国内PWR プラントの水化学の動向に関する調査報告書

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1 目 次 1 序 論 調 査 の 目 的 調 査 の 進 め 方 1 2 国 内 PWR プラントの 一 次 系 水 化 学 管 理 の 現 状 の 調 査 水 化 学 管 理 仕 様 の 技 術 的 背 景 PWR プラントの 一 次 冷 却 系 の 概 要 と 水 化 学 との 係 わり 線 量 率 低 減 原 子 炉 構 造 材 の 健 全 性 確 保 燃 料 被 覆 管 の 健 全 性 確 保 プラント 全 体 としてみた PWR 一 次 系 水 化 学 の 位 置 付 け 国 内 PWR プラントの 一 系 水 化 学 管 理 目 標 と 水 質 測 定 管 理 目 標 サンプリング 及 び 測 定 方 法 国 内 PWR プラントの 二 次 系 水 化 学 管 理 の 現 状 の 調 査 水 化 学 管 理 仕 様 の 技 術 的 背 景 PWR プラントの 二 次 冷 却 系 の 概 要 と 水 化 学 との 係 わり 蒸 気 発 生 器 の 健 全 性 確 保 二 次 系 機 器 の 健 全 性 確 保 プラント 全 体 としてみた PWR 二 次 系 水 化 学 の 位 置 付 け 国 内 PWR プラントの 二 次 系 水 化 学 管 理 目 標 と 水 質 測 定 管 理 目 標 サンプリング 及 び 測 定 方 法 66 4 国 内 PWR プラントの 水 化 学 管 理 の 変 遷 及 び 最 新 動 向 についての 調 査 炉 型 別 水 化 学 管 理 に 関 する 考 察 改 良 標 準 化 プラント APWR プラント 水 化 学 による 原 子 力 発 電 プラントの 安 全 性 及 び 信 頼 性 維 持 への 貢 献 これまでの 水 化 学 管 理 水 化 学 ロードマップ 線 量 率 低 減 更 なる 線 量 率 低 減 への 挑 戦 の 必 要 性 高 Li 濃 度 運 転 亜 鉛 注 入 濃 縮 ボロン 運 用..85 v v

2 4.4 原 子 炉 構 造 材 の 健 全 性 確 保 溶 存 水 素 濃 度 の 低 減 高 濃 度 亜 鉛 注 入 SG 伝 熱 管 健 全 性 確 保 二 次 系 配 管 の 減 肉 対 策 燃 料 被 覆 管 の 健 全 性 確 保 水 化 学 管 理 による 被 覆 管 の 健 全 性 確 保 対 策 燃 料 性 能 維 持 (AOA 対 策 ) 軽 水 炉 利 用 の 高 度 化 燃 料 高 度 化 及 び 高 経 年 化 プラントへの 対 応 との 関 連 軽 水 炉 利 用 の 高 度 化 との 関 連 燃 料 高 度 化 との 関 連 高 経 年 化 プラントへの 対 応 原 子 炉 安 全 及 び 放 射 線 安 全 への 関 連 事 項 の 抽 出 整 理 現 状 の 安 全 規 制 安 全 規 制 への 関 連 事 項 安 全 規 制 と 水 化 学 管 理 目 標 の 比 較 通 常 のプラントにおける 水 化 学 管 理 将 来 のプラント 水 化 学 管 理 まとめ.117 参 考 文 献.119 vi vi

3 [ 表 件 名 一 覧 ] 表 世 界 の 原 子 力 発 電 所... 5 表 原 子 炉 冷 却 材 に 要 求 される 性 質... 5 表 主 要 冷 却 材 の 比 較... 5 表 主 要 冷 却 材 の 核 特 性... 6 表 主 要 な 放 射 性 核 種 表 冷 却 水 と 線 量 率 の 相 互 作 用 表 構 造 材 と 冷 却 水 との 主 な 相 互 作 用 表 インコネル 600 と SUS304 の 腐 食 度 の ph 依 存 性 表 冷 却 水 と 燃 料 被 覆 材 の 相 互 作 用 表 冷 却 水 と 線 量 率 燃 料 及 び 構 造 材 の 健 全 性 との 関 係 (PWR 一 次 冷 却 系 ) 表 出 力 運 転 時 の PWR 一 次 冷 却 材 の 水 化 学 管 理 目 標 例 表 PWR 一 次 系 冷 却 材 の 測 定 項 目 と 代 表 的 な 測 定 方 法 表 冷 却 水 と 線 量 率 燃 料 及 び 構 造 材 の 健 全 性 との 関 係 (PWR 二 次 冷 却 系 ) 表 国 内 PWR プラントの 2 次 系 水 処 理 の 変 遷 表 出 力 運 転 時 の PWR 二 次 系 冷 却 材 化 学 管 理 目 標 例 表 PWR 二 次 系 冷 却 材 の 測 定 項 目 と 代 表 的 な 測 定 方 法 表 PWR プラントにおける 第 一 次 改 良 標 準 化 の 概 要 表 PWR プラントにおける 第 二 次 改 良 標 準 化 の 概 要 表 PWR と BWR の 水 化 学 諸 元 の 比 較 表 APWR の 特 徴 表 水 化 学 に 係 わる 研 究 開 発 の 展 開 表 国 内 PWR プラントの 二 次 系 水 処 理 の 変 遷 表 軽 水 炉 利 用 の 高 度 化 燃 料 高 度 化 及 び 高 経 年 化 プラントへの 対 応 との 関 連 (PWR) 100 表 電 気 事 業 法 の 関 係 部 分 表 発 電 用 原 子 力 設 備 に 関 する 技 術 基 準 を 定 める 省 令 の 関 係 部 分 ( 通 商 産 業 省 令 第 六 十 二 号 ) 表 核 原 料 物 質 核 燃 料 物 質 及 び 原 子 炉 の 規 制 に 関 する 法 律 の 関 係 部 分 表 実 用 発 電 用 原 子 炉 の 設 置 運 転 等 に 関 する 規 則 の 関 係 部 分 (1) 表 実 用 発 電 用 原 子 炉 の 設 置 運 転 等 に 関 する 規 則 の 関 係 部 分 (2) 表 労 働 安 全 衛 生 法 の 関 係 部 分 表 電 離 放 射 線 障 害 防 止 規 則 の 関 係 部 分 表 一 次 冷 却 材 中 のよう 素 131 濃 度 が 制 限 を 満 足 していないときの 措 置 表 一 次 冷 却 材 中 のホウ 素 濃 度 (モード6)が 制 限 を 満 足 していないときの 措 置 表 水 質 管 理 に 関 する 運 転 上 の 留 意 事 項 表 PWR 一 次 系 水 化 学 管 理 項 目 と 達 成 目 的 との 関 係 表 PWR 二 次 系 水 化 学 管 理 項 目 と 達 成 目 的 との 関 係 表 目 標 値 と 保 安 規 定 の 留 意 事 項 で 定 められた 値 の 比 較 (PWR) vii vii

4 表 目 標 値 と 保 安 規 定 の 留 意 事 項 で 定 められた 値 の 比 較 (BWR) 表 従 来 の 目 標 値 を 超 えた 新 しい 水 化 学 管 理 viii viii

5 [ 図 件 名 一 覧 ] 図 我 が 国 の 原 子 力 発 電 所... 6 図 PWR 及 び BWR 冷 却 系 における 材 料 マップ... 7 図 PWR プラントの 一 次 系 の 系 統 概 要 と 使 用 材 料 例... 8 図 主 要 構 造 材 料 とその 接 液 面 積 比... 8 図 水 化 学 関 連 の 主 要 課 題 とその 成 果... 9 図 原 子 炉 1 基 あたりの 集 団 線 量 の 推 移 図 放 射 性 腐 食 生 成 物 蓄 積 と 従 事 者 被 ばく 線 量 の 関 係 図 PWR 一 次 系 における 腐 食 生 成 物 の 挙 動 腐 食 生 成 物 の 発 生 放 射 化 及 び 蓄 積. 14 図 PWR 蒸 気 発 生 器 水 室 内 の 主 要 放 射 性 腐 食 生 成 物 とその 線 量 率 への 寄 与 図 BWR 再 循 環 系 配 管 内 の 主 要 放 射 性 腐 食 生 成 物 とその 線 量 率 への 寄 与 図 ニッケルフェライトの 溶 解 度 図 ニッケルフェライトの 溶 解 度 の 温 度 依 存 性 ( 一 定 [B], [Li]) 図 一 次 冷 却 材 の ph 管 理 例 図 改 良 された 一 次 冷 却 材 ph 管 理 の 推 奨 範 囲 図 インコネル 600MA の PWSCC 感 受 性 等 高 線 図 図 逆 U 曲 げ 試 験 片 による 伝 熱 管 材 料 の 耐 SCC 感 受 性 比 較 図 SUS304 の SCC 発 生 に 及 ぼす 塩 素 イオン 濃 度 及 び 溶 存 酸 素 濃 度 図 SUS304 の SCC 感 受 性 に 及 ぼす 温 度 の 影 響 図 ホウ 酸 水 の 放 射 線 分 解 による 水 素 発 生 量 に 及 ぼす 初 期 水 素 濃 度 の 影 響 図 種 々の 温 度 における 臨 界 水 素 濃 度 のホウ 素 濃 度 依 存 性 図 ジルカロイ-4 の 腐 食 量 に 及 ぼす 不 純 物 濃 度 の 影 響 (350,1.5ppm Li+600ppm B) 27 図 ジルカロイ-4 の 腐 食 速 度 に 対 するふっ 素 濃 度 及 びクロム 酸 濃 度 の 影 響 図 ジルコニウム 合 金 の 腐 食 率 に 及 ぼす 溶 存 酸 素 濃 度 の 影 響 図 ジルカロイの 腐 食 に 及 ぼす 水 素 添 加 の 影 響 図 ジルカロイ-4 の 腐 食 に 及 ぼす ph(リチウム 濃 度 )の 影 響 図 水 中 リチウム 濃 度 とジルカロイ-4 の 腐 食 速 度 との 関 係 図 原 子 力 発 電 プラントにおける 冷 却 水 の 役 割 (PWR) 図 最 適 水 化 学 制 御 図 冷 却 系 の 主 要 構 造 材 と 水 化 学 関 連 データ 採 取 法 PWR プラント 図 サンプリング 配 管 模 式 図 図 高 温 水 の 導 電 率 及 び ph 図 一 次 冷 却 水 採 取 法 (イオン 交 換 ペーパ 法 ) 図 水 化 学 データ 取 得 処 理 評 価 システム(PWR プラントでの 一 例 ) 図 炉 外 シッピング 検 査 の 概 要 ( PWR 燃 料 の 破 損 検 出 ) 図 PWR 冷 却 系 における 材 料 マップ 図 PWR プラントの 二 次 系 の 系 統 概 要 と 使 用 材 料 例 図 PWR 蒸 気 発 生 器 伝 熱 管 の 腐 食 損 傷 部 位 図 蒸 気 発 生 器 の 伝 熱 管 損 傷 の 履 歴 ix ix

6 図 蒸 気 発 生 器 伝 熱 管 材 料 の 粒 界 腐 食 損 傷 の 発 生 環 境 条 件 図 不 純 物 濃 度 が 狭 隘 部 (クレビス)pH に 及 ぼす 影 響 図 酸 化 物 による 600 合 金 の 腐 食 電 位 上 昇 図 MA600 合 金 の 電 位 と 孔 食 電 位 との 関 係 図 インコネル 600 合 金 の 腐 食 と 塩 素 イオン 濃 度 との 関 係 図 高 温 水 中 における 炭 素 鋼 の 腐 食 量 と ph との 関 係 図 給 水 ph( 導 電 率 )と 系 統 での 鉄 銅 ニッケル 濃 度 の 関 係 図 鉄 系 材 料 の 減 肉 速 度 と ph との 関 係 図 最 適 ph 制 御 (PWR 二 次 系 ) 図 蒸 気 発 生 器 伝 熱 管 の 粒 界 腐 食 割 れ 図 冷 却 系 の 主 要 構 造 材 と 水 化 学 関 連 データ 採 取 法 PWR プラント 図 サンプリング 配 管 模 式 図 図 二 次 冷 却 水 採 取 法 (イオン 交 換 ペーパ 法 ) 図 オンラインイオンクロマトグラフィ (PWR プラントでの 一 例 ) 図 水 化 学 データ 取 得 処 理 評 価 システム (PWR プラントでの 一 例 ) 図 APWR と 従 来 型 PWR の 蒸 気 発 生 器 の 比 較 図 水 化 学 と 構 造 材 燃 料 被 覆 材 との 相 関 関 係 図 水 化 学 ロードマップの 主 要 課 題 の 相 関 及 び 既 存 ロードマップとの 関 係 図 被 ばく 線 量 の 状 況 と 線 量 低 減 の 取 り 組 み 図 将 来 型 一 次 冷 却 材 ph 管 理 の 範 囲 ( 概 念 図 ) 図 濃 縮 ボロンによる ph 管 理 の 概 念 図 図 PWSCC に 及 ぼす 水 素 濃 度 効 果 (360 でのき 裂 進 展 速 度 ) 図 PWSCC に 及 ぼす 水 素 濃 度 効 果 (330 でのき 裂 発 生 潜 伏 時 間 ) 図 蒸 気 発 生 器 伝 熱 管 の 粒 界 腐 食 割 れ 図 最 適 ph 制 御 (PWR 二 次 系 ) 図 敦 賀 発 電 所 での 酸 素 注 入 による FAC 抑 制 効 果 の 測 定 ( 経 時 変 化 ) 図 敦 賀 発 電 所 での 酸 素 注 入 による FAC 抑 制 効 果 の 測 定 ( 酸 素 濃 度 依 存 性 ) 図 仏 国 におけるAOA 発 生 状 況 図 仏 国 におけるAOA 発 生 事 例 数 図 サブクール 沸 騰 面 へのNi 及 びBの 付 着 と 化 学 形 態 変 化 概 念 図 x x

7 [ 略 語 表 ] (アルファベット 順 ) 略 語 説 明 ALARA: As Low As Reasonably Achievable, 被 ばく 低 減 の 考 え 方 ( 合 理 的 に 達 成 できる 限 り 低 く) AOA: Axial Offset Anomaly, ボロンの 析 出 による 燃 料 の 軸 方 向 出 力 異 常 AVT: All Volatile Treatment, アンモニアを 主 とする 全 揮 発 性 ph 制 御 AVT(O): AVT (Oxidizing conditions (residual oxygen present)), 酸 素 を 残 存 させた AVT AVT(R): AVT (Reducing conditions (added reducing agent)), 脱 酸 素 での AVT BEC: Broached Egg Crate, 伝 熱 管 支 持 板 のひとつの 形 BWR: Boiling Water Reactor, 沸 騰 水 型 原 子 炉 CANDU: Canadian Deuterium Uranium, 重 水 減 速 重 水 冷 却 圧 力 管 型 炉 EPRI: Electric Power Research Institute, 米 国 電 力 中 央 研 究 所 FAC: Flow Accelerated Corrosion, 流 れ 加 速 型 腐 食 IGA: Inter Granular Attack, 粒 界 腐 食 損 傷 OT: Oxygenated Treatment, 酸 素 処 理 PWR: Pressurized Water Reactor, 加 圧 水 型 原 子 炉 PWSCC: Primary Water Stress Corrosion Cracking, 一 次 冷 却 水 中 の 環 境 下 における 応 力 腐 食 割 れ SCC: Stress Corrosion Cracking, 応 力 腐 食 割 れ SG: Steam Generator, 蒸 気 発 生 器 STP: Standard ambient Temperature and Pressure, 標 準 状 態 VVER: ロシア 型 加 圧 水 型 原 子 炉 xi xi