JP 4496361 B2 2010.7.7(57)【 特 許 請 求 の 範 囲 】【請求項１】
空気圧縮器、Ｎ２ 発生器及びタンクを有するガス供給器と、ＳｉＣ製保持体、当該ＳｉＣ保持体内に保持されているＡｌ２ Ｏ３ 製坩堝、当該Ａｌ２Ｏ３ 製坩堝内に保持されているＡｇ製メッシュ、当該Ａｌ２ Ｏ３ 製坩堝の下流に設けられているＳｉＣ製縮小部を具備し、さらにＮ２ ガス及びＡｌ２ Ｏ３ 製坩堝を加熱することができる２個の加熱器を有するＡｇ蒸発器と、フィルター、当該フィルターの下流にある被覆試験片セクション、及び加熱器を有するフィルター試験セクションと、を具備し、10

当該Ａｇ蒸発器においてＡｇ蒸気を発生させ、当該Ａｇ蒸気を当該ガス供給器からのＮ２ガスと共に当該フィルター試験セクションに送り、当該フィルター試験セクションの当該フィルターを通過させ、当該被覆試験片セクションに原子炉内を模擬する希薄なＡｇ蒸気を含む８００℃以上の高温混合ガス雰囲気を形成させる原子炉内放射性核種プレートアウト模擬試験装置。
【請求項２】
前記フィルター試験セクションの下流に、フィルタートラップを具備する冷却セクションをさらに設け、当該試験セクションのフィルターを通過したＡｇ蒸気を冷却・凝縮させた後に回収する、請求項１に記載の原子炉内放射性核種プレートアウト模擬試験装置。
【請求項３】20

(2)JP 4496361 B2 2010.7.7

前記Ａｇ蒸発器出口、並びに前記フィルター試験セクションの入口、フィルター、中央部及び頂部に、Ａｇガスサンプリング位置が設けられている、請求項１に記載の原子炉内放射性核種プレートアウト模擬試験装置。
【請求項４】
前記冷却セクションの冷却器及びフィルタートラップに、Ａｇガスサンプリング位置が設けられている、請求項２に記載の原子炉内放射性核種プレートアウト模擬試験装置。
【請求項５】
請求項１に記載の原子炉内放射性核種プレートアウト模擬試験装置を用いてＡｇ蒸気を発生させる原子炉内放射性核種プレートアウト模擬試験方法であって、前記Ａｇ蒸発器内でＮ２ ガス及び前記Ａｇ製メッシュを加熱してＡｇ蒸気を発生させ、10発生したＡｇ蒸気を前記ガス供給器からのＮ２ ガスに混入させ、前記ＳｉＣ製縮小部を通過させてＮ２ ガス中Ａｇ蒸気を均一拡散させ、次いで、前記フィルター試験セクションに供給し、前記フィルター試験セクション内に設置されたフィルターによりＡｇ蒸気を濾過してさらに微細化し、前記被覆試験片セクションに原子炉内を模擬する希薄なＡｇ蒸気を含む８００℃以上の高温混合ガス雰囲気を形成させ、前記試験片に対するＡｇ蒸気の凝着・付着を測定する、原子炉内放射性核種プレートアウト模擬試験方法。
【請求項６】
請求項２に記載の原子炉内放射性核種プレートアウト模擬試験装置を用いてＡｇ蒸気を発生させる原子炉内放射性核種プレートアウト模擬試験方法であって、前記試験セクションにおいて試験片に凝着・付着されなかった残りのＡｇ蒸気を含むガ20スを前記冷却セクションに導出して、Ａｇ蒸気を冷却・凝縮し、前記フィルタートラップにて回収する、原子炉内放射性核種プレートアウト模擬試験方法。
【発明の詳細な説明】【０００１】【発明の属する技術分野】
本発明は、核分裂より生じた放射性核種（ＦＰ）が凝着・付着（プレートアウト）しても、ＦＰとの化学反応も生じることのない、Ｎｉ基耐熱合金表面に形成された耐熱セラミック被覆膜に関するものである。即ち、本発明のセラミックス薄膜からなる被覆層は緻密で凹凸がないので、ＦＰが被覆層に凝着・付着することが少なく、又凝着・付着しても被覆層を浸透して合金材中に拡散することがなく、更に又凝着・付着しても被覆層と反応する

30ことがないものである。かかる被覆膜は、ＦＰの発生する原子力産業だけでなく、一般産業、民生分野等の広範囲での利用が可能である。
【０００２】【従来の技術】
原子炉から発生するＦＰ（例えば、1 1 0 m Ａｇ、1 3 7 Ｃｓ、( 1 3 1 + 1 3 3 ) Ｉ等の核分裂により生じた放射性核種）は、原子炉冷却用の約９００℃のヘリウム冷却材中を極めて希薄な濃度で流れている。これらは、原子炉構造体表面温度が９００℃以上と高いため、構造体表面中に拡散しやすく、しかも原子炉には配管や熱交換器等の反応表面積の大きな低温構造体があるため、それらの材料表面にＦＰがプレートアウトし易い。
【０００３】40

又、高温ガス炉用の従来のガスタービンの被覆技術では、溶射法によって、基材、中間セラミックス材及び表面セラミックス材からなる三層構造の被覆層としてガスタービンブレード等に数ｍｍの厚みで吹き付けるのが一般的であった。この溶射法による被覆層では、分子、原子級のＦＰ元素がタービンブレードに付着するのを防止することができなかった。
【０００４】【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これら分子、原子状態のＦＰの吸着や拡散の高温における防止策はなかった。そのため、これらの機器の保守点検時には、作業員のＦＰによる被曝が問題となっていた。又、２００℃以下の場合には、紙やチフロン製のフィルターによりＦＰの除去が現50

(3)JP 4496361 B2 2010.7.7

行技術で行われている。
【０００５】【課題を解決するための手段】
本発明は、８００℃以上の高温場における希薄なＦＰの凝着・付着に基づく反応や拡散による構造体表面へのプレートアウトを防止することである。即ち、本発明においては、Ｎｉ基耐熱合金材料表面に極めて緻密で均一なセラミックス薄膜の被覆層を形成させることにより、ＦＰが合金材料表面に凝着・付着されても、ＦＰの合金材料との化合物化及びその材料への拡散を防ぐことができる。
【０００６】
本発明のセラミックス被覆層は、緻密性で、凹凸のない（数ナノｍ級の平坦度である）均10

一組織のものであるので、分子、原子級のＦＰの凝着・付着を防止することができるものである。これに対し、従来の被覆層では、ＦＰ蒸気が被覆層の気孔等を通過して基材合金と反応したり、また表面に凹凸がであるためにＦＲが付着してしまう。
【０００７】【発明の実施の形態】
図１に、Ａｌ2 Ｏ3 をＮｉ基耐熱合金に被覆した試験片に対して加熱冷却を繰り返した際に、その被覆膜に亀裂又は剥離が発生した時の繰返し回数が示されている。即ち、図１は、セラミックス被覆材の繰り返し熱衝撃試験の結果である。これによると、加熱冷却間の温度差が少ない程繰り返し回数が高いことが示されている。
【０００８】

20

図２に、ＦＰプレートアウト試験装置が示される。この試験装置は、ガス供給器（１）、Ａｇ蒸発器（２）、フィルター試験セクション（３）及び冷却セクション（４）から構成されている。ガス供給器（１）は、空気圧縮器、Ｎ2 発生器及びタンクから構成され、空気圧縮器からの空気がＮ2 発生器において窒素と酸素に分離され、分離された窒素がタンクに貯蔵される。Ａｇ蒸発器（２）では、るつぼに設置されたＡｇ製メッシュが加熱器で加熱され、Ａｇ蒸気が発生され、ガス供給器からのＮ2 ガスに混合される。
【０００９】
フィルター試験セクション（３）には、Ａｇ付着量のサンプリング位置として、Ａｇ蒸発器出口♯１、フィルター試験セクションの入口♯２、そのセクションの底部♯３、フィルター１、フィルター試験セクションの中央♯４、フィルター２、フィルター試験セクショ

30ンの頂部♯５、冷却器♯６、及びフィルタートラップ♯７が設置されている。
【００１０】
図２において、加熱器１及び２を備えたＡｇ蒸発器（２）内で、Ａｇが加熱され、発生したＡｇ蒸気が、ガス供給器（１）からのＮ2 ガスにより、フィルター試験セクション（３）に供給され、その内部の上記各サンプリング位置で付着する。フィルター試験セクションを出たガスは、冷却器１、冷却器２及びフィルタートラップにおいて冷却され、Ａｇ蒸気を冷却、凝縮、回収した後に放出される。
【００１１】
図３には、Ａｇ蒸発器の内部構造が示されており、ハステロイ合金製の耐熱管内にるつぼ保持体が挿入され、その保持体内部のるつぼ内にＡｇメッシュが配置され、加熱器により40加熱されてＡｇ蒸発を生し、Ａｇ蒸気はガス供給器からのＮ2 ガスによりフィルター試験セクションに供給される。
【００１２】
図４に、Ｎｉ基耐熱合金片に耐熱セラミック被覆を施した試験片の配置される試験セクシ
ョンの内部構造を示している。被覆試験片がフィルター上に配置され、これにＡｇ蒸気含有Ｎ2 ガスが下方から上方に通され、その試験片へのＡｇのプレートアウト試験が行われる。
【００１３】
表２には、図２のＦＰプレートアウト試験装置内にＮｉ基耐熱合金片に耐熱セラミック被覆を施した試験片を配置し、その試験片にＡｇ蒸気含有ガスを流した際に、その試験装置50(4)JP 4496361 B2 2010.7.7の種々の位置におけるＡｇの付着捕集量が示されている。それによると、例えは、試験１においては、Ｎ2 ガス温度が１０８３Ｋである場合、Ａｇメッシュの損失量が２０６μｇ
で あ り 、 こ れ に 対 し 装 置 内 の 蒸 発 器 出 口 #１ 等 に 沈 着 捕 集 さ れ た Ａ ｇ の 全 量 は １ ８ ４ ． ９μｇであり、その殆どが装置内部に付着捕集されていることが分かる。しかも、ガス出口#７ か ら 放 出 さ れ る Ａ ｇ は １ ． ２ μ ｇ で あ る 。 し た が っ て 、 装 置 外 に 放 出 さ れ る Ａ ｇ は 極わずかであるのが判明した。
【００１４】【表２】102030【００１５】【実施例】（ア）薄膜製膜試験
表１の組成のＮｉ基耐熱合金基板表面に、イオンプレーティングによりアルミナ又はジルコ ニ ア 薄 膜 を 蒸 着 さ せ た 。 イ オ ン プ レ ー テ ィ ン グ 条 件 は 3.5× 10 5 Ｐ ａ 以 下 の 真 空 中 の 真 空チャンバー内で６点ハース電子銃蒸発源により基板温度６７３Ｋにて実施した（電子銃からのビームを蒸発用ターゲット材に照射して加熱蒸発させて基板に蒸着させた）。
【００１６】

40【表１】【００１７】
Ｎｉ基耐熱合金基板表面上に上記イオンプレーティングによりアルミナ又はジルコニア薄膜を形成した被覆試験片を得た。その被覆膜は、透明であるが、空気中で８００℃に加熱することにより酸化被膜が形成して黒ずんだ。

50

(5)

JP 4496361 B2 2010.7.7【００１８】（イ）熱衝撃試験得られた上記被覆試験片を８００℃で加熱後、水中投下させる熱衝撃試験を行った。この
熱衝撃試験を繰り返し行った揚合に被覆膜に亀裂や剥離の生じる繰り返し回数と加熱冷却温度差との関係を図１に示す。アルミナ被覆の揚合、熱衝撃特性がかなり優れていることが分かった。
【００１９】（ウ）模擬ＦＰプレートアウト試験
希薄濃度の銀蒸気を高温ガス中に発生させて原子炉システム内のＦＰのプレートアウトを模擬し、被覆試験片のプレートアウト防止効果を調べた。図２に試験装置全休の概念図、

10

図 ３ に 銀 蒸 気 発 生 部 を 示 し 、 そ し て 図 3に 銀 蒸 気 発 生 部 に お い て 銀 メ ッ シ ュ を セ ラ ミ ッ クス坩堝に入れて加熱する状態を示す。図４に被覆試験片のフィルター試験セクションの収納部構造を示す。
【００２０】
表２に試験装置部（セクション）における銀蒸気のプレートアウト状況を示す。表３に被覆試験片の銀蒸気のプレートアウト状況をまとめた。アルミナ被覆材においては、熱衝撃サイクルによる亀裂が原因でプレートアウトが認められるものの、そうでない場合は非被覆材共にプレートアウトは生じない。
【００２１】【表３】2030【００２２】【発明の効果】
本発明は、耐熱金属表面に緻密で均一な耐熱被覆ができることから、強酸を扱う化学プラントの酸化防止や衝撃緩和のための被覆技術として、時計や食器への被覆などの極めて波及効果が高い技術である。
【図面の簡単な説明】【図１】被覆膜に亀裂や剥離の生じる繰り返し回数と加熱冷却温度差との関係を示す図である。
【図２】模擬ＦＰプレートアウト試験装置の概念図を示す図である。
【図３】試験装置内の銀蒸気発生部及び銀メッシュをセラミックス坩堝にいれた状態を示す図である。
【図４】被覆試験体試験加熱部を示す図である。

40

(6)
【図１】

【図２】

【図３】

【図４】

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(7)JP 4496361 B2 2010.7.7

フロントページの続き(51)Int.Cl.

ＦＩＣ２３Ｃ 30/00

Ｃ(74)代理人 100093713
弁理士 神田 藤博(74)代理人 100091063
弁理士 田中 英夫(74)代理人 100102727
弁理士 細川 伸哉(74)代理人 100117813
弁理士 深澤 憲広(74)代理人 100123548
弁理士 平山 晃二(72)発明者 石山 新太郎
茨城県東茨城郡大洗町成田町字新堀３６０７番地 日本原子力研究所 大洗研究所内審査官 若土 雅之(56)参考文献 特開昭５５−１５８２６４（ＪＰ，Ａ）
特開昭６３−０６２８６８（ＪＰ，Ａ）
D. E. Meyer and G. W. White，Ion‑plated thick films of Al2O3 on stainless steels and I
nconel，Thin Solid Films，スイス，Elsevier Sequoia S. A. ，１９７７年，Vol. 40，pp. 31
9‑326(58)調査した分野(Int.Cl.，ＤＢ名)
G21D

1/00

C23C 14/00‑14/58
C22C 19/03
G21F

9/00