軽水炉利用高度化に対応した線量率低減技術の開発－酸化チタン適用時の放射能付着に対する水質影響－
東芝エネルギーシステムズ株式会社
中部電力株式会社〇柴崎 理、原 宇広、洞山 祐介、青井 洋美
稲垣 博光

日本原子力学会 水化学部会報© 2020 Toshiba Energy Systems & Solutions Corporation

１．背景 BWRにおける被ばく線量低減は重要な課題である。一方で、被ばく低減対策やSCC抑制対策として新たな水化学技術（酸化チタン、貴金属、亜鉛注入 等）の導入が求められる。
 水化学技術はプラントの固有性が強く影響するためプラント毎にモデルで評価したうえで最適な線量率低減技術を提案する必要がある。
 既存モデルでは再現しきれない事象が増加しているため新たな水化学に対応可能な評価モデルへ改良する必要がある。

モデル改良の一環としてパラメータ影響評価のためのデータを新たに取得しモデル評価の精度向上をめざす。
出典：根岸ら「軽水炉利用高度化に対応した線量率低減技術の開発(5）酸化チタン適用時の放射能付着量評価」 原子力学会2019秋の大会© 2020 Toshiba Energy Systems & Solutions Corporation22. 目的
金属発生・移行挙動
放射能発生・移行挙動
炉心

給水
持込

酸化チタン付着時のCo-60付着係数を取得

燃料クラッド

炉水

炉心外炉水浄化【目的】
SCC抑制対策である酸化チタン適用時の炉心外の放射能付着挙動を評価、Co-60付着係数取得に資する 出典：原子力学会2017秋の大会、洞山ら© 2020 Toshiba Energy Systems & Solutions Corporation33. 実施内容概要
 酸化チタン塗布試験片の放射能(Co-60)付着試験を実施【試験フロー】

 試験片に生成した皮膜を分離し各皮膜への放射能取込量を評価

前処理

受入材
プレフィルミング
酸化チタン塗布
放射能付着試験
酸化ﾁﾀﾝ/ｿﾌﾄｸﾗｯﾄﾞ層除去

皮膜分離

外層皮膜除去内層皮膜除去残留皮膜除去出典：矢板ら「軽水炉利用高度化に対応した線量率低減技術の開発(6）酸化チタン適用時の放射能付着量評価」 原子力学会2019秋の大会

皮膜除去材© 2020 Toshiba Energy Systems & Solutions Corporation

44. 試験条件 －水質条件、試験片－【水質条件】◆プレフィルミング◆放射能付着試験項目
温度 (℃)
圧力 (MPa)
処理時間 (h)条件280８500項目
温度 (℃)
圧力 (MPa)
処理時間 (h)条件280８500

Ni濃度 (ppb)
DO/DH/H2O2濃度(ppb)

0.2 , 2NWC:
140 / 5 /150

Ni濃度 (ppb)

0.2 , 2Zn濃度(ppb)

0,5DO/DH/H2O2濃度 (ppb)

NWC:140 / 5 /150
HWC: 10 /30/ 60【試験片】

Co-60濃度(Bq/cm3)

0.015

SUS316Lの板状試験片＜試験片形状＞

上記試験片の10×30 mmの二面にスプレー法で酸化チタンを塗布

出典：矢板ら「軽水炉利用高度化に対応した線量率低減技術の開発(6）酸化チタン適用時の放射能付着量評価」 原子力学会2019秋の大会© 2020 Toshiba Energy Systems & Solutions Corporation

54. 試験条件－試験マトリクス－
水素注入有無NWC

Ni濃度 (ppb)
Zn濃度(ppb)
TiO2量(μg/cm2)

0.2

HWC
2.00.22.005050505000000003030303030303030

100

100

100

100

100

100

100100

水素注入有無、Ni濃度、Zn注入有無、酸化チタン塗布量をパラメータとした試験を実施© 2020 Toshiba Energy Systems & Solutions Corporation

65. 皮膜分離方法【皮膜分離方法】①酸化ﾁﾀﾝ/ｿﾌﾄ
ｸﾗｯﾄﾞ層除去②外層皮膜除去
鉄主体酸化物
金属材料③内層皮膜除去
クロム酸化物

放射能付着試験後の想定皮膜構造④残留皮膜除去
残留した酸化物

除去対象

分離方法①酸化ﾁﾀﾝ (Ti層) 超音波洗浄/ｿﾌﾄｸﾗｯﾄﾞ(ｿﾌﾄ ) 付着物を超音波により剥離
ギ酸溶液中陰極電解
鉄主体酸化物を還元溶解・剥離
アルカリ過マンガン酸(AP)法③内層皮膜(内層)クロム主体酸化物を酸化溶解
クエン酸アンモニウム（AC）法④残留皮膜
残留酸化物をキレート溶解②外層皮膜(外層)

段階的皮膜分離操作【分析】・試験片：重量測定、放射能量測定(Ge)、XRD測定、外観・SEM観察
・皮膜分離回収物：溶解処理後元素分析(ICP-AES)、放射能量測定（Ge）
出典：矢板ら「軽水炉利用高度化に対応した線量率低減技術の開発(6）酸化チタン適用時の放射能付着量評価」 原子力学会2019秋の大会© 2020 Toshiba Energy Systems & Solutions Corporation

76. 結果 －各操作における試験片の外観観察(TiO 100μg/cm )－2

低Ni Znなし 低Ni Znあり

2高Ni Znなし 高Ni Znあり

受入材(AR)
プレフィルミング後TiO2 塗布後試験後
超音波洗浄後陰極電解後AP法処理後AC法処理後・超音波洗浄後、酸化チタン有無による外観上の顕著な差異なし© 2020 Toshiba Energy Systems & Solutions Corporation
・AC法処理後は、皮膜は全量除去

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6. 結果 －分離皮膜中の放射能量－TiO2量(μg/cm2)

・酸化チタンによる放射能付着量への影響
低Ni時：付着低減、高Ni・Zn注入時：付着増加・水質等条件による放射能付着量への影響が大© 2020 Toshiba Energy Systems & Solutions Corporation

96. 結果 －皮膜毎の主要金属量－Fe,Ni,Cr総量の範囲(TiO2あり,高Ni,Znあり除く)

TiO2量(μg/cm2)

放射能付着量と異なり、皮膜量は水質等条件による影響が小© 2020 Toshiba Energy Systems & Solutions Corporation10

6. 結果 －皮膜毎の比放射能（NWC）－

TiO2:0μg/cm2

高Niの効果（）酸化チタンの効果（）
高Ni+酸化チタンの効果（

TiO2:100μg/cm2）

外層皮膜のCo-60付着抑制

酸化チタンによる放射能付着抑制効果
皮膜成長抑制ではなく、酸化チタン層より内部への放射能侵入を抑制する遮蔽効果と推察© 2020 Toshiba Energy Systems & Solutions Corporation

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6. 結果 －皮膜毎の比放射能（HWC）－

TiO2:0μg/cm2

高Niの効果（）酸化チタンの効果（）
高Ni+酸化チタンの効果（

TiO2:100μg/cm2）

外層皮膜のCo-60付着抑制

酸化チタンによる放射能付着抑制効果
皮膜成長抑制ではなく、酸化チタン層より内部への放射能侵入を抑制する遮蔽効果と推察© 2020 Toshiba Energy Systems & Solutions Corporation

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7. 考察－通常水質（NWC）でのステンレス鋼酸化皮膜－

酸化チ タ ン な し

低Ni条件（Ni 0.2ppb）

高Ni条件（Ni 2ppb）
外層（鉄酸化物）内層（クロム酸化物）

母材

母材

（基準）
酸化チタンあり

Zn
なし

Zn
あり

：Co-60酸化チタン層

母材

母材

母材

母材

Ni影響：高Ni条件で放射能付着量が低減される。
酸化チタン影響：低Ni条件の場合、放射能付着量が顕著に低減される。
Zn影響：酸化チタンと共存すると高Niの場合、放射能付着量が増加する。

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7. 考察－水素注入水質（HWC）でのステンレス鋼酸化皮膜－

酸化チ タ ン な し

低Ni条件（Ni 0.2ppb）

高Ni条件（Ni 2ppb）
外層（鉄酸化物）内層（クロム酸化物）

母材

酸化チタンあり

Zn
なし

Zn
あり

母材

：Co-60酸化チタン層

母材

母材

母材

母材

Ni影響：高Ni条件で放射能付着量が低減される。
酸化チタン影響：低Ni条件の場合、放射能付着量が顕著に低減される。
Zn影響：酸化チタンと共存すると高Niの場合、放射能付着量が増加する。

© 2020 Toshiba Energy Systems & Solutions Corporation148. 結言■水質条件と酸化チタンの有無をパラメータとしたステンレス鋼へのCo-60付着挙動評価を行い、以下の知見を得た。
どの水質条件においてもCo-60は外層に取り込まれやすい傾向にある。
酸化チタン付着により、外層へのCo-60の取込みを顕著に抑制することができる。
比放射能の結果から、上記抑制効果は酸化チタンによる皮膜成長抑制効果ではなく遮蔽効果によるものと推察される。

■今後の予定本試験で得られた評価結果は放射能付着評価モデルへ反映する。

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