較して液体金属中の溶解酸素濃度を随時調整し、液体金属中の溶解酸素濃度を１０-7mass％〜１０-5mass％の範囲に管理することを特徴とする請求項１記載の液体金属冷却材用構造材の腐食防止方法。
【請求項３】
前記液体金属が鉛（Ｐｂ）、ビスマス（Ｂｉ）、鉛−ビスマス合金（Ｐｂ−Ｂｉ）であることを特徴とする請求項１記載の液体金属冷却材用構造材の腐食防止方法。
【請求項４】
前記液体金属の温度範囲が前記液体金属の融点〜６５０℃であることを特徴とする請求項１、２又は３記載の液体金属冷却材用構造材の腐食防止方法。
【請求項５】
前記液体金属冷却材用構造材が低合金鋼、特殊鋼、炭素鋼であることを特徴とする請求項１記載の液体金属冷却材用構造材の腐食防止方法。
【請求項６】
前記溶解酸素濃度測定センサーが固体電解質酸素センサーであることを特徴とする請求項２記載の液体金属冷却材用構造材の腐食防止方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体金属冷却材用構造材の腐食防止方法に関するもので、特に、液体金属と接触する構造材表面に液体金属に対して健全性を有する保護被膜を安定的、かつ、持続的に形成させる方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液体金属は、熱や放射線に対して安定であり、また、熱伝導性が優れていることから冷却材として使用されている。その代表的な例が高速増殖炉の液体Ｎａ金属である。このような目的に用いられる金属は、主として、Ｎａ，Ｎａ−Ｋ，Ｌｉ，Ｂｉ，Ｐｂなどの低融点金属であるが、こうした液体金属を冷却材として使用する場合、液体金属による機器や配管などの構造材の腐食が問題となる。
【０００３】
液体金属による腐食は、水溶液などの腐食にみられる電気化学過程ではなく、金属元素の液体金属中への溶解が主原因である。したがって、冷却材として使われる液体金属がその熱回収のために、高温部と低温部を循環する場合、高温部で構造材から溶解した元素が低温部で過飽和となり析出する、いわゆる質量移動現象が生じる。
【０００４】
この質量移動は、繰り返され、機器、配管などの構造材は腐食され続け、低温部では不純物が析出し、小口径配管などの液体金属流路を閉塞させる恐れもある。溶解速度を支配するのは、高温部での不飽和度によるが、ループの構成、形状などの装置の状況、流量、温度、温度差、表面粗さ、不純物濃度などの多種多様な条件で左右される。中でも液体金属中の不純物、特に、溶解酸素濃度は、腐食現象および速度に大きく影響を及ぼすことが知られている。
【０００５】
高速増殖炉のＮａ冷却材の場合、Ｎａの酸化物標準生成自由エネルギー（酸素ポテンシャル）の絶対値は、鋼材の主要元素（Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｒ）や、一般的な合金元素の酸化物標準生成自由エネルギーの絶対値より大きい。すなわち、液体Ｎａと接触している構造材表面は還元され、Ｎａは酸化される傾向にある。
【０００６】
したがって、構造材の腐食条件は、本質的にそれら主要元素の液体Ｎａ中への溶解度によって決定される。構造材主要元素の液体Ｎａ中への溶解度は比較的小さいことが知られているが、液体Ｎａ中の溶解酸素濃度の増加とともに腐食速度が増大することが分かっている。構造材がステンレス鋼の場合、成分元素のＣｒ，Ｎｉが高温部で溶出し、低温部で析出する。そして、Ｎａ中の酸素濃度が高いとＣｒの溶出が促進されると言われている。
【０００７】
したがって、構造材の腐食防止は、液体金属冷却材の実用化にとって非常に重要となってくる。
【０００８】
従来の液体金属冷却材用構造材の腐食防止方法については、その方法の１つにコールドトラップ法がある。この方法は、金属液体中の不純物を除去する精製法の一種であり、不純物の溶解度が低温で小さくなる性質を利用して、金属液体中の酸素、炭素などの不純物を低温下でいろいろな化合物の形（反応生成物）で析出除去し、分離回収する方法である。Ｎａの場合、コールドトラップでＮａ中の溶解酵素濃度を１０ｐｐｍ以下程度まで低減でき、ステンレス鋼及びＦｅ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｍｏなどとの両立性を図っている。
【０００９】
また、別の方法として、ホットトラップ法がある。この方法は、コールドトラップで得られる純度よりも更に高い純度を得たい時に用いられ、高温で酸素等の不純物とよく結合する金属ゲッターに液体金属を通して、液体金属中の不純物を金属ゲッターと反応させてゲッター中に固定除去する方法である。例えば、液体Ｎａ中の酸素に対して、酸化ナトリウムよりも安定な酸化物を生成する金属として、Ｔｉ，Ｚｒ及びＴｉ−Ｚｒ合金などが用いられ、約６００℃の液体Ｎａ中の溶解酸素濃度を数ｐｐｍ以下に管理できている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の液体金属冷却材用構造材の腐食防止方法は、液体金属中の溶解酸素濃度の上限を制御するものである。しかし、このような腐食防止方法は、液体金属の種類によっては以下のような不都合を生じる。
【００１１】
例えば、液体金属にＰｂ−Ｂｉを使用した場合、液体Ｐｂ−Ｂｉに対する構造材主要元素の溶解度が大きく、液体Ｐｂ−Ｂｉ中の溶解酸素濃度を減少させるだけでは構造材の腐食を防止することが困難であるという問題が生じる。すなわち、溶解酸素濃度が小さ過ぎても反って構造材の腐食を加速させるという問題がある。
【００１２】
上記の問題点を回避するため、構造材の溶解速度を減少させる方法として、インヒビターの添加により構造材表面に保護被膜を形成させる方法があるが、この場合、保護被膜が厚く成長し過ぎると膜剥がれや熱衝撃によるクラックが発生し、こうした部分を基点に局部的に腐食が進行するといった問題があった。したがって、Ｐｂ，Ｂｉのような構造材主要元素の溶解度が大きい液体金属の冷却材への適用は、従来技術では十分な腐食防止ができていなかった。
【００１３】
そこで、本発明は、このような問題点を解決するもので、その目的とするところは、液体金属中の溶解酸素濃度を制御することにより、液体金属と接触する構造材表面に液体金属に対して健全性を有する保護皮膜を安定的、かつ、持続的に形成させ、構造材に対して高い腐食性を示す液体金属においても腐食を防止することが可能な液体金属冷却材用構造材の腐食防止方法を提供することにある。また、上記の問題解決ばかりでなく新たなデバイスの創造に寄与するところにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、下記（１）〜（６）により達成される。すなわち、
（１）  本発明は、液体金属を収納して冷却を行う液体金属冷却材用構造材において、前記液体金属と接触する前記液体金属冷却材用構造材の表面に、少なくとも前記液体金属冷却材用構造材の構造元素からなる酸化被膜を形成させるとともに、前記液体金属中の溶解酸素濃度を１０-7mass％〜１０-5mass％の範囲に管理することにより、前記酸化被膜の安定性および持続性を維持することを特徴とする液体金属冷却材用構造材の腐食防止方法である。
【００１５】
（２）  本発明は、前記液体金属冷却材用構造材に溶解酸素濃度測定センサーと温度センサーとを配置し、前記溶解酸素濃度測定センサーの測定値と前記温度センサーの測定値から前記液体金属中の溶解酸素濃度を演算し、この演算で求めた液体金属中の溶解酸素濃度と予め設定した溶解酸素濃度とを比較して液体金属中の溶解酸素濃度を随時調整し、液体金属中の溶解酸素濃度を１０-7mass％〜１０-5mass％の範囲に管理することを特徴とする上記（１）記載の液体金属冷却材用構造材の腐食防止方法である。
【００１６】
（３）  前記液体金属が鉛（Ｐｂ）、ビスマス（Ｂｉ）、鉛−ビスマス合金（Ｐｂ−Ｂｉ）であることを特徴とする上記（１）記載の液体金属冷却材用構造材の腐食防止方法である。
【００１７】
（４）本発明は、前記液体金属の温度範囲が前記液体金属の融点〜６５０℃であることを特徴とする上記（１）、（２）又は（３）記載の液体金属冷却材用構造材の腐食防止方法である。
【００１８】
（５）本発明は、前記液体金属冷却材用構造材が低合金鋼、特殊鋼、炭素鋼であることを特徴とする上記（１）記載の液体金属冷却材用構造材の腐食防止方法である。
【００１９】
（６）  前記溶解酸素濃度測定センサーが固体電解質酸素センサーであることを特徴とする請求項２記載の液体金属冷却材用構造材の腐食防止方法である。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の液体金属冷却材用構造材の腐食防止方法の実施の形態について説明する。本発明の液体金属冷却材用構造材の腐食防止方法においては、液体金属中の溶解酸素濃度を制御することにより、液体金属と接触する構造材表面に液体金属に対して健全性を有する保護被膜を安定的、かつ、持続的に形成させ、構造材に対して高い腐食性を示す液体金属においても腐食を防止する。
【００２３】
液体金属中の溶解酸素濃度は、溶解酸素濃度測定センサーの測定値と温度センサーの測定値から演算し、その演算した値をフィードバックし、溶解酸素濃度が予め設定された管理下限以下になった時、酸化処理により自動的に溶解酸素濃度を増加させ、そして、予め設定された管理上限以上になった時、還元処理により自動的に溶解酸素濃度を減少させることにより液体金属中の溶解酸素濃度を制御し、保護被膜を形成、維持させる。
【００２４】
次に、液体金属中の溶解酸素濃度と構造材の酸化被膜の関係に関して説明する。熱力学的観点、すなわち、酸化物の標準生成自由エネルギーの比較から、本発明に係る主な液体金属成分および構造材主要成分の酸化物の安定性の序列は、酸化ケイ素＞酸化クロム＞酸化モリブデン＞酸化鉄＞酸化鉛＞酸化ビスマスの順である。これを基に液体金属及び構造材主要成分と酸素との相互作用による腐食性について、液体金属中の溶解酸素濃度レベルにより大きくは次の３つの場合に分類される。すなわち、
（ａ）  液体金属の溶解酸素濃度レベルが十分に低く、鉄が酸化されないような条件では、液体金属化に鉄が溶解し、構造材の腐食は進行する。
【００２５】
（ｂ）  液体金属中の溶解酸素濃度レベルが高くなり、鉄が酸化されるような条件では、酸化鉄、酸化クロム、鉄クロム複合酸化物等の酸化被膜が生成され、これらの酸化被膜は液体金属中で安定な保護被膜となり腐食が防止される。
【００２６】
（ｃ）  液体金属中の溶解酸素濃度レベルが更に高くなり、鉛が酸化されるような条件では、酸化鉛のスラグが液体金属中に発生し、冷却機能の悪化、配管のプラグ等を生じる。更に酸化被膜が厚く成長し過ぎて膜剥がれや熱衝撃によるクラックが発生し易くなり、こうした部分を基点に局部腐食が進行する。
【００２７】
したがって、本発明の液体金属冷却材用構造材の腐食防止方法においては、基本的に上記（ｂ）の条件、すなわち、鉄は酸化されて、鉛は酸化されないような溶解酸素濃度に制御すればよいことになる。
【００２８】
本発明の液体金属冷却材用構造材の腐食防止方法における液体金属としては、Ｐｂ系金属、Ｂｉ系金属、Ｐｂ−Ｂｉ系合金が挙げられる。
【００２９】
つぎに、液体金属冷却材用構造材については、低合金鋼、特殊鋼、炭素鋼が挙げられる。特殊鋼の代表的なものとしては、Ｃｒ−Ｍｏ系鋼、フェライトあるいはマルテンサイト系Ｃｒ含有鋼、オーステナイト鋼が好ましい。Ｐｂ，Ｂｉに対するＮｉの溶解度が高いため、Ｎｉを多く含んだ鋼材は好ましくない。
【００３０】
溶解酸素濃度測定センサーとしては，固体電解質酸素センサーが使用される。
【００３１】
本発明で使用し得る固体電解質としては、イットリア（Ｙ2 Ｏ3 ) 添加ジルコニア（ＡｒＯ2 ）、カルシア（ＣａＯ）添加ジルコニア、酸化ガドリニウム（Ｇｄ2 Ｏ3 ) 添加ジルコニア、酸化スカンジウム（Ｓｃ2 Ｏ3 ) 添加ジルコニア、酸化イッテルピウム（Ｙｂ2 Ｏ3 ) 添加ジルコニア、トリア・イットリア（ＴｈＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 ) 、ハフニア・イットリア（ＨｆＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 ) などが挙げられる。
【００３２】
また、前記固体電解質センサーを構成する標準極には、Ｉｎ／Ｉｎ2 Ｏ3 、Ｐｂ／ＰｂＯ系、Ｂｉ／Ｂｉ2 Ｏ3 系、Ｓｎ／ＳｎＯ2 系、Ｇａ／Ｇａ2 Ｏ3 系等が挙げられ、標準極と液体金属のそれぞれに接続されるリード線は、Ｍｏ，Ｔａ，Ｉｒ，Ｏｓ，Ｗ，Ｃなどが挙げられる。
【００３３】
一方、温度センサーは、測温用熱電対や放射温度計等の接触式、非接触式タイプのものが挙げられる。測温用熱電対を使用する場合、固体電解質酸素センサーを組み込んだ一体型の酸素プローブで構成してもよい。
【００３４】
溶解酸素濃度は、固体電解質センサーの起電力測定値と温度センサーの測定値から決定することができる。
【００３５】
本発明の酸化処理の酸化剤としては、一つには、固体酸化剤で、これには使用液体金属である酸化鉛、酸化ビスマスの１種または２種を混合して用いることができる。また、本発明の固体酸化剤の形状、寸法等は、特に限定されず、例えば、形状に関しては、円柱状、角柱状、円筒状、平板状、ハニカム状、顆粒状、ペレット状、粉末状等のあらゆる形状のものが可能であり、その大きさもあらゆる大きさのものが可能である。二つには、気体酸化剤で、酸素ガス、Ａｒガス−酸素ガス、Ａｒガス−水蒸気の混合ガス等の酸化性ガスが挙げられる。本発明における酸化処理方法としては、基本的には前記酸化剤により液体金属中の溶解酸素濃度を増加させれば良く、具体的には、例えば、次の４つの酸化処理方法が挙げられる。すなわち、
（ａ）  ロッド状等の固体酸化剤を金属中に出し入れする。
【００３６】
（ｂ）  粉末状、顆粒状等の固定酸化剤を液体金属中に適量添加する。
【００３７】
（ｃ）  酸化処理装置の液体金属流路内に予めボール状、ペレット状、ハニカム状等の固体酸化剤を配置しておき、液体金属を固体酸化剤に接触させながら通過させる。
【００３８】
（ｄ）  液体金属中に気体酸化剤を注入する。
【００３９】
また、本発明の酸化処理の装置は特に限定されず、例えば、ロッド状等の固体酸化剤を液体金属中に出し入れするような方法であれば、出し入れする機構などを具備すればよい。また、気体酸化剤を注入するような場合には、流量計、供給バルブ等を具備すればよい。さらに、固体酸化剤を液体金属流路内に装入させておき、液体金属を通過する際に酸化させるような場合には、酸化処理装置自体に駆動系制御部品を具備しないでも酸化処理装置前後に配置したバルブの調整のみで酸化処理を制御することも可能である。
【００４０】
前記還元処理の還元剤としては、気体還元剤として水素ガス、Ａｒガス−水素ガス、Ａｒガス−水素ガス−水蒸気の混合ガス等の還元性ガスが挙げられる。また、固体還元剤として、炭素、Ａｌ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｍｇなどが挙げられる。なお、本発明の固体還元剤の炭素、Ａｌ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｍｇなどの形状、寸法などは、特に限定されるものではない。本発明の還元方法としては、基本的には、前記還元剤により液体金属中の溶解酸素濃度を減少させれば良く、具体的には、次の３つの還元処理方法が挙げられる。すなわち、
（ａ）  ロッド状等の固体還元剤を金属中に出し入れする。
【００４１】
（ｂ）  還元処理装置の液体金属流路内に予めボール状、ペレット状、ハニカム状等の固体還元剤を配置しておき、液体金属を固体還元剤に接触させながら通過させる。
【００４２】
（ｃ）  液体金属中に気体酸化剤を注入する。
【００４３】
また、本発明の還元処理の装置は前記酸化処理の装置と同様に特に限定されず、処理方法等に応じて装置構成を決定すればよい。その場合、必要に応じて還元処理装置に駆動系制御部品等を具備して制御すればよい。また、液体金属中に気体還元剤を注入する場合は、還元処理で生成した水蒸気をループ外に放出させる機構を具備しておくことが好ましい。
【００４４】
次に、本発明の液体金属冷却材用構造材の腐食防止方法において、ループ系における酸化処理装置と還元処理装置の配置は、例えば、以下のような配置が挙げられる。すなわち、
（ａ）  主幹の液体金属ループラインの途中に直接酸化処理装置と還元処理装置を配置する。
【００４５】
（ｂ）  主幹の液体金属ループラインに溶解酸素濃度調整タンクを配置し、このタンクに酸化処理装置と還元処理装置を配置する。
【００４６】
（ｃ）  主幹の液体金属ループラインに分岐点を設けてそのバイパスラインに酸化処理装置と還元処理装置を配置する。
【００４７】
（ｄ）  主幹の液体金属ループラインに分岐点を設けてそのバイパスラインを酸化処理ラインと還元処理ラインの２つに分岐し、配置する。
【００４８】
また、本発明の液体金属冷却用構造材の腐食防止方法において、ループ系における溶解酸素濃度測定センサーと温度センサーの配置は、例えば、液体金属ループラインに直接挿入配置したり、液体金属ループラインに分岐点を設けて、そのバイパスラインに挿入配置することが挙げられる。さらに、複数の溶解酸素濃度測定センサーと温度センサーを配置することも可能であり、この場合、溶存酸素濃度の制御がし易くなる。
【００４９】
本発明において、液体金属の温度範囲は、使用する液体金属の融点〜６５０℃であることが好ましく、Ｐｂ系は、３３０℃〜５５０℃、Ｂｉ系及びＰｂ−Ｂｉ系は、３００℃〜５５０℃がより好ましい。温度が低すぎると、固体電解質酸素センサーによる起電力の測定が困難となり、極端な場合には測定不能となる。また、温度が高すぎると、構造材の腐食が激しくなり、腐食防止制御が困難となる。
【００５０】
なお、液体金属冷却用構造材の内部には、カバーガスを用いておくことが好ましい。カバーガスとしては、十分に水分を除去した高純度のＡｒガスなどの不活性ガスが好ましい。
【００５１】
【実施例】
以下、本発明の液体金属冷却材用構造材の腐食防止方法について具体的に説明する。図１は本発明の液体金属冷却材用構造材の腐食防止方法の実施に用いた液体金属中の酸素濃度制御装置の概略図である。
【００５２】
本装置を冷却材のループ系に装入配置する。液体金属１は、液体金属冷却材用構造材２内を矢印の方向に流れる。主幹である液体金属ループライン３には、バルブ４が配置されている。このバルブ４を迂回するように液体金属ループライン３は、途中で分岐し、液体金属ループライン３と、バイパスラインとしての酸化処理ライン５及び還元処理ライン９の３つのラインに分かれている。
【００５３】
酸化処理装置６は、バルブ７，バルブ８とともに酸化処理ライン５に配置され、再び、液体金属ループライン３に合流するようになっている。一方、還元処理装置１０は、バルブ１１，バルブ１２とともに還元処理ライン９に配置され、再び、液体金属ループライン３に合流するようになっている
溶解酸素濃度測定センサーとして固体電解質酸素センサー１３と、温度センサーとして測温用熱電対１５を用い、それぞれ、測定部が液体金属に浸るように液体金属ループライン３に挿入配置する。これら両センサー１３および１５は、バイパスライン５および９の下流側に配される。
【００５４】
固体電解質酸素センサー１３は、酸素濃度測定装置１４と接続し、測温用熱電対１５は、温度測定装置１６と接続している。酸素濃度測定装置１４と温度測定装置１６は、データ処理装置１７に接続され、得られた酸素濃度データと温度データをデータ処理装置１７で演算処理し、溶解酸素濃度を求める。そこで得られた制御信号をコントローラ１８に供給して、その制御信号に基づいて酸化処理装置６または還元処理装置１０および各ラインに配置したバルブ７，８、並びに１１，１２の開閉により、自動的に溶解酸素濃度を制御する。
【００５５】
図２は、上記酸化処理装置６の一実施の形態を示す概略図である。配管５に容器２０が配置され、容器２０内にはハニカム状の固体処理剤２１が装入されている。
【００５６】
図３は、本発明の還元処理装置１０の一実施の形態を示す概略図である。配管９に容器２３が配置され、容器２３内にガス導入口２４から還元ガス２７がコントローラにより制御可能なバルブ２６と流量計２５を介して導入できるようになっている。
【００５７】
図１、図２、図３を用いて、本発明の液体金属冷却材用構造材の腐食防止方法における溶解酸素濃度制御装置の動作を説明する。
【００５８】
まず、バルブ７，バルブ８，バルブ１１，バルブ１２を閉め、バルブ４を開けておく。上流から流入した液体金属１は、液体金属ループライン３を流れ、固体電解質酸素センサー１３と測温用熱電対１５に流入する。流入した液体金属１中の固体電解質酸素センサーの起電力と温度を測定し、酸素濃度測定装置１４と温度測定装置１６により数値化され、得られた溶解酸素濃度データと温度データをデータ処理装置１７に伝送する。そして、データ処理装置１７で演算処理され、溶解酸素濃度が求められる。さらに、データ処理装置１７で求められた溶解酸素濃度が判定され、その判定結果に基づいた制御信号をコントローラ１８に供給し、後記の制御の基となる。この判定結果は、連続的もしくは間欠的に行われ、監視される。
【００５９】
溶解酸素濃度が予め設定した管理限界下限付近になった場合、データ処理装置１７から酸化処理実行のＯＮ指令がコントローラ１８に伝送される。そして、コントローラ１８の制御信号でバルブが作動し、バルブ４が閉じ、バルブ７とバルブ８が開状態となる。
【００６０】
したがって、液体金属１は、酸化処理ライン５に導かれ、固体酸化剤２１と接触し、その際、酸化されながら通過する。そして、溶解酸素濃度が管理限界内の正常値に復帰した場合、データ処理装置１７から「正常」の指令がコントローラ１８に伝送され、コントローラ１８の制御信号でバルブが作動し、バルブ４が開き、バルブ７とバルブ８が閉状態となる。液体金属１は、液体金属ループライン３に導かれ、正常時のループモードに復帰する。
【００６１】
一方、溶解酸素濃度が予め設定した管理限界上限付近になった場合、管理限界下限の検知と同様に、固体電解質酸素センサー１３と測温用熱電対１５により溶解酸素濃度の管理限界上限を検知し、データ処理装置１７から還元処理実行のＯＮ指令がコントローラ１８に伝送される。そして、コントローラ１８の制御信号でバルブが作動し、バルブ４が閉じ、バルブ１１とバルブ１２が開状態となり、液体金属１は還元処理ライン９に導かれる。そして、コントローラ１８の制御信号でバルブ２６が作動し、還元ガス２７が容器２３内に導入され、液体金属１が還元される。
【００６２】
溶解酸素濃度が管理限界内の正常値に復帰した場合、データ処理装置１７から「正常」の指令がコントローラ１８に伝送され、コントローラ１８の制御信号でバルブが作動し、バルブ４が開き、バルブ１１とバルブ１２が閉状態となる。液体金属１は、液体金属ループライン３に導かれる。また、ガス供給がバルブ２６の作動により停止され、正常時のループラインに復帰する。
（実施例１）
本発明の液体金属冷却材用構造材の腐食防止方法として、液体金属としてＰｂ−Ｂｉ共晶合金を、また、液体金属冷却材用構造材として１８Ｃｒ−１Ｍｏ鋼を用い、流速０．５ｍ／ｓ、高温部５５０℃、低温部３５０℃の強制ループ装置での液体金属と構造材の健全性を評価した。
【００６３】
強制ループ装置内の溶解酸素濃度を増加させ、１０-5ｍａｓｓ％付近より多くなると、次第にスラグが析出し始め、低温部の構造材内部に付着し、流路を狭めた。スラグを分析したところ、酸化鉛が主成分であった。したがって、溶解酸素濃度の管理限界上限は、約１０-5ｍａｓｓ％で、これより多くなると、Ｐｂ−Ｂｉ液体金属の鉛の酸化物が生成され、健全性が維持できなかった。
【００６４】
一方、強制ループ装置内の溶解酸素濃度を減少させ、１０-7ｍａｓｓ％付近より少なくなると、次第にスラグが析出し始め、低温部の構造材内部に付着し、流路を狭めた。スラグを分析したところ、Ｆｅを主成分とした構造材の構成元素であった。
【００６５】
したがって、溶解酸素濃度の管理限界下限は、約１０-7ｍａｓｓ％で、これより少なくなると、Ｐｂ−Ｂｉ液体金属中に構造材の構成元素であるＦｅ，Ｃｒなどが溶解され、構造材表面には、安定な酸化被膜は生成されず、液体金属と構造材との健全性を維持されなかった。
【００６６】
これに対し、本発明の液体金属冷却材用構造材の腐食防止方法を用いて溶解酸素濃度を１０-7ｍａｓｓ％〜１０-5ｍａｓｓ％に管理すると、低温部でのプラグもなく、長期に亘って液体金属と構造材との健全性を維持することができた。試験終了後、構造材表面を分析したところ、鉄酸化物、鉄クロムスピネル酸化物、クロム酸化物、モリブデン酸化物等の酸化被膜が形成されていた。
【００６７】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、液体金属中の溶解酸素濃度を制御することにより、液体金属と接触する構造材表面に液体金属に対して健全性を有する保護被膜を安定的、かつ、持続的に形成させることができる。構造材表面に保護被膜を形成、および維持させることにより、これまで使用することができなかった腐食性の高いＰｂ，Ｂｉ系の液体金属を冷却材に使用することができる。
【００６８】
これにより、従来、Ｎａ冷却材で問題とされた反応性（特に、水との反応性）の高さに関して、より化学的に不活性なＰｂ，Ｂｉ系が使用できるようになるなと、その適用範囲は極めて広い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法を実施する際に適用した液体金属中の酸素濃度制御装置の概略図である。
【図２】酸化処理装置の概略図である。
【図３】還元処理装置の概略図である。
【符号の説明】
１  液体金属
２  液体金属冷却材用構造材
３  液体金属ループライン
４，７，８，１１，１２，２６  バルブ
５  酸化処理ライン
６  酸化処理装置
９  還元処理ライン
１０  還元処理装置
１３  固体電解質酸素センサー
１４  酸素濃度測定装置
１５  測温用熱電対
１６  温度測定装置
１７  データ処理装置
１８  コントローラ
２０，２３  容器
２１  固体処理剤
２４  ガス導入口
２５  流量計
２７  還元ガス
【図１】
0003838909.tif 000002
【図２】
0003838909.tif 000003
【図３】
0003838909.tif 000004