(一社)日本原子力学会「水化学部会」第34回定例研究会
於 東北電力（株） 本店

PWRプラントにおける最近の被ばく低減に関する取り組みについて－新たな抜本対策の創出に向けて－
2018/10/5
石原伸夫
三菱重工業 パワードメイン 原子力事業部• ZCS-GE-180068© 2016 MITSUBISHI HEAVY INDUSTRIES, LTD. All Rights Reserved.

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11. はじめに
2. 現状
3. 影響因子の分析
4. まとめ© 2018 MITSUBISHI HEAVY INDUSTRIES, LTD. All Rights Reserved.

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1. はじめに
 国内PWRは亜鉛注入を2000年台中期に本格導入(伊方3号機で完了予定)した結果、線量率が40%低減したが、今後、更に抜本的な対策の創出が求められている。
 その対策案創出に向け、水質・運転手順に大きな変化がないにも係らず，各サイクル線量率の経時変化（図１）において、各サイクル間での線量率の低下率（図２）が大きく変動していることに着目している。
1.2

線量率変化, －線量率, mSv/h

X
X

X
X
X

X

X

X

X

X
X
サイクルX

X

X

図1 線量率の経時変化

1.0
0.8

0.6
0.4

X

X

X

X
X
X
サイクルX

X

X

図2 各サイクルでの線量率の変化率

 線量率低下に影響を与える未解明の因子があり、新たな対策に繋がる可能性がある。

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2. 現状2.1 米国の取り組み
2.2 日本の取り組み© 2018 MITSUBISHI HEAVY INDUSTRIES, LTD. All Rights Reserved.

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442.1 米国の取り組み
米国ではサイクル末期（ＥＯＣ）ほう素濃度上昇により、停止時線量率低下例あり。（図3参照）
適用上の課題・プラントによっては相関なく，他の影響因子あり
・ＥＯＣほう素濃度上昇は燃料経済性を悪化させ，適用は限定的

線量率, R/hr

4Byron 1

32Braidwood 1

1002040
EOC ほう素, ppm60

図3 サイクル末期ほう素濃度と線量率© 2018 MITSUBISHI HEAVY INDUSTRIES, LTD. All Rights Reserved.

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552.2 日本の取り組み
低溶存水素(DH, Dissolved Hydrogen)化により，燃料表面に付着しやすい金属Niの割合が低下（左図），燃料付着Ni量も減少し（右図），Ni由来のCo-58低下が期待された。これらの報告により，震災前まで，低DH化による被ばく低減研究が進められた。
602.0unit1-cycle16-BOL

Ni(metal)
Particulate Ni

50

High DH: 29cc/kg

40

Crud Amount (mg/dm2)[%]

Fig.1 Crud Amount on Fuel Surface

unit1-cycle16-BOL

30

unit3-cycle2-BOL

20
10unit3-cycle1-BOL025262728291.5Low DH: 26cc/kg
Cr1.0Ni

0.530

Dissolved Hydrogen [Ncc/kg]

Fe0.023

Fig.
Relation between Dissolved Hydrogen
図45腐食生成物中の金属Ni割合とDH濃度の関係，石原Concentration andNi(metal)
Ratio Conferencein Particulate Ni（四電）ら，1998
JAIFInternationalFe(mg/dm2)

2933Ni (mg/dm2)

3648 GWd/t

Cr (mg/dm2)

図5 燃料付着クラッド量のDH濃度依存性，久宗（原電）ら，1998 JAIF International Conference© 2018 MITSUBISHI HEAVY INDUSTRIES, LTD. All Rights Reserved.

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3. 影響因子の分析
3.1 放射性核種の生成と沈着
3.2 pH
3.3 DH（溶存水素）

3.4 他の因子と解析の試み© 2018 MITSUBISHI HEAVY INDUSTRIES, LTD. All Rights Reserved.

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773.1 放射性核種の生成と沈着
炉内表面① 炉外材料腐食によりNi, Coが溶出② 炉心にNi/NiOなどの形態で付着③ 放射化: Ni→Co-58, Co→Co-60④ 溶解・剥離し炉外配管表面に沈着

炉外配管表面
再付着
付着クラッド
外層酸化物
内層酸化物

溶解・剥離
母 材

格納容器

④ 放射性核種の沈着

蒸気発生器

燃料

溶解・剥離

③放射化

付着クラッド
外層酸化物
内層酸化物

燃料
集合体

母 材

浄化系

付着・析出

① 材料表面の腐食

脱塩塔
燃料② 腐食生成物の付着

冷却材ポンプ

充填ポンプ

1 次冷却材体積制御タンク

図6 放射性核種の生成と沈着© 2018 MITSUBISHI HEAVY INDUSTRIES, LTD. All Rights Reserved.

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883.2 pH(1/2)
米国でのサイクル末期（ＥＯＣ）ほう素濃度上昇は，化学的には様々なpHに影響する。
2000

100047.5
Li動するパラメータ7.4
pH①-1サイクル平均pH低①-2 サイクル初期pH低①-3 サイクル末期pH低Li濃度 [ppm]

37.3
7.2

27.1
7.0

16.9
6.8

② 停止時酸化運転時Li濃度高注③ EOCの高pH一定期間が短い

06.7
2000

④ サイクル末期炉心出口pH低⑤ 停止時ほう素濃度高pHt

EOC B濃度高（図中 “←”時）に連① 運転中pH低010000

ほう素濃度 [ppm]
図7A B, Li制御とpHの関係（横軸：ほう素濃度）注） 温度によってpH特性が変化するため，285℃でのpHを一定としても，高温の炉心出口pHは低下する© 2018 MITSUBISHI HEAVY INDUSTRIES, LTD. All Rights Reserved.

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993.2 pH(2/2)
EOC B濃度高の時の化学的環境の差
pH管理手順は一定でも，サイクル毎にpHは大きく変動する。
詳細な影響因子の絞り込みは単純ではない
3炉心出口pH-低B at 325 ℃④① 運転中pH低7.8② 停止時酸化運転時Li濃度高③ EOCの高pH一定期間が短い

2Li-低B③①-3

炉心入口pH-低B

1①-1
炉心入口pH-高B④ サイクル末期炉心出口pH高⑤ 停止時ほう素濃度高（図中表記無）

Li-高B
7.6
②pHt

①-3 サイクル末期pH低Li濃度 [ppm]①-1サイクル平均pH低①-2 サイクル初期pH低8.0

7.4

7.2
7.0

06.8
0

①-2100200
運転日数 [day]300400

図7B B, Li制御とpHの関係（横軸：運転日数）© 2018 MITSUBISHI HEAVY INDUSTRIES, LTD. All Rights Reserved.

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1010

3.3 DH(1/3)20 燃料表面
燃料表面の付着・放射化
0010203040 線源強度低下（評価コード）5060
低DH → Ni溶解度低下と燃料表面のNi/NiO比低下→

放射能量及び線源強度(相対値)

1.50
Co-58
Co-60
線源強度

1.25

線源強度

1.00
Co-580.75

0.50010203040
溶存水素濃度(cc/kg)

5060

図8 線源強度評価コード ACEⅡによるDH濃度と線源強度の評価結果イメージ
1.50

新評価
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旧評価© 2018 MITSUBISHI HEAVY INDUSTRIES, LTD. All Rights Reserved.

11113.3 DH(2/3) 材料表面の腐食
材料表面の腐食
高DH → 金属腐食速度低下（下図） → 線量率低減側に作用（被ばくに直接関与するインコネル・ステンレスにおけるDHと腐食の実機データは，材料の経年変化影響もあり明確でない。一方，燃料被覆管では水質と腐食速度の関係が明確に出た例がある。）

解析腐食速度

燃料被覆管腐食速度への影響

DH 5 NmL/kg-H2O上昇で22%低下
pH 0.1上昇で20%低下
Zn 5 ppb注入で39%低下

実測腐食速度
図9 炉心よう素レベルより推定解析した燃料被覆管の腐食速度 実測と解析の比較© 2018 MITSUBISHI HEAVY INDUSTRIES, LTD. All Rights Reserved.

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12123.3 DH(3/3) プラントでのバランス

プラント全体としてのDH影響は，現状，明確でない
 理論：燃料表面付着の観点では低DHが良く，その供給源となる腐食の観点では高DHが良いため，バランスしてDH依存性が小さい可能性がある。
 実機例：運転制限によりDH濃度が通常より5 NmL/kg-H2O以上低下した例がある
が，明確な線量率低下は見られていない。

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1313

3.4 その他の因子と解析の試み(1/2)
 ① 理論：pH，DH影響は，ミクロな化学的作用が理解し易いが，プラントとしてバランスし，線量率全体に与える定量的積み上げは容易でない。

 ② 実機例（単相関）：米国では，停止時のRCP運転台数の影響調査など物理的な作用の解析の取り組みもあるが，多数の運転パラメータとの単相関解析は容易でない。
↓ (従来の限界の打破） ③ 実機統計解析：運転パラメータを列挙して多変量解析し，先に相関を見出し，従来の運転範囲で運転パラメータを最適化，後から相関の高い因子について，現象面からメカニズムを解析するアプローチが有効と考える。

腐食(CP生成)炉内付着・剥離pH(平均, 末期, 変化..)DHLiZn・・pH
DHLiZn・・© 2018 MITSUBISHI HEAVY INDUSTRIES, LTD. All Rights Reserved.

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炉外付着停止時除去

pH
DHLiZn・・pH
DH, H2O2Zn
RCP運転台数・・残留放射能1414

3.4 その他の因子と解析の試み(2/2)
多変量解析による線量率の予測解析は可能（試解析例 図10）
（実測値の数に対して，考慮すべき因子数が多いため，一般的な解析は不可であり， 統計学に基づき開発した解析ツール，手作業による試行錯誤方式の両面で試解析を実施。 実測にフィットする
解析式は出せるが，要因解析にはデータ数の拡大が必要）

変化率予測値

1.00

0.95
0.90
0.85
0.80
0.80

0.85

0.90

0.95

1.00

変化率実測値

図10 MHIにて開発した多変量解析ツールによる実プラントの試解析例（原子力以外のプラント解析への適用例あり）© 2018 MITSUBISHI HEAVY INDUSTRIES, LTD. All Rights Reserved.

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1515

4. まとめ 課題：サイクル毎の線量低下率は約－10～+40%で変動しており，未解明因子が存在 pH：pH管理手順は一定でも，サイクル毎のpHは大きく変動
 DH:正と負の作用が考えられ，DH影響は不明確
 今後の取り組みへの提言：理論や実機の単相関解析に代わり多変量解析を提案この方法であれば，2, 3年で実機運転への反映，その後の持続的な改良，長期的には規格の改定などを含めた抜本的な改定が可能であると期待する。

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