放射線環境下での腐食データベース(受託研究)

佐藤 智徳; 端 邦樹; 加治 芳行; 上野 文義; 井上 博之*; 田口 光正*; 清藤 一*; 多田 英司*; 阿部 博志*; 秋山 英二*; et al.

JAEA-Review 2021-001, 123 Pages, 2021/06

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福島第一原子力発電所(以下、1Fという)の廃止措置の着実な推進を考えた場合、様々な課題が存在するが、とりわけ40年にわたり廃止措置を安全かつ継続的に進めるためには、経年的に劣化が進む構造材料の腐食を抑制することが重要である。しかしながら、腐食反応を律速する環境要因に関しては、現状十分にデータが得られている訳ではなく、また、作業の進展に伴い時々刻々と変化し得る。そこで、本研究では、放射線環境下での腐食トラブルの発生可能性、対策等を議論するうえで有用な情報である、ラジオリシスおよび放射線照射下での腐食試験データを、データベースとしてまとめた。さらに、公開されているラジオリシスデータおよび、腐食データに含まれない、1Fの廃止措置で必要となることが想定されるラジオリシスデータと構造材料の腐食データを取得した。

英知事業「放射線環境下での腐食データベースの構築」の概要

加治 芳行; 佐藤 智徳; 端 邦樹; 井上 博之*; 田口 光正*; 清藤 一*; 多田 英司*; 阿部 博志*; 秋山 英二*; 鈴木 俊一*

no journal, , 

東京電力福島第一原子力発電所(1F)のプラント材料の腐食劣化のリスクは時間の経過や廃止措置による環境変化に伴い増大することから、本事業において、1Fにおいて想定される放射線環境下での腐食及びラジオリシスデータベースを構築する。本発表では、本事業の概要について述べる。

放射線環境下での腐食データベースの構築,2; ラジオリシスデータセット整備およびデータベース化

端 邦樹; 佐藤 智徳; 加治 芳行; 井上 博之*; 田口 光正*; 清藤 一*; 多田 英司*; 阿部 博志*; 秋山 英二*; 鈴木 俊一*

no journal, , 

放射線場にある福島第一原子力発電所(1F)建屋内滞留水中の構造材料の腐食環境の予測には、当該環境でのラジオリシス現象の把握が重要である。本研究では、照射下腐食に関する既往研究のデータの調査を進めるとともに、滞留水中に存在しうる特定の化学種を含む水溶液のラジオリシスデータの取得を行っている。既往研究では、大気飽和と比べAr飽和及びN飽和条件で照射下の腐食速度が減少すること、またN飽和のほうがAr飽和より腐食速度が高くなること等が報告されている。現在1F炉内はNパージされているが、このような状態が長期間継続されることによる影響について適切に予測するため、N飽和下でのラジオリシス現象の解明が必要である。Feイオンを含む水溶液のラジオリシスでは、線照射実験を行い、HO等の生成物の濃度やpHの変化を測定した。照射に伴い水質が酸性に変化することや、HOやHの生成量がFeイオン添加により増加すること等を示した。今後、ラジオリシスシミュレーションとの比較を行い、Feイオンのラジオリシスにおける化学反応データセットを確立させることを目指す。

放射線環境下での腐食データベースの構築,3; ガンマ線照射下腐食試験環境の整備と炭素鋼の脱不働態化におよぼすガンマ線照射の影響評価

佐藤 智徳; 田口 光正*; 清藤 一*; 多田 英司*; 井上 博之*; 阿部 博志*; 秋山 英二*; 鈴木 俊一*; 端 邦樹; 加治 芳行

no journal, , 

照射下腐食に関するデータベース構築のためには、照射下試験によるデータ取得が不可欠である。そこで、量子科学技術研究開発機構高崎量子応用研究所において、照射下腐食試験を実施できる環境の整備を実施した。腐食試験においては、主要な環境パラメータとして、温度, 溶存酸素濃度, pH, 導電率などが影響する。そこで、これらのパラメータを制御した照射下腐食試験が可能なガンマ線照射場を整備した。再臨界防止として利用が検討されているホウ酸塩は、水中に高濃度で添加すると、炭素鋼の不働態化を引き起こし、それにより炭素鋼の全面腐食を抑制するが、一方で、脱不働態化による局部腐食発生のリスクがある。この脱不働態化におけるガンマ線照射の影響を明らかにするために、ガンマ線照射下でのホウ酸塩と塩化物イオン共存条件下での炭素鋼の腐食試験を実施した。ホウ酸塩濃度, 塩化物イオン濃度とガンマ線照射強度をパラメータとして、炭素鋼の不働態化挙動を評価し、さらに、ホウ酸塩濃度, 塩化物イオン濃度, 照射強度を評価軸とした局部腐食発生特性を評価した。

放射線環境下での腐食データベースの構築,2; 炉内滞留水環境を考慮したラジオリシスデータセットの構築

端 邦樹; 佐藤 智徳; 加治 芳行; 井上 博之*; 田口 光正*; 清藤 一*; 多田 英司*; 阿部 博志*; 秋山 英二*; 鈴木 俊一*

no journal, , 

福島第一原子力発電所の廃炉作業を安全かつ効率的に進めるにあたり、原子炉構造材料の腐食量を適切に把握することは重要である。本研究では、炉内滞留水中の不純物及び放射線が格納容器等の構造材料の腐食に与える影響を予測するためのツールとして、ラジオリシスデータセットの整備を進めている。照射下での化学的挙動の既往知見が少ないFeイオンを対象とし、ラジオリシス実験及びシミュレーションによりデータセットの検証を行ったところ、過酸化水素の生成量のシミュレーション結果が実験結果より小さく見積もられることが分かった。個々の化学反応のシミュレーション結果への寄与について調べたところ、鉄イオン(Fe)と過酸化水素(HO)の反応等の複数の反応について、速度定数の変化がシミュレーション結果に大きく影響を与えることが示された。これらの化学反応の速度定数を適切に評価することの重要性が示唆された。

放射線環境下での腐食データベースを用いた腐食環境解析

佐藤 智徳; 端 邦樹; 加治 芳行; 井上 博之*; 田口 光正*; 清藤 一*; 多田 英司*; 阿部 博志*; 秋山 英二*

no journal, , 

放射線環境下での腐食データベースのラジオリシスデータベースを用いて、照射環境下での腐食環境解析を実施した。溶存酸素濃度が過酸化水素生成の支配因子の1つであり、これを制御することで放射線環境下での過酸化水素濃度も制御可能である。また、不純物イオンのラジオリシスへの影響を解析評価した結果、Clは10mol/L、Brは10mol/L、HCOは10mol/L以下まで低減することで、影響を無視できることが推定された。

放射性同位体Cl-36を用いたステンレス鋼腐食すき間部の塩化物の可視化

青木 聡; 阿部 陽介; 阿部 博志*; 渡邉 豊*; 山本 正弘*

no journal, , 

本研究は、放射性同位体Cl-36をトレーサ(追跡子)として用いステンレス鋼の腐食すき間部の塩化物を可視化することを目的とした。腐食すき間部に付着したCl-36が放出するベータ線によるイメージングプレートの発光を画像形成することで、腐食すき間部の塩化物の可視化に成功した。72時間腐食試験では、発光部は試験面の腐食部とおおよそ一致していたことから、塩化物がすき間内の腐食部に濃化していたと考えられる。72時間腐食試験後360時間純水放置した試験では、発光部の面積は試験面の腐食部に比べ小さかったが、局所的に高い明るさを示す箇所が観察された。SEM観察の結果、そのような箇所ではすき間腐食が深く進展した様子が認められた。これらのことから本試験条件では成長しているすき間腐食の進展は止まらなかったと考えられる。