再処理溶液中における各種金属材料の耐食性

Corrosion performance of metal materials in reprocessing solution of spent nuclear fuel

武田 誠一郎; 小泉 務; 永井 崇之  ; 竹内 正行 ; 加藤 利弘*; 川野邊 一則*; 藤咲 和彦*

Takeda, Seiichiro; not registered; not registered; not registered; Kato, Toshihiro*; not registered; Fujisaku, Kazuhiko*

供用中における材料の寿命延長を目的として、使用済核燃料再処理用装置材料の耐食性について調査した。本内容では特に、腐食環境因子である再処理溶液の腐食活性を焦点として調査が進められた。まず、純硝酸系を対象として、R-SUS304ULC、R-SUS310Nb、Ti、Ti-5Ta、Zrに代表される装置材料の基本的な腐食挙動を調査した。その結果をふまえて、実際の再処理溶液を用いた腐食評価を実施した。試験結果の要約を以下に示す。(1)腐食に対するウラン、プルトニウムの影響に関して、高次のプルトニウムはステンレス鋼の腐食を促進することが分かり、ウランに関して腐食への影響はなかった。プルトニウムが腐食を促進する要因は腐食電位が貴側に移行することによる過不働態溶解であると考えられる。さらに、この腐食電位の移行はPuの還元反応に基づく材料表面上のカソード電流の増加が作用しているものと考えられる。(2)FP元素に関しては、高濃度のルテニウムがステンレス鋼の腐食を加速させる。他のFP元素について、腐食への影響は認められなかった。硝酸中へのルテニウムの添加によってステンレス鋼の腐食電位は貴側に移行する傾向を示しており、添加によってステンレス鋼の腐食電位は貴側に移行する傾向を示しており、この傾向はルテニウムによる材料表面でのカソード反応の促進が影響しているものと考えられる。(3)Ti、Ti-5Ta、Zrはプルトニウムおよびルテニウムの存在に関係なく、良好な耐食性を示した。特に、Ti、Ti-5Taは逆にそれら元素の共存によって、耐食性の向上が認められた。この点については、酸化剤として作用するプルトニウムおよびルテニウムによって、材料表面における酸化皮膜の化学的安定性が改善されるためと考えられる。(4)使用済核燃料溶解液中におけるステンレス鋼の腐食速度は純硝酸中よりも大きく、Ti、Ti-5Taは逆に純硝酸中の腐食速度が大きい。Zrについては、純硝酸、使用済核燃料溶解液間の腐食速度の違いは認められず、優れた耐食性を示した。(5)ステンレス鋼の腐食速度は線によってわずかながら増加した。この理由は、線によって反応抵抗が小さくなり、材料表面上の不働態保持電流が大きくなるためである。

Corrosion performance of materials used for nuclear fuel reprocessing plant was studied for the extension of their lifetime during in-service period. Research was performed focusing on characteristics of reprocessing solution which is very important corrosion factor on environmental side. In the first stage, fundamental corrosion behavior of several kinds of candidate materials such as 304ULC, 310Nb, Ti, Ti-5Ta and Zr was investigated in pure nitric acid solution. Then corrosion performance of such materials in reprocessing environment was made cleared by means of so-called hot test which is used actual reprocessing solution under radioactive conditions. The results are summarized as follows. (1) With regards to the effects of uranium and plutonium on corrosion, high valence plutonium (Pu(Ⅵ)) accelerated the corrosion of stainless steels in nitric acid, but uranium did not affect on them. It is caused by trans-passive dissolution based on the shift of corrosion potential to the noble position. It is thought that the potential shift is caused by increase of the cathodic current on the stainless steel surface due to the reduction of Pu(Ⅵ) to Pu(IV). (2) In fission product (FP) elements, ruthenium accelerated the corrosion of stainless steel in nitric acid when its concentration was comparatively high. Other FP's did not affect on them. The corrosion potential of stainless steel shifts toward noble region by adding ruthenium in nitric acid where high corrosion rates are exhibited. It is thought that the potential shift is caused by the enhancement of cathodic reactions on metal surface due to co-existence of ruthenium in nitric acid. (3) Ti, Ti-5Ta and Zr showed excellent corrosion resistance in nitric acid with and without Plutonium and ruthenium. Especially, Ti and Ti-5Ta showed the improvement of corrosion resistance by co-existing Plutonium or ruthenium. It was explained by chemical stability of surface oxide film due to plutonium or ruthenium oxidant.