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報告書

硝酸プルトニウム溶液デノ核種金属材料の耐食性(第5報)-ステンレス鋼の腐食に及ぼすプルトニウム原子価の影響ー

竹内 正行; 石橋 祐三; 大橋 和夫; 永井 崇之; 武田 誠一郎; 山本 一也

PNC-TN8410 98-063, 48 Pages, 1997/12

PNC-TN8410-98-063.pdf:1.74MB

(目的)再処理溶液中に存在する特有の金属種として、プルトニウムに着目し、硝酸プルトニウム溶液環境中でのステンレス鋼材料の腐食挙動について調査する。(方法)硝酸プルトニウム溶液を試験液に、R-SUS304ULCを供試材に使用し、材料浸漬試験、電気化学試験、吸光光度法による溶液中プルトニウムのin-situ原子価分析を東海事業所高レベル放射性物質研究施設で実施した。浸漬試験後の供試材は放射能測定による表面付着量の評価を行った後に、動燃大洗工学センターの照射燃料集合体試験施設において、詳細な材料表面分析を実施した。(結果)(1)硝酸中に共存するプルトニウムはステンレス鋼の腐食を促進する方向に作用し、過不働態腐食に帰属する粒界選択型の腐食形態が観察された。(2)イオンマイクロアナライザおよびX線マイクロアナライザによる分析結果から、浸漬試験片表面にプルトニウムは検出されなかった。(3)電気化学試験結果から、溶液温度が上昇するにつれて、R-SUS304ULCの腐食電位はより貴になり、不働態から過不働態域に移行する傾向を示した。また、その時のアノード電流密度は腐食速度を反映し、増大する傾向を示した。(4)溶液中プルトニウムのin-situ原子価分析結果より、当該環境(硝酸濃度3M,Pu濃度10g/l)では、313$$sim$$343K(40$$sim$$70$$^{circ}C$$)からプルトニウム(VI)が酸化生成する傾向が認められた。(結論)プルトニウムの影響によって進行するステンレス鋼の過不働態腐食は、材料表面におけるプルトニウムの還元反応(VI$$rightarrow$$IV)と密接に関連するものと考えられる。また、酸化剤として作用するプルトニウム(VI)は本溶液環境において、温度の影響を受け、硝酸によって酸化されることで生成することが分かった。

報告書

硝酸溶液中でのクロム酸化反応とステンレス鋼の腐食加速機構

竹内 正行; 川野邉 一則*; 永井 崇之; 大橋 和夫; 武田 誠一郎

PNC-TN8410 97-104, 56 Pages, 1997/04

PNC-TN8410-97-104.pdf:2.1MB

(目的)再処理溶液中に腐食生成物として存在するクロム(以下,「Cr」という)を対象に,ステンレス鋼の腐食に与える影響および粒界選択型の腐食加速機構について調査し,特に影響の大きいCr(6)の酸化生成条件等を中心に検討する。(方法)ステンレス鋼の腐食に与えるCrの影響を評価する手法として,材料浸漬試験および電気化学試験を行った。また,粒界腐食の要因とされる微量元素の粒界偏析に関しては,オージェ電子分光法により粒表面および粒界の組成を比較することで評価した。さらに,Crの酸化反応条件について検討するため,硝酸濃度,溶液温度をパラメータとしたCr(3)共存溶液の加熱試験を実施するとともに,溶液のPt電位測定および試験後におけるCr(6)の定量分析等を行った。(結果)本試験の結果から,得られた主な知見を以下に示す。(1)浸漬試験および電気化学試験結果から,同じ元素種でも,Cr(3)に比較して,Cr(6)の共存環境ではステンレス鋼の腐食電位が高電位側に移行し,粒界腐食を伴う腐食速度の著しい増加が認められた。(2)粒界腐食機構の要因とされる微量元素の粒界偏析については,オージェ電子分光法による測定では観察できなかった。(3)180時間程度の加熱試験結果から,沸点の条件では,酸化生成したCr(6)が硝酸濃度4M以上で定量的に検出された。(4)非破壊吸光光度法によるCrを指標としたステンレス鋼の腐食モニタリングで得られた腐食速度は腐食減少量からの算出値より低い値が得られた。(結論)ステンレス鋼の腐食に対するCrの影響はCr(3)に比べて、Cr(6)の共存環境で顕著である。この要因は硝酸よりもポテンシャルの高いCr(6)の酸化作用にあり,Cr(6)は高温,高濃度硝酸環境で酸化生成する可能性が示唆された。

報告書

腐食生成物堆積下における炭素鋼オーバーパックの腐食挙動の研究(平成5年度)

not registered

PNC-TJ1602 94-002, 33 Pages, 1994/03

PNC-TJ1602-94-002.pdf:0.48MB

高レベル放射性廃棄物の地層処分用容器材料として炭素鋼を使用する場合を想定して、同鋼の長期耐食性を評価しうる方法を検討する。低速ではあるがとにかく進行する腐食について少なくとも1000年という長期の挙動を予測しうる合理的方法として、炭素鋼/腐食生成物/緩衝材/地下水、という系において、n年分の腐食生成物をあらかじめ与えることによりn年後の状態をつくり、$$Delta$$n年間の腐食試験実施によって、n$$sim$$$$Delta$$n年間の腐食挙動を調べることを考え、昨年度より評価を進めている。腐食挙動の調査において、腐食速度の情報が必要なことはいうまでもないが、広い鋼表面範囲にわたる平均値ではなく、場所毎の値、換言すれば腐食の不均一性に関する情報が不可欠である。通常の腐食系では金属試片は水溶液中に存在するのに比較して、本処分環境では金属/地下水-間に腐食生成物+ベントナイトという厚い固形層が介在する。このような系で、実時間的に腐食情報をうるために炭素鋼試片を分割する方法を採用している。二つの互いに絶縁された試片の組により、a)交流インピーダンス法による腐食速度の測定、b)両者の短絡電流による不均一性の評価、さらにc)塩橋を加えての電位、電流測定、が可能である。昨年度は上述のb)について検討した。本年度はa)およびc)について測定の可能性を検討した。

報告書

腐食生成物堆積下における炭素鋼の腐食挙動の研究

辻川 茂男*

PNC-TJ1602 93-003, 22 Pages, 1993/03

PNC-TJ1602-93-003.pdf:0.37MB

高レベル放射廃棄物の地層処分用容器材料として炭素鋼を使用する場合を想定して、同鋼の長期耐食性を評価しうる方法を検討する。低速ではあるがとにかく進行する腐食について少なくとも1,000年という長期の挙動を予測しうる合理的方法として、炭素鋼/腐食生成物/緩衝材/地下水、という系において、n年分の腐食生成物をあらかじめ与えることによりn年後の状態をつくり、$$Delta$$n年間の腐食試験実施によって、n$$sim$$$$Delta$$n年間の腐食挙動を調べることを考える。腐食挙動の調査において、腐食速度の情報が必要なことはいうまでもないが、広い鋼表面範囲にわたる平均値ではなく、場所毎の値、換言すれば腐食の不均一性に関する情報が不可欠である。通常の腐食系では金属試片は水溶液中に存在するのに比較して、本処分環境では金属/地下水-間に腐食生成物+ベントナイトという厚い固形層が介在する。このような系で、実時間的に腐食情報をうるために炭素鋼試片を分割する方法を企画した(表1)。二つの互いに絶縁された試片の組により、a)インピーダンス法による腐食速度の測定、b)両者の短絡電流による不均一性の評価、さらにc)塩橋を加えての電位、電流測定、が可能である。本年度は上述のb)、c)について測定の可能性を検討した。

報告書

オーバーパック候補材料の腐食に関する個別現象モデルの研究

not registered

PNC-TJ1560 93-001, 60 Pages, 1993/03

PNC-TJ1560-93-001.pdf:1.64MB

これまで動燃事業団が実施してきたオーバーパックに関する研究成果についてレビューし評価を行ったのに引き続き、腐食防食協会の中に専門家による委員会を継続した。腐食科学の観点から、材料選定の考え方、実験方法、寿命評価手法など、より具体的な指針として役立てるべく、個別現象解析モデルの研究をおこなった。本書が、今後の研究開発の過程で利用され、オーバーパックに関する研究に役立つことを期待するものである。

報告書

炭素鋼オーバーパッックの還元条件下の腐食挙動に関する研究

松田 文夫*; 和田 隆太郎*; 中山 準平*; 藤原 和雄*; 笹川 薫*; 泊里 治夫*

PNC-TJ1058 91-012, 335 Pages, 1991/09

PNC-TJ1058-91-012.pdf:8.63MB

本研究は、高レベル放射性廃棄物地層処分技術開発の一環として、オーバーパック候補材料である炭素鋼の腐食に伴う化学的環境変化のモデル化に関する検討、及び炭素鋼の腐食機構の解明および腐食速度の定量化に係る腐食試験,評価を行った。1. 炭素鋼の腐食に伴う化学的環境変化のモデル化に関する検討炭素鋼の電気化学試験結果を引用し、ニアフィールドの化学的環境変化を推定するために必要なモデル(全面腐食モデル)を検討した。2. 炭素鋼の腐食機構の解明および腐食速度の定量化に関する研究(1) 環境条件をモニタリングした浸漬腐食試験1. 高純度N2吹き込み条件下の溶液中でも0.2$$sim$$0.3ppmの溶存酸素が検出された。2. 吹き込みガス中に酸素が含まれる場合には、ヘンリーの法則から算出されるよりもやや大きめの溶液中の溶存酸素が検出された。(2) 還元条件下の電気化学試験1. 高純度N2吹き込み条件下の自然浸漬電位は単純浸漬系では経時的に著しく上昇し、緩衝材共存系では著しい上昇は認められない。2. 腐食反応は浸漬当初は陰極の水素放電反応により律速されるが、長期浸漬後は陽極の鉄溶解反応により律速されることが判った。(3) 腐食進展速度の実験式の評価1. 酸化性期間は、最大侵食深さYと平均侵食深さXの関係式がいずれの試験条件においてもY=110$$times$$X1/2で整理される。2. 極低溶存酸素濃度に相当する還元性期間は、短期間の試験では数$$mu$$m$$sim$$数10$$mu$$m/年の全面腐食速度が評価されており、経時的には著しく減少することが観察されている。

口頭

塩水環境におけるベントナイト共存下での炭素鋼の電気化学的挙動

北山 彩水; 谷口 直樹; 三ツ井 誠一郎

no journal, , 

オーバーパックは周囲をベントナイトで囲んだ状態で処分施設に定置される。近年検討がなされている沿岸海底下における地層処分で想定される地下水には炭素鋼製オーバーパックの不働態化条件に影響を与える化学種が存在すると考えられる。よって、本研究では海水に類似する地下水及びこれと降水起源の地下水が混合したような組成をもつ溶液を用いて分極測定を行い、ベントナイト中における炭素鋼の不働態化挙動を調査するとともに、分極曲線から浸漬初期における腐食速度を求めた。

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