JP7411502B2 - 原子力プラントの炭素鋼部材の化学除染方法 - Google Patents

Description

本発明は、原子力プラントの炭素鋼部材の化学除染方法に係り、特に、沸騰水型原子力プラントの放射性核種で汚染された炭素鋼部材の廃棄処理前の除染に適用するのに好適な原子力プラントの炭素鋼部材の化学除染方法に関する。

例えば、沸騰水型原子力プラント（以下、ＢＷＲプラントという）は、原子炉圧力容器（ＲＰＶと称する）内に炉心を内蔵した原子炉を有する。再循環ポンプ（またはインターナルポンプ）によって炉心に供給された炉水は、炉心内に装荷された燃料集合体内の核燃料物質の核***で発生する熱によって加熱され、一部が蒸気になる。この蒸気は、ＲＰＶからタービンに導かれ、タービンを回転させる。タービンから排出された蒸気は、復水器で凝縮され、水になる。この水は、給水として原子炉に供給される。給水は、ＲＰＶ内での放射性腐食生成物の発生を抑制するため、給水配管に設けられたろ過脱塩装置で主として金属不純物が除去される。炉水とは、ＲＰＶ内に存在する冷却水である。

放射性腐食生成物の元となる腐食生成物は、ＲＰＶ及び再循環系配管等のＢＷＲプラントの構成部材の炉水と接する表面で発生するため、主要な一次系の構成部材には腐食の少ないステンレス鋼及びニッケル基合金などの不銹鋼が使用されている。また、低合金鋼製のＲＰＶは内面にステンレス鋼の肉盛りが施され、低合金鋼が、直接、炉水と接触することを防いでいる。さらには、炉水の一部を原子炉浄化系のろ過脱塩装置によって浄化し、炉水中に僅かに存在する金属不純物を積極的に除去している。

しかし、上述のような腐食対策を講じても、炉水中における極僅かな金属不純物の存在が避けられないため、一部の金属不純物が、金属酸化物として、燃料集合体に含まれる燃料棒の表面に付着する。燃料棒表面に付着した不純物（例えば、金属元素）は、燃料棒内の核燃料物質の核***により放出される中性子の照射によって原子核反応を起こし、コバルト６０，コバルト５８，クロム５１，マンガン５４等の放射性核種になる。

これらの放射性核種は、大部分が酸化物の形態で燃料棒表面に付着したままである。しかしながら、一部の放射性核種は、取り込まれている酸化物の溶解度に応じて炉水中にイオンとして溶出したり、クラッドと呼ばれる不溶性固体として炉水中に再放出されたりする。炉水に含まれる放射性物質は、ＲＰＶに連絡された原子炉浄化系によって取り除かれる。原子炉浄化系で除去されなかった放射性物質は炉水とともに再循環系などを循環している間に、原子力プラントの構成部材（例えば、配管）の炉水と接触する表面に蓄積される。その結果、構成部材の表面から放射線が放射され、定検作業時の従事者の放射線被ばくの原因となる。

その従事者の被ばく線量は、各人毎に規定値を超えないように管理されている。近年この規定値が引き下げられ、各人の被ばく線量を可能な限り低くする必要が生じている。

そこで、定検作業での被ばく線量が高いことが予想される場合は、配管に付着した放射性核種を溶解して除去する化学除染が実施される場合がある。例えば、特開２０００－１０５２９５号公報では、シュウ酸及びヒドラジンを含む還元除染液による還元溶解、この還元溶解に用いた還元除染剤（シュウ酸）の分解、及び過マンガン酸カリウムによる酸化溶解を組み合わせた原子力発電プラントの化学除染方法が提案されている。

特開２００３－９０８９７号公報に記載された炭素鋼部材の化学除染方法では、シュウ酸水溶液及びギ酸水溶液が用いられる。ギ酸水溶液の替りにギ酸及び過酸化水素（またはオゾン）を含む水溶液を用いることも記載されている。この化学除染方法では、シュウ酸水溶液による原子力プラントの炭素鋼部材の化学除染を行って炭素鋼部材表面に存在する放射性核種を含む酸化膜を除去し、この除染終了後に、シュウ酸を分解する。さらに、シュウ酸分解後に、ギ酸水溶液またはギ酸及び過酸化水素（またはオゾン）を含む水溶液を、酸化膜を除去した炭素鋼部材に接触させ、炭素鋼部材表面に残留したシュウ酸鉄を除去する。

特開２００２－３３３４９８号公報には、有機酸（例えば、シュウ酸またはギ酸）及び過酸化水素を含む水溶液を用いて炭素鋼部材を除染する化学除染方法が提案されている。ギ酸及び過酸化水素を含む水溶液を用いた場合には、過酸化水素を含まないで有機酸単独の水溶液を用いた場合に比べて酸化皮膜の溶出速度が増大し、炭素鋼表面から放射性核種を短時間に除去することができる。

特開２０１５-２８４３２号公報には、酸素を溶解させたシュウ酸水溶液を用いて原子力プラントの炭素鋼部材を除染する化学除染方法が提案されている。炭素鋼部材表面に形成されるシュウ酸鉄（II）が溶存酸素によって酸化されてシュウ酸鉄（III）錯体となって溶解するため、炭素鋼部材の還元除染に要する時間を短縮することができる。また、シュウ酸水溶液に酸素を溶解させているため、このシュウ酸水溶液を陽イオン交換樹脂に接触させても、陽イオン交換樹脂の劣化を抑制することができる。

特開２０１８－１５９６４７号公報に記載された化学除染方法では、シュウ酸水溶液を用いた還元除染により、原子力プラントの配管系内面に形成された金属酸化皮膜を溶解させ、３価の鉄イオンの発生源を減少させる。紫外線がシュウ酸水溶液に照射され、シュウ酸水溶液に含まれる３価の鉄イオンが２価の鉄イオンに還元される。還元により生成された、シュウ酸水溶液に含まれる２価の鉄イオンが、イオン交換樹脂に吸着されて除去される。

特開２０００－１０５２９５号公報 特開２００３－９０８９７号公報 特開２００２－３３３４９８号公報 特開２０１５－２８４３２号公報 特開２０１８－１５９６４７号公報 特開２０１８－４８８３１号公報

特開２０００－１０５２９５号公報及び特開２００４－２８６４７１号公報の化学除染では、ステンレス鋼製の構造部材が除染対象であり、還元除染液でこの構造部材の還元除染を行った場合には、還元除染液中の鉄濃度はシュウ酸鉄（II）が析出するほどには上昇しない。

しかし、除染対象が炭素鋼部材である場合には、除染によりシュウ酸水溶液の鉄濃度が上昇し、炭素鋼部材の母材、及び炭素鋼部材表面の酸化皮膜であるマグネタイトの溶解によって供給されるＦｅ^２＋がシュウ酸水溶液に含まれるシュウ酸と錯体を形成し、シュウ酸鉄（II）二水和物として析出する可能性がある。このシュウ酸鉄（II）二水和物は、溶解度が低いため、Ｆｅ^２＋の主な発生源である炭素鋼部材の表面に析出する。Ｆｅ^２＋が酸化皮膜の表面に析出すると、シュウ酸による酸化皮膜の溶解が阻害され、酸化皮膜に含まれる放射性核種の溶解も抑制されるため、化学除染効率が低下するという問題が生じる。

特開２００３－９０８９７号公報では、シュウ酸水溶液による炭素鋼部材表面の還元除染により、前述のシュウ酸鉄（II）二水和物が炭素鋼部材表面に存在する未溶解の酸化皮膜の表面に析出する可能性がある。この場合には、その酸化皮膜の還元除染に要する時間が長くなる。炭素鋼部材表面の未溶解の酸化皮膜の表面に析出したシュウ酸鉄（II）二水和物はギ酸水溶液により除去できる。しかしながら、還元除染時において炭素鋼部材の表面に析出するシュウ酸鉄（II）二水和物の量が多くなるため、ギ酸水溶液によるシュウ酸鉄（II）二水和物の除去に長時間を要することになる。

特開２００２－３３３４９８号公報に記載された化学除染方法は、還元除染剤である有機酸に過酸化水素を添加することにより炭素鋼部材表面の酸化皮膜の溶解力を向上させている。しかしながら、過酸化水素は陽イオン交換樹脂を劣化させるため、還元除染時において、過酸化水素を含むシュウ酸水溶液を陽イオン交換樹脂塔へ供給することができない。このため、還元除染により発生して還元除染液に含まれる放射性の溶解成分及び非放射性の溶解成分が除去できなくなる。

特開２０１５－２８４３２号公報では、特開２００２－３３３４９８号公報の問題を開所するために、シュウ酸水溶液に酸素を供給して酸素飽和のシュウ酸水溶液を生成し、これを用いて炭素鋼部材の還元除染を行っている。これにより、シュウ酸水溶液に溶解したＦｅ^２＋がシュウ酸鉄（II）二水和物を生成する反応と、Ｆｅ^２＋と溶存酸素が反応してＦｅ^３＋となる反応が競合すると共に、生成されたシュウ酸鉄（II）二水和物にも溶存酸素が作用してそれに含まれるＦｅ^２＋をＦｅ^３＋に酸化することにより、シュウ酸鉄（II）二水和物の蓄積が抑制され、シュウ酸鉄（II）二水和物の生成による除染効率の低下が抑制される。

炭素鋼部材の除染効率の改善を図るために、シュウ酸水溶液へのシュウ酸以外の有機酸の注入、または、シュウ酸水溶液への過酸化水素または酸素の注入が行われる。これらの注入によって、母材である炭素鋼部材及び炭素鋼部材表面の酸化皮膜の溶解が進む。これらの方法では、シュウ酸水溶液に溶出した鉄イオン及び放射性核種のイオンを、陽イオン交換樹脂に吸着させてシュウ酸水溶液から回収する。しかしながら、炭素鋼部材の還元除染では、溶出する放射性核種イオンに対して溶出する鉄イオンの量が多いため、陽イオン交換樹脂が多量に消費されることになる。特に、クリアランスを目指す還元除染では、炭素鋼部材側をより深く溶解する必要があり、溶出する鉄イオンの量が増加し、鉄イオンを吸着する陽イオン交換樹脂の量も必然的に増加する。

本発明の目的は、炭素鋼部材の還元除染を促進させ、陽イオン交換樹脂の使用量を低減できる原子力プラントの炭素鋼部材の化学除染方法を提供することにある。

上記した目的を達成する本発明の特徴は、シュウ酸水溶液を用いて原子力プラントの炭素鋼部材の還元除染を実施し、その還元除染が実施されているときに、シュウ酸水溶液に酸化剤を注入し、その後、その還元除染を行ったシュウ酸水溶液に紫外線を照射してシュウ酸水溶液内でシュウ酸鉄（II）二水和物を析出させることにある。

還元除染液であるシュウ酸水溶液に酸化剤を注入するため、シュウ酸水溶液により還元除染された、原子力プラントの炭素鋼部材の表面に形成されたシュウ酸鉄（II）二水和物が、その酸化剤の作用によって溶解され、炭素鋼部材の表面から除去される。このため、シュウ酸水溶液による、炭素鋼部材の還元除染が促進される。さらに、還元除染を行ったシュウ酸水溶液に紫外線を照射してシュウ酸水溶液内でシュウ酸鉄（II）二水和物を析出させるので、シュウ酸水溶液に含まれる陽イオン（例えば、Ｆｅ^２＋）が減少し、陽イオン交換樹脂に吸着される陽イオンの量が減少する。このため、陽イオン交換樹脂の寿命が延び、陽イオン交換樹脂の使用量を低減することができる。

好ましくは、析出したシュウ酸鉄（II）二水和物をシュウ酸水溶液から除去することが望ましい。シュウ酸水溶液に含まれた放射性核種が析出したシュウ酸鉄（II）二水和物に取り込まれているため、シュウ酸鉄（II）二水和物をシュウ酸水溶液から除去することによって、シュウ酸鉄（II）二水和物に取り込まれた放射性核種も、シュウ酸鉄（II）二水和物と共にシュウ酸水溶液から除去される。この結果、シュウ酸水溶液に含まれる放射性核種の濃度が減少し、シュウ酸水溶液の線量が低下する。シュウ酸鉄（II）二水和物に取り込まれる放射性核種は実質的に陽イオンであるため、陽イオン交換樹脂に吸着される放射性核種のイオンの量も減少し、陽イオン交換樹脂の寿命がさらに伸び、陽イオン交換樹脂の使用量をさらに低減することができる。

本発明によれば、炭素鋼部材表面における還元除染を促進させ、陽イオン交換樹脂の使用量を低減することができる。

本発明の好適な一実施例である、沸騰水型原子力プラントから発生する炭素鋼部材の廃材の除染に適用される実施例１の原子力プラントの炭素鋼部材の化学除染方法の手順を示すフローチャートである。 実施例１の化学除染方法を適用する炭素鋼部材の廃材が発生する沸騰水型原子力プラントの構成図である。 実施例１の化学除染方法に用いられる化学除染装置の構成図である。 炭素鋼部材表面におけるシュウ酸鉄(II)二水和物形成量に対する、シュウ酸水溶液から形成されたシュウ酸鉄(II)二水和物へのＣｏ－６０の移行割合を調べた試験結果を示す説明図である。 シュウ酸水溶液のシュウ酸濃度に対する、シュウ酸鉄(II)二水和物及びＦｅ_２Ｏ_３のそれぞれから溶出する鉄の濃度を調べた試験結果を示す説明図である。 本発明の好適な他の実施例である、沸騰水型原子力プラントから発生する炭素鋼部材の廃材の除染に適用される実施例２の原子力プラントの炭素鋼部材の化学除染方法の手順を示すフローチャートである。 本発明の好適な他の実施例である、沸騰水型原子力プラントから発生する炭素鋼部材の廃材の除染に適用される実施例３の原子力プラントの炭素鋼部材の化学除染方法の手順を示すフローチャートである。 本発明の好適な他の実施例である、沸騰水型原子力プラントから発生する炭素鋼部材の廃材の除染に適用される実施例４の原子力プラントの炭素鋼部材の化学除染方法に用いられる化学除染装置の構成図である。 本発明の好適な他の実施例である、沸騰水型原子力プラントの炭素鋼部材、例えば、浄化系配管に適用される実施例５の原子力プラントの炭素鋼部材の化学除染方法の手順を示すフローチャートである。 実施例５の原子力プラントの炭素鋼部材の化学除染方法を実施する際に用いられる化学除染装置を沸騰水型原子力発電プラントの浄化系配管に接続した状態を示す説明図である。 図１０に示す化学除染装置の構成図である。

発明者らは、除染溶液に溶解した放射性核種イオン及び鉄イオンのそれぞれを除染溶液から分離する方法として、イオン交換樹脂を用いない方法について検討し、シュウ酸鉄（II）二水和物の析出反応の利用を考えた。

シュウ酸鉄（II）二水和物（Ｆｅ(Ｃ_２Ｏ_４)・２Ｈ_２Ｏ）はシュウ酸を使用する除染で炭素鋼部材の表面に析出する。シュウ酸鉄（II）二水和物の析出により炭素鋼部材の除染効率が低下する。このため、炭素鋼部材の除染効率の向上を目的として炭素鋼部材表面に形成されたシュウ酸鉄（II）二水和物を溶解させるため、シュウ酸以外の有機酸がシュウ酸水溶液に注入され、または、Ｆｅ^２＋を酸化させてＦｅ^３＋にする酸化剤がシュウ酸水溶液に注入される。溶解した放射性核種イオン及び鉄イオンは、陽イオン交換樹脂に吸着されることによって、シュウ酸水溶液から除去される。しかしながら、発明者らは、溶解したＦｅ^３＋をＦｅ^２＋に還元し、シュウ酸鉄（II）二水和物を炭素鋼部材表面に形成させて析出させ、分離できないかと考えた。

そこで、溶解した放射性核種イオンが析出するシュウ酸鉄（II）二水和物に取り込まれるかを確認するため、Ｃｏ－６０が添加されたシュウ酸水溶液に炭素鋼を浸漬させて炭素鋼表面に形成されたシュウ酸鉄(II)二水和物の形成量、及びその水溶液に含まれるＣｏ－６０のシュウ酸鉄(II)二水和物への移行割合をそれぞれ調べた。この結果を図４に示す。図４によれば、炭素鋼表面へのシュウ酸鉄（II）二水和物の形成に伴ってＣｏ－６０がシュウ酸水溶液から形成されたシュウ酸鉄(II)二水和物に取り込まれて行くことが分かる。

なお、シュウ酸水溶液に含まれるＣｏ－６０の全てがシュウ酸水溶液から除去されていないのは、今回の試験条件では、シュウ酸鉄（II）二水和物の形成が炭素鋼表面で行われたため、炭素鋼表面がシュウ酸鉄（II）二水和物で被覆されることにより炭素鋼表面でのシュウ酸鉄（II）二水和物の形成が抑制されたためである。もし、シュウ酸鉄(II)二水和物の形成が継続されると、シュウ酸水溶液に含まれるＣｏ－６０は全て除去されると考えられる。

続いて、Ｆｅ^３＋をＦｅ^２＋に還元することで、どの程度の溶解鉄がシュウ酸鉄(II)二水和物としてシュウ酸水溶液から除去されるかについて検討した。この検討を行うにあたり、まず、シュウ酸水溶液のシュウ酸濃度に対する、シュウ酸水溶液におけるＦｅ_２Ｏ_３及びシュウ酸鉄(II)二水和物のそれぞれの溶解度を調べた。これらの溶解度を調べる試験では、窒素パージをして遮光した９０℃の水に、Ｆｅ_２Ｏ_３の粉末またはシュウ酸鉄（II）二水和物の粉末を添加し、その水の鉄濃度を測定した。測定後、その水にシュウ酸を添加し、１時間程度、その水に溶解させた後、水の一部をサンプリングしてＦｅ濃度及びシュウ酸濃度のそれぞれを測定した。この作業を繰り返し、シュウ酸濃度と溶解鉄濃度の関係をＦｅ_２Ｏ_３及びシュウ酸鉄（II）二水和物のそれぞれについて調べた。

その結果を図５に示した。Ｆｅ_２Ｏ_３から溶解する、△で示すＦｅ^３＋の濃度（鉄濃度）は、シュウ酸水溶液のシュウ酸濃度の増加と共に直線的に増加する。一方、シュウ酸鉄（II）二水和物から溶解する、〇で示すＦｅ^２＋の濃度（鉄濃度）は、シュウ酸水溶液のシュウ酸濃度５００ｐｐｍ程度までは約５０ｐｐｍまで増加し、更に、そのシュウ酸濃度を増加させてもシュウ酸濃度５５００ｐｐｍで８０ｐｐｍまでしか増加せず、シュウ酸濃度に対して飽和傾向を示した。シュウ酸濃度が約５００ｐｐｍ以上ではＦｅ_２Ｏ_３から溶解したＦｅ^３＋の濃度の方が、シュウ酸鉄（II)二水和物から溶解したＦｅ^２＋の濃度よりも大きくなっている。シュウ酸濃度５００ｐｐｍ以上におけるＦｅ^３＋濃度とＦｅ^２＋濃度の差分が、Ｆｅ^３＋をＦｅ^２＋に還元した際に析出する鉄濃度に相当する。

例えば、シュウ酸濃度５５００ｐｐｍのシュウ酸水溶液を用いた還元除染により、炭素鋼部材の表面に形成されたＦｅ_２Ｏ_３皮膜を溶解させ、この溶解によって溶出したＦｅ^３＋を含むシュウ酸水溶液に紫外線を照射する。この紫外線照射によって、シュウ酸水溶液に含まれるＦｅ^３＋をＦｅ^２＋に還元すると、約１２００ｐｐｍ分の鉄がシュウ酸鉄（II）二水和物としてシュウ酸水溶液内に析出する。ここで、紫外線照射による、シュウ酸水溶液に含まれるＦｅ^３＋のＦｅ^２＋への還元反応は、（１）式及び（２）式で表される。

なお、（１）式の左辺（「→」の左側）に存在する「Ｆｅ^ＩＩＩ(Ｃ_２Ｏ_４)_３ ^３－」は、シュウ酸鉄（III）錯体である。シュウ酸鉄（III）錯体は、上記したように、シュウ酸水溶液により炭素鋼部材の表面に形成されたＦｅ_２Ｏ_３皮膜を溶解するとき、下記に示す（３）式の反応によって生成される。

Ｆｅ_２Ｏ_３ ＋ ３Ｃ_２Ｏ_４Ｈ_２ → Ｆｅ^３＋ ＋ ３Ｈ_２Ｏ ＋ ３Ｃ_２Ｏ_４ ^２－
→ Ｆｅ(III)(Ｃ_２Ｏ_４)_３ ^３－ ＋ ３Ｈ_２Ｏ …（３）
シュウ酸水溶液に溶解したＦｅ^３＋をＦｅ^２＋の形態にすることによりシュウ酸水溶液内でＦｅ^２＋濃度が飽和溶解度を越えた場合には、Ｆｅ^２＋がシュウ酸鉄（II）二水和物として析出する。その際、シュウ酸水溶液に溶解した放射性核種（例えば、Ｃｏ－６０）がシュウ酸鉄（II）二水和物に取り込まれるので、シュウ酸水溶液をイオン交換樹脂に接触させる前で、析出したシュウ酸鉄（II）二水和物を、フィルタ等の除去装置でシュウ酸水溶液から除去することにより、シュウ酸水溶液に含まれる鉄イオン及びＣｏ－６０等の放射性核種イオンのそれぞれを除去することができ、イオン交換樹脂の使用量も低減することができる。

以上の検討結果を反映した、本発明の実施例を以下に説明する。

本発明の好適な一実施例である、沸騰水型原子力プラントから発生する炭素鋼部材の廃材の除染に適用される実施例１の原子力プラントの炭素鋼部材の化学除染方法を、図１、図２及び図３を用いて説明する。その炭素鋼部材の廃材（例えば、炭素鋼製配管の廃材）は、沸騰水型原子力プラントの廃止措置、または、沸騰水型原子力プラントの炭素鋼部材の交換作業において、既設の炭素鋼部材の切断除去により発生する。

本実施例の原子力プラントの炭素鋼部材の化学除染方法が適用される炭素鋼部材の廃材が発生する沸騰水型原子力プラントの概略構成を、図２を用いて説明する。ＢＷＲプラント１は、原子炉２、タービン９、復水器１０、再循環系、原子炉浄化系、残留熱除去系及び給水系等を備えている。原子炉格納容器７２内に設置された原子炉２は、炉心４を内蔵する原子炉圧力容器（以下、ＲＰＶという）３を有し、ＲＰＶ３内に複数のジェットポンプ５を設置している。複数の燃料集合体（図示せず）が炉心４に装荷されている。各燃料集合体は、核燃料物質で製造された複数の燃料ペレットを充填した複数の燃料棒を含んでいる。再循環系は再循環ポンプ７及びステンレス鋼製の再循環系配管６を有し、再循環ポンプ７が再循環系配管６に設置されている。

給水系は、復水器１０とＲＰＶ３を連絡する給水配管１１に、復水ポンプ１２、復水浄化装置１３、低圧給水加熱器１４、給水ポンプ１５及び高圧給水加熱器１６を復水器１０からＲＰＶ３に向かってこの順番に設置して構成される。復水浄化装置１３をバイパスするバイパス配管１９が給水配管１１に接続される。

原子炉水浄化系は、再循環系配管６と給水配管１１を連絡する浄化系配管２０に、浄化系ポンプ２１，再生熱交換器２２，非再生熱交換器２３及び浄化装置２４を設置して構成される。浄化系配管２０の一端が再循環ポンプ７より上流で再循環系配管６に接続され、浄化系配管２０の他端が給水配管１１に接続される。

残留熱除去系は、浄化系配管２０とＲＰＶ３を連絡する残留熱除去系配管２７に、ポンプ２８及び非再生熱交換器２９を設置して構成される。残留熱除去系配管２７の一端は浄化系ポンプ２１より上流で浄化系配管２０に接続され、残留熱除去系配管２７の他端はＲＰＶ３に接続される。

ＲＰＶ３内の冷却水（炉水）は、再循環ポンプ７で昇圧され、再循環系配管６を通ってジェットポンプ５のノズル（図示せず）からジェットポンプ５のベルマウス（図示せず）内に噴出される。このノズルの周囲に存在する炉水も、ノズルから噴出される炉水の噴出流の作用により、ベルマウス内に吸引される。ジェットポンプ５から吐出された炉水は、炉心４に供給され、燃料棒内の核燃料物質の核***で発生する熱によって加熱される。加熱された炉水の一部が蒸気になる。この蒸気は、ＲＰＶ３から主蒸気配管８を通ってタービン９に導かれ、タービン９を回転させる。タービン９に連結された発電機（図示せず）が回転され、電力が発生する。タービン９から排出された蒸気は、復水器１０で凝縮され、水になる。

この水は、給水として、給水配管１１を通りＲＰＶ３内に供給される。給水配管１１を流れる給水は、復水ポンプ１２で昇圧され、復水浄化装置１３で不純物が除去され、給水ポンプ１５でさらに昇圧され、低圧給水加熱器１４及び高圧給水加熱器１６で加熱される。抽気配管１７で主蒸気配管８，タービン９から抽気された抽気蒸気が、低圧給水加熱器１４及び高圧給水加熱器１６にそれぞれ供給され、給水の加熱源となる。

再循環系配管６内を流れる炉水の一部は、浄化系ポンプ２１の駆動によって浄化系配管２０内に流入し、再生熱交換器２２、非再生熱交換器２３で冷却されて浄化装置２４に導かれる。その炉水に含まれるよってイオン成分及びクラッド成分は浄化装置２４によって除去される。浄化装置２４から排出された、浄化された炉水は、再生熱交換器２２で加熱されて給水配管１１に導かれ、ＲＰＶ３に供給される。

本実施例の原子力プラントの炭素鋼部材の化学除染方法に用いられる化学除染装置３１の詳細な構成を、図３を用いて説明する。化学除染装置３１は、除染槽３２、循環ポンプ３４、循環配管３５、酸化剤注入装置３９、紫外線照射装置４７、フィルタ４８、カチオン樹脂塔（陽イオン吸着装置）５６及び混床樹脂塔６１を備える。循環配管３５の一端は除染槽３２の底部に接続され、循環配管３５の他端は、例えば、除染槽３２の頂部に接続される。除染槽３２及び循環配管３５によって閉ループ（以下、第１閉ループという）が形成される。加熱器３３が除染槽３２に取り付けられる。

開閉弁３６、循環ポンプ３４、弁４５及び３７、及び開閉弁３８が、この順番で上流から下流に向かって、循環配管３５に設置されている。酸化剤注入装置３９が、開閉弁３８の下流で循環配管３５に接続されている。本実施例で用いられる酸化剤注入装置３９は、過酸化水素注入装置である。酸化剤注入装置３９は、薬液タンク４０、注入ポンプ４１及び注入配管４２を有する。弁４３を有する注入配管４２が、薬液タンク４０と循環配管３５を接続する。注入ポンプ４１が注入配管４２に設けられる。酸化剤である過酸化水素が薬液タンク４０に充填されている。酸化剤としては、過酸化水素、酸素及びオゾンのいずれかが用いられる。

弁３７をバイパスする配管５９が、循環配管３５に接続される。具体的には、配管５９の一端が弁４５と弁３７の間で循環配管３５に接続され、配管５９の他端が弁３７の下流で循環配管３５に接続される。弁５７及び５８、及びカチオン樹脂塔５６が、この順番で、配管５９の上流から配管５９の下流に向かって配管５９に設置される。カチオン樹脂塔５６は内部に陽イオン交換樹脂を充填している。弁３７及び配管５９をバイパスする配管６４が、循環配管３５に接続される。具体的には、配管６４の一端が、循環配管３５と配管５９との２つの接続点のうち弁５７側の接続点と、弁４５との間で、循環配管３５に接続される。配管６４の他端が、配管５９におけるその２つの接続点のうちカチオン樹脂塔５６側の接続点と、開閉弁３８との間で循環配管３５に接続される。弁６２、冷却器６０、弁６３及び混床樹脂塔６１が、この順番で、配管６４の上流から配管６４の下流に向かって配管６４に設置される。混床樹脂塔６１は、陽イオン交換樹脂及び陰イオン交換樹脂を充填している。配管６５が配管５９と配管６４に接続される。配管６５の一端は弁５７と弁５８の間で配管５９に接続され、配管６５の他端は冷却器６０と弁６３の間で配管６４に接続される。弁３７よりも上流側において、循環配管３５と配管６４の接続点は、循環配管３５と配管５９の接続点よりも上流に位置している。

弁４５をバイパスする紫外線照射系配管４９の一端が、循環ポンプ３４と弁４５の間で循環配管３５に接続される。また、その紫外線照射系配管４９の他端が、循環配管３５と配管６４の、弁６２側の接続点と弁４５との間で循環配管３５に接続される。弁５０、紫外線照射装置４７、フィルタ４８及び弁５１が、この順番で上流から下流に向かって紫外線照射系配管４９に設置される。フィルタ４８の替りに、サイクロンのような固液分離装置を用いてもよい。注入ポンプ４１と弁４３の間で注入配管４２に接続される一端を有する配管５４の他端が、弁５０と紫外線照射装置４７の間で紫外線照射系配管４９に接続される。弁５３が配管５４に設けられる。フィルタ４８及び弁５１をバイパスする配管５５の一端が紫外線照射装置４７とフィルタ４８の間で紫外線照射系配管４９に接続され、配管５５の他端が、弁４５よりも下流側に存在する、循環配管３５と紫外線照射系配管４９の接続点と、循環配管３５と配管６４の、弁６２側の接続点の間で、循環配管３５に接続される。

ＢＷＲプラント１は、１サイクルの運転サイクルでの運転が終了した後に停止される。ＢＷＲプラント１の停止操作では、炉心４に装荷された燃料集合体内の核燃料物質で発生する崩壊熱及び残留熱を除去するために、残留熱除去系が稼働される。弁３０を開いてポンプ２８を駆動する。ポンプ２８の駆動によりＲＰＶ３内の炉水が、再循環系配管６及び浄化系配管２０を介して残留熱除去系配管２７に流入する。残留熱除去系に導入された炉水は、非再生熱交換器２９によって冷却され、残留熱除去系配管２７及び給水配管１１を経てＲＰＶ３に戻される。残留熱除去系による炉水の冷却が終了した後、ＢＷＲプラント１が停止される。

運転停止後に、ＢＷＲプラント１に対して定期検査が実施される。この定期検査が終了した後、ＢＷＲプラント１が再度起動される。この定期検査の期間中において、炉心４内の一部の燃料集合体が新燃料集合体と交換される。すなわち、炉心４内の一部の燃料集合体が、使用済燃料集合体としてＲＰＶ３から取り出され、燃焼度０ＧＷｄ／ｔの新燃料集合体が炉心４に装荷される。

ＢＷＲプラント１の運転及び定期検査が繰り返され、やがて、ＢＷＲプラント１は廃止措置を迎えることになる。廃止措置では、廃止措置作業を行う作業員の被ばく抑制のため、ＢＷＲプラント１の構造物に対する除染が実施される場合がある。この除染後には、ＢＷＲプラント１の炉内機器及び配管が、除却のために解体される。解体された配管及び炉内機器に対しては、放射性廃棄物量を削減する目的でクリアランス除染が適用される。特に物量の多い炭素鋼部材の廃材についてのクリアランス除染が大多数を占めることになる。炭素鋼部材の廃材の例としては、例えば、炉水浄化系配管及び残留熱除去系配管の廃材がある。

炭素鋼部材の廃材のクリアランスを目的とした除染は、図１に示す手順により実施される。炭素鋼部材の廃材（以下、単に炭素鋼廃材という）を対象にした、実施例１の原子力プラントの炭素鋼部材の化学除染方法を、図１を用いて以下に具体的に説明する。

運転を経験したＢＷＲプラント１では、ＲＰＶ３内の炉水が流れる再循環系配管６及び浄化系配管２０等の内面に、放射性核種を含む酸化皮膜が形成されており、この酸化皮膜が廃止措置の解体作業に伴う放射線被ばくを抑制する目的で化学除染により除去される。しかしながら、被ばく抑制目的の化学除染では母材の奥深くに取り込まれた放射性核種を除去できないため、そのままではクリアランス済みの廃材として取り扱うことはできない。クリアランスを可能にするためには炭素鋼部材の母材の奥深くに取り込まれた放射性核種を母材ごと溶解して除去する必要があり、そのためには母材表面を例えば２０μｍ程度溶解する必要がある。

本実施例の原子力プラントの炭素鋼部材の化学除染方法は、ＢＷＲプラントの炭素鋼部材の廃材を対象に実施される。この化学除染方法により、炭素鋼製の配管（炭素鋼部材）である、例えば、浄化系配管２０の廃材６６の内面から酸化皮膜及び母材の表面が除去される。浄化系配管２０の廃材６６に対する化学除染では、前述の化学除染装置３１（図３）が用いられる。

最初に、化学除染対象物である炭素鋼部材の廃材が化学除染装置の除染槽内に収納される（ステップＳ１）。廃止措置の対象となるＢＷＲプラント１から、浄化系配管２０が、所定の長さに切断されて取り外される。所定長さに切断された浄化系配管２０の複数本の廃材６６（炭素鋼廃材）が、例えば、ステンレス鋼製の金網の籠（図示せず）内に収納される。その廃材６６を収納した複数の籠が、上方より、蓋（図示せず）が取り外された除染槽３２内に収納される。除染槽３２内には水が充填されているため、各浄化系配管２０の廃材６６が、籠内に収納された状態で、除染槽３２内の水に浸漬される。所定本の浄化系配管２０の廃材６６が除染槽３２内に収納された後、蓋が除染槽３２の上端に取り付けられ、除染槽３２が密封される。このとき、化学除染装置３１の全ての弁は閉じられている。そして、開閉弁３６，弁４５及び３７、及び開閉弁３８を開いて循環ポンプ３４を起動し、還元除染液となる水を除染槽３２及び循環配管３５を含む第１閉ループ内で循環させる。

その後、循環水を昇温させる（ステップＳ２）。循環水である前述の水を第１閉ループ内で循環させながら、その循環水を加熱器３３により加熱する。この加熱によって、循環水の温度は、９０℃までに昇温する。そして、循環水にシュウ酸を添加する（ステップＳ３）。上記の蓋に設けられた投入口を開放し、この投入口からシュウ酸を除染槽３２内の循環水に添加する。添加されたシュウ酸は循環水に溶解し、還元除染液であるシュウ酸水溶液が除染槽３２内で生成される。この９０℃のシュウ酸水溶液は、循環ポンプ３４で昇圧されて循環配管３５を含む第１閉ループ内を循環し、除染槽３２内の複数本の浄化系配管２０の廃材６６の内外面に接触する。シュウ酸水溶液に含まれるシュウ酸は、各浄化系配管２０の廃材６６の内面に形成された、放射性核種を含む酸化皮膜（Ｆｅ_２Ｏ_３）を溶解し、やがて、浄化系配管２０の廃材６６の母材である炭素鋼の表面も溶解される。酸化皮膜に含まれた放射性核種及び鉄、及び廃材６６の母材の鉄は、シュウ酸水溶液に溶出する。

還元除染液に酸化剤を注入する（ステップＳ４）。シュウ酸水溶液による酸化皮膜及び浄化系配管２０の廃材６６の母材内面の溶解により、Ｆｅ^２＋が生成される。浄化系配管２０の廃材６６の母材外面もシュウ酸により溶解される。そのＦｅ^２＋はシュウ酸と反応して難溶性のシュウ酸鉄（II）二水和物を形成する。形成されたシュウ酸鉄（II）二水和物で浄化系配管２０の廃材６６の母材の内外面が覆われてしまうと、シュウ酸水溶液による浄化系配管２０の廃材６６の溶解が進行しなくなり、浄化系配管２０の廃材６６の還元除染が抑制される。

この課題を解消するために、酸化剤、例えば、過酸化水素がシュウ酸水溶液に注入される。シュウ酸水溶液への過酸化水素の注入は、酸化剤注入装置３９によって行われる。弁４３を開いて注入ポンプ４１を起動することにより、薬液タンク４０に充填された過酸化水素が、注入配管４２を通して循環配管３５内を流れるシュウ酸水溶液に注入される。弁５３は閉じている。注入された過酸化水素を含む９０℃のシュウ酸水溶液は、除染槽３２に供給され、除染槽３２内の、各浄化系配管２０の廃材６６の内外面に形成されたシュウ酸鉄（II）二水和物と接触する。シュウ酸水溶液に含まれる過酸化水素によってそのシュウ酸鉄（II）二水和物のＦｅ^２＋がＦｅ^３＋に酸化されるため、シュウ酸鉄(II)二水和物が溶解する。シュウ酸鉄(II)二水和物の溶解により、各浄化系配管２０の廃材６６の母材の溶解が再び進行する。

炭素鋼部材の廃材を除染槽から取り出す（ステップＳ５）。シュウ酸水溶液の鉄濃度が、各浄化系配管２０の廃材６６の母材の溶解が進行して浄化系配管２０の廃材６６の表面に接触したシュウ酸水溶液の鉄濃度が、例えば、２０μｍ溶解した状態の鉄濃度になったとき、循環ポンプ３４を停止させ、除染槽３２の蓋を開けて各浄化系配管２０の廃材６６を、ステップＳ４の工程で注入した過酸化水素を含むシュウ酸水溶液が存在する除染槽３２から取り出す。浄化系配管２０の廃材６６を除染槽３２から取り出す際においても、除染槽３２内のシュウ酸水溶液が酸化剤（例えば、過酸化水素）を含んでいる理由は、シュウ酸鉄（II）二水和物がその浄化系配管２０の廃材６６に形成されることを防止するためである。

なお、除染槽３２内の各廃材６６の表面積（ｍ^２）に上記の２０μｍを乗じて溶解する廃材６６の体積を求め、これに廃材６６の密度を乗じて溶解する廃材６６の質量を算出し、算出された廃材６６の質量をシュウ酸水溶液の液量（シュウ酸水溶液の流量に廃材６６がシュウ酸水溶液に接触している時間を掛けて得られる値）で除することにより、廃材６６の溶解によってシュウ酸水溶液内で増加する鉄濃度を求めることができる。求められたこの鉄濃度は、廃材６６の表面に接触するシュウ酸水溶液の鉄濃度である。

除染槽３２内に置かれた、複数の廃材６６を収納した各籠を除染槽３２から順番に取り出す際に、各浄化系配管２０の廃材６６は、例えば、純水（洗浄液）で洗浄し、その純水は除染槽３２に回収される。すなわち、蓋が除染槽３２の上端から取り外され、除染槽３２内でシュウ酸水溶液に浸漬された、浄化系配管２０の複数の廃材６６を収納した籠が、順次、そのシュウ酸水溶液の液面よりも上方に引き上げられる。引き上げられた籠内の浄化系配管２０の複数の廃材６６は、除染槽３２の真上で、除染槽３２の真上に配置されたシャワーヘッドから噴出する純水により洗浄され、廃材６６の表面に付着したシュウ酸水溶液及び放射性核種が洗い流される。洗い流したシュウ酸水溶液及び放射性核種が含まれる純水は、除染槽３２内に落下する。

次に、還元除染液に紫外線を照射する(ステップＳ６)。再び、除染槽３２の上端に蓋を取り付けて、除染槽３２を封鎖する。弁４５及び３７を開いて循環ポンプ３４を駆動する。除染槽３２内のシュウ酸水溶液（還元除染液）は、循環配管３５に流入し、弁４５及び３７、及び開閉弁３８を通って除染槽３２に戻される。このシュウ酸水溶液は、第１閉ループ内を循環する。シュウ酸水溶液がこの第１閉ループ内で所定時間循環した後、弁５０及び５１を開いて弁４５を閉じる。このとき、弁５２及び５３は閉じている。

除染槽３２から循環配管３５に排出されたシュウ酸水溶液は、紫外線照射系配管４９によって紫外線照射装置４７及びフィルタ４８に、順次、供給され、弁４５の下流で循環配管３５に戻される。シュウ酸水溶液が紫外線照射装置４７を通過する際、そのシュウ酸水溶液は紫外線照射装置４７から紫外線を照射される。

シュウ酸鉄（II）二水和物を生成し、形成されたシュウ酸鉄（II）二水和物を除去する（ステップＳ７）。その紫外線照射により、前述の（１）式及び（２）式の反応が生じてシュウ酸水溶液に含まれるシュウ酸鉄（III）錯体（Ｆｅ^ＩＩＩ(Ｃ_２Ｏ_４)_３ ^３－）からシュウ酸鉄（II）二水和物が形成される。この結果、シュウ酸水溶液におけるシュウ酸鉄（II）二水和物の濃度が増加し、シュウ酸鉄（II）二水和物がシュウ酸水溶液中に析出する。シュウ酸水溶液に含まれる放射性核種（例えば、Ｃｏ－６０）は、析出したシュウ酸鉄（II）二水和物に取り込まれる。放射性核種が含まれて析出したシュウ酸鉄（II）二水和物を含むシュウ酸水溶液がフィルタ４８を通過する際に、そのシュウ酸鉄（II）二水和物がフィルタ４８で除去される。析出したシュウ酸鉄（II）二水和物が除去されたシュウ酸水溶液は、フィルタ４８から排出され、循環配管３５を通って除染槽３２に達する。紫外線の照射及び析出したシュウ酸鉄（II）二水和物の除去は、除染槽３２、循環配管３５及び紫外線照射系配管４９を含む閉ループ（以下、第２閉ループという）内をシュウ酸水溶液が循環しながら行われる。前述の紫外線の照射及び析出したシュウ酸鉄（II）二水和物の除去によって、第２閉ループ内を循環するシュウ酸水溶液の鉄濃度が、図５に示すシュウ酸鉄（II）二水和物の飽和溶解度の鉄濃度まで低下する。このシュウ酸鉄（II）二水和物の飽和溶解度の鉄濃度は、シュウ酸水溶液における、〇印で示される各シュウ酸濃度に対する、縦軸の全鉄濃度（ｐｐｍ）の値である。

還元除染剤（例えば、シュウ酸）を分解する（ステップＳ８）。析出したシュウ酸鉄（II）二水和物の除去による、還元除染液であるシュウ酸水溶液の鉄濃度の低下が終息した後、シュウ酸水溶液に含まれるシュウ酸の分解が開始される。ステップＳ７の工程においてシュウ酸鉄（II）二水和物が生成されるため、ステップＳ４の工程でシュウ酸水溶液に注入された過酸化水素（酸化剤）は、Ｆｅ^２＋との反応によって消滅する。このため、ステップＳ８の工程において、薬液タンク４０内の過酸化水素を紫外線照射装置４７の上流で紫外線照射系配管４９に注入する必要がある。

まず、弁５２を開いて弁５１を閉じる。そして、弁４３を閉じて弁５３を開き、注入ポンプ４１を駆動する。薬液タンク４０内の過酸化水素が、注入配管４２及び配管５４を通って、弁５０と紫外線照射装置４７との間で紫外線照射系配管４９に注入される。その過酸化水素は、具体的には、除染槽３２から循環配管３５を経て紫外線照射系配管４９に到達したシュウ酸水溶液に、紫外線照射装置４７の手前で注入される。

紫外線照射装置４７からの紫外線が、Ｆｅ^２＋及び過酸化水素を含むシュウ酸水溶液に照射される。この紫外線照射により、シュウ酸水溶液に含まれるＦｅ^２＋と過酸化水素が、（４）式で表されるフェントン反応を起こし、シュウ酸水溶液内でＯＨラジカルが生成される。生成されたＯＨラジカルが、（５）式で示すように、シュウ酸と反応し、シュウ酸水溶液に含まれるシュウ酸を二酸化炭素に酸化分解する。

なお、Ｆｅ^２＋は、浄化系配管２０の内面に形成されたシュウ酸鉄（II）二水和物を除去した際に、その飽和溶解度に相当するＦｅ^２＋がシュウ酸水溶液中に残留することによって存在しているものである。このＦｅ^２＋と注入された過酸化水素との（４）式に示す反応により生成されたＯＨラジカルにより、シュウ酸水溶液に含まれるシュウ酸が分解され、シュウ酸水溶液のシュウ酸濃度が低下する。シュウ酸濃度の低下に伴ってシュウ酸水溶液に含まれる鉄イオンが水酸化鉄の形態でシュウ酸水溶液中に析出し始める。そこで、注入ポンプ４１を停止して弁５３を閉じて過酸化水素のシュウ酸水溶液への注入を停止し、シュウ酸分解後に残留するシュウ酸を含むシュウ酸水溶液に含まれる鉄イオンの浄化を始める。

カチオン樹脂塔に通水する（ステップＳ９）。弁５７及び５８を開いて弁３７を閉じ、循環配管３５、及び紫外線照射系配管４９内を流れる水溶液を、配管５９を通してカチオン樹脂塔５６に供給する。このため、紫外線照射装置４７による、Ｆｅ^３＋を含むシュウ酸水溶液への紫外線照射により、そのＦｅ^３＋から生成されたＦｅ^２＋が、カチオン樹脂塔５６内に存在する陽イオン交換樹脂に吸着されてシュウ酸水溶液から除去される。水溶液が、除染槽３２、循環配管３５、紫外線照射系配管４９及び配管５９を含む閉ループ（以下、第３閉ループという）を循環している間、シュウ酸水溶液に含まれるＦｅ^２＋がカチオン樹脂塔５６によりが除去される。

シュウ酸水溶液を浄化する（ステップＳ１０）。Ｆｅ^２＋がカチオン樹脂塔５６で除去されてシュウ酸水溶液に含まれるＦｅ^２＋が減少すると、そのシュウ酸水溶液に過酸化水素を注入しても（４）式の反応が生じなくなる。このため、加熱器３３への通電を停止し、弁６２及び６３を開いて弁５７及び５８を閉じることにより、シュウ酸水溶液をカチオン樹脂塔５６ではなく混床樹脂塔６１に供給する。混床樹脂塔６１に供給される前に、シュウ酸水溶液は、冷却器６０で冷却されて温度が低下する。温度が所定の温度まで低下したシュウ酸水溶液に残留するシュウ酸、陽イオン及び陰イオンが、混床樹脂塔６１内の陽イオン交換樹脂及び陰イオン交換樹脂に吸着されて除去される。このようにして、除染槽３２、循環配管３５及び紫外線照射系配管４９等内に残留するシュウ酸水溶液の浄化が実施される。

廃液を処理する（ステップＳ１１）。上記の浄化工程が終了した後、ポンプ（図示せず）を有する高圧ホース（図示せず）により循環配管３５と廃液処理装置（図示せず）を接続する。浄化工程の終了後に、除染槽３２、循環配管３５及び紫外線照射系配管４９等内に残留する、放射性廃液である水溶液は、そのポンプを駆動して循環配管３５から高圧ホースを通して廃液処理装置（図示せず）に排出され、廃液処理装置で処理される。除染槽３２、循環配管３５及び紫外線照射系配管４９等内の水溶液が排出された後、洗浄水を除染槽３２、循環配管３５及び紫外線照射系配管４９等内に供給し、循環ポンプ３４を駆動してこれらの配管内を洗浄する。洗浄終了後、除染槽３２、循環配管３５及び紫外線照射系配管４９等内の洗浄水を、上記の廃液処理装置に排出する。

本実施例によれば、各浄化系配管２０の廃材６６の内外面に形成されたシュウ酸鉄(II)二水和物に、酸化剤、例えば、過酸化水素を含むシュウ酸水溶液を接触させることにより、シュウ酸鉄(II)二水和物に含まれるＦｅ^２＋を過酸化水素によって酸化させてＦｅ^３＋にし、そのシュウ酸鉄（II）二水和物がシュウ酸鉄（III）錯体としてシュウ酸水溶液中に溶解する。このため、形成されたシュウ酸鉄（II）二水和物を各浄化系配管２０の廃材６６の内外面から除去し、シュウ酸水溶液による各浄化系配管２０の廃材６６の内外面の還元除染、特に、放射性核種を含む酸化皮膜が形成された各浄化系配管２０の廃材６６内面の還元除染を促進させることができる。

さらに、本実施例では、シュウ酸水溶液をイオン交換樹脂に接触させる前において、シュウ酸鉄（III）錯体を含むシュウ酸水溶液に紫外線を照射することにより、シュウ酸鉄（III）錯体からシュウ酸鉄（II）二水和物が生成される。シュウ酸水溶液におけるシュウ酸鉄（II）二水和物の濃度が増加し、シュウ酸鉄（II）二水和物が微粒子となってシュウ酸水溶液中に析出する。シュウ酸鉄（II）二水和物の析出によって、シュウ酸水溶液の陽イオン（例えば、Ｆｅ^２＋）濃度が減少し、陽イオン交換樹脂に吸着される陽イオンの量が減少する。このため、陽イオン交換樹脂の寿命が伸び、陽イオン交換樹脂の使用量を低減することができる。なお、析出したシュウ酸鉄（II）二水和物は、陽イオン交換樹脂に吸着されない。

シュウ酸水溶液に含まれた放射性核種が析出したシュウ酸鉄（II）二水和物に取り込まれているため、シュウ酸水溶液に含まれた、実質的に陽イオンである放射性核種が析出したシュウ酸鉄（II）二水和物と共にフィルタ４８によって除去される。この結果、シュウ酸水溶液の放射性核種濃度が減少し、シュウ酸水溶液の線量を低下することができる。シュウ酸鉄（II）二水和物に取り込まれる放射性核種は実質的に陽イオンであるため、陽イオン交換樹脂に吸着される放射性核種のイオンの量も減少し、陽イオン交換樹脂の寿命が伸びる。このため、陽イオン交換樹脂の使用量をさらに低減することができる。

本実施例によれば、シュウ酸及び酸化剤の共存により浄化系配管２０の廃材６６の母材を深く（例えば、２０μｍ）溶解することが可能となる。この溶解によりシュウ酸水溶液に溶出した溶解してきた鉄の大部分をイオン交換樹脂を使わずにシュウ酸水溶液から分離することが可能となり、イオン交換樹脂の廃棄物発生量を抑制することができる。

実施例１では、フィルタ４８をカチオン樹脂塔５６の上流側に配置して、析出したシュウ酸鉄(II)二水和物がフィルタ４８で除去されたシュウ酸水溶液をカチオン樹脂塔５６に供給している。カチオン樹脂塔５６の上流側に配置されたフィルタ４８によって除去される、析出したシュウ酸鉄(II)二水和物の量が多くなり、シュウ酸水溶液と共に、カチオン樹脂塔５６に流入するシュウ酸鉄(II)二水和物が少なくなる。カチオン樹脂塔５６に流入するシュウ酸水溶液に含まれる、Ｆｅ^２＋等の陽イオンの量も少ないため、カチオン樹脂塔５６内で陽イオン交換樹脂に吸着される陽イオン（例えば、Ｆｅ^２＋、及び放射性核種の陽イオン等）の量が減少し、その陽イオン交換樹脂の寿命が伸びる。

このように、カチオン樹脂塔５６の上流側にフィルタ４８を配置するのではなく、フィルタ４８をカチオン樹脂塔５６の下流に配置してもよい。このフィルタ４８は、例えば、カチオン樹脂塔５６の下流であって配管６４と循環配管３５の接続点と開閉弁３８との間で循環配管３５に設置される。カチオン樹脂塔５６の下流にフィルタ４８を配置した場合でも、カチオン樹脂塔５６の上流で析出してカチオン樹脂塔５６に流入したシュウ酸鉄(II)二水和物が、カチオン樹脂塔５６内の陽イオン交換樹脂に吸着されず、カチオン樹脂塔５６の下流に存在するフィルタ４８で除去されるため、その陽イオン交換樹脂に吸着される陽イオンの量が減少し、陽イオン交換樹脂の使用量が低減される。

しかしながら、カチオン樹脂塔５６の下流にフィルタ４８を配置した場合には、シュウ酸鉄（II）二水和物の微粒子及びＦｅ^２＋を含むシュウ酸水溶液がカチオン樹脂塔５６に供給されると、初めに、そのＦｅ^２＋が、カチオン樹脂塔５６内の陽イオン交換樹脂層における陽イオン交換樹脂のＨ^＋とイオン交換されて陽イオン交換樹脂に補足され、シュウ酸水溶液から除去される。Ｆｅ^２＋が補足されることにより、陽イオン交換樹脂層内のその陽イオン交換樹脂の下流において、シュウ酸水溶液のＦｅ^２＋濃度が低下する。すると、シュウ酸水溶液に含まれる微粒子のシュウ酸鉄（II）二水和物からシュウ酸水溶液にＦｅ^２＋が供給される。このＦｅ^２＋も、陽イオン交換樹脂層内でさらに下流側に存在する陽イオン交換樹脂のＨ^＋とイオン交換され、この陽イオン交換樹脂に捕捉される。その陽イオン交換樹脂層において、シュウ酸水溶液に含まれるＦｅ^２＋と陽イオン交換樹脂のＨ^＋とのイオン交換、及びシュウ酸水溶液に含まれるシュウ酸鉄（II）二水和物からシュウ酸水溶液へのＦｅ^２＋の供給が繰り返され、陽イオン交換樹脂層内の陽イオン交換樹脂のイオン交換容量が、陽イオン交換樹脂に吸着されるＦｅ^２＋で消費される。このため、フィルタ４８をカチオン樹脂塔５６の下流に配置した場合には、フィルタ４８をカチオン樹脂塔５６の上流に配置した場合よりも、カチオン樹脂塔５６内の陽イオン交換樹脂の使用量が増加する。このため、フィルタ４８は、カチオン樹脂塔５６の下流側よりも、カチオン樹脂塔５６の上流側に配置することが望ましい。

なお、フィルタ４８をカチオン樹脂塔５６の下流に配置することによって、析出したシュウ酸鉄(II)二水和物を含むシュウ酸水溶液が、フィルタ４８よりも前にカチオン樹脂塔５６に流入する。析出したシュウ酸鉄(II)二水和物は、イオンではないため、カチオン樹脂塔５６内の陽イオン交換樹脂には吸着されない。その析出したシュウ酸鉄(II)二水和物の一部は、カチオン樹脂塔５６内の陽イオン交換樹脂層で捕捉され、シュウ酸水溶液から除去される可能性がある。析出したシュウ酸鉄(II)二水和物の大部分は、シュウ酸水溶液と共に、カチオン樹脂塔５６内の陽イオン交換樹脂層を通過してカチオン樹脂塔５６から排出される。カチオン樹脂塔５６から排出されたシュウ酸水溶液に含まれた、析出したシュウ酸鉄(II)二水和物は、循環配管３５に設置された、前述のフィルタ４８によって除去される。

本実施例では、ステップＳ８の工程（還元除染剤（例えば、シュウ酸）の分解）で、「酸化剤の注入」及び「紫外線照射」によって、シュウ酸を分解している。「還元除染剤の分解」としては、触媒及び酸化剤を用いる方法が知られている（例えば、特開２０１８－４８８３１号公報参照）。特開２０１８－４８８３１号公報は、段落００７８～段落００９１に、炭素鋼製の浄化系配管に対して実施される、シュウ酸水溶液を用いた還元除染について説明している。シュウ酸水溶液による、浄化系配管の内面に形成された酸化皮膜の溶解によりシュウ酸水溶液において濃度が増加した放射性核種及びＦｅ^２＋は、カチオン樹脂塔内で陽イオン交換樹脂に吸着されて除去される。カチオン樹脂塔内での放射性核種及びＦｅ^２＋の除去が終了した後、シュウ酸水溶液に含まれるシュウ酸は、分解装置内で触媒（例えば、ルテニウム）及び別途供給される過酸化水素の作用により分解される。シュウ酸の分解工程においても、分解装置から排出された、シュウ酸濃度が低下したシュウ酸水溶液が浄化系配管の内面と接触し、その内面にシュウ酸鉄（II）二水和物を形成する。このシュウ酸鉄（II）二水和物を溶解するために、分解装置への過酸化水素の供給量が増加される。シュウ酸水溶液中の増量した過酸化水素によって、浄化系配管の内面に形成されたそのシュウ酸鉄（II）二水和物はシュウ酸鉄（III）錯体になってシュウ酸水溶液に溶解する。シュウ酸鉄（III）錯体に含まれるＦｅ^３＋が分解装置内で触媒に付着するため、触媒の、シュウ酸水溶液と接触する表面積が減少し、シュウ酸の分解率が低下する。

しかしながら、触媒を使用しない本実施例では、酸化剤（例えば、過酸化水素）が注入されたシュウ酸水溶液に紫外線を照射してシュウ酸水溶液に含まれるシュウ酸を分解するため、触媒へのＦｅ^３＋の付着によるシュウ酸の分解率の低下といった問題が生じない。したがって、本実施例におけるシュウ酸の分解率は、触媒を用いた特開２０１８－４８８３１号公報におけるシュウ酸の分解率よりも高くなる。

ＢＷＲプラント１の廃止措置により発生する炭素鋼部材の廃材だけでなく、ＢＷＲプラント１から取り外された炭素鋼部材の廃材に対しても、実施例１の原子力プラントの炭素鋼部材の化学除染方法が適用される。

ＢＷＲプラント１の運転停止期間における保守点検において、原子炉圧力容器３に連絡される或る炭素鋼製の配管（例えば、浄化系配管２０）の一部が、損傷または減肉等の理由により補修が必要だと判断される場合がある。例えば、浄化系配管２０の損傷箇所の補修作業では、浄化系配管２０の、損傷部分を含むある範囲が切断して取り外され、浄化系配管２０の取り外された部分に新たな配管が溶接で接続される。浄化系配管２０から切断されて取り外された配管は、炭素鋼部材の廃材、すなわち、浄化系配管２０の廃材６６となる。この浄化系配管２０の廃材６６に対して、化学除染装置３１を用い、実施例１におけるステップＳ１ないしＳ１１の各工程が実施される。

さらに、ＢＷＲプラント１の運転停止期間における保守点検において、ＢＷＲプラント１における炭素鋼製の配管系に対して改造が実施される場合がある。この配管系の改造の例としては、運転を経験したＢＷＲプラント１において、耐震補強の新たなサポートを設置するために炭素鋼製の配管系の設置ルートを変更する場合、及び被曝線源となる炭素鋼製の配管系の配管長を短縮する場合等が考えられる。配管系の設置ルートの変更及び配管系の配管長の短縮のそれぞれの場合も、設置ルートの変更前の配管系及び配管長の短縮前の配管系において取り外される配管の部分が生じる。それらの取り外された配管の部分は、炭素鋼部材の廃材、すなわち、炭素鋼製配管の廃材６６となる。この炭素鋼製配管の廃材６６に対して、化学除染装置３１を用い、実施例１におけるステップＳ１ないしＳ１１の各工程が実施される。

補修作業においてＢＷＲプラント１から取り外された浄化系配管２０の廃材６６、及び配管系の設置ルートの変更及び配管系の配管長の短縮等によりＢＷＲプラント１から取り外された炭素鋼製配管の廃材６６等の炭素鋼部材の廃材に対しては、後述の実施例２ないし４の各実施例を適用することが可能である。

本発明の好適な他の実施例である、沸騰水型原子力プラントから発生する炭素鋼部材の廃材の除染に適用される実施例２の原子力プラントの炭素鋼部材の化学除染方法を、図６を用いて説明する。その炭素鋼部材の廃材（例えば、炭素鋼製配管の廃材）は、沸騰水型原子力プラントの廃止措置、または、沸騰水型原子力プラントの炭素鋼部材の交換作業において、既設の炭素鋼部材の切断除去により発生する。

本実施例の炭素鋼部材の化学除染方法に用いられる化学除染装置は、実施例１で用いられる化学除染装置３１（図３参照）と同じである。

本実施例の原子力プラントの炭素鋼部材の化学除染方法は、実施例１の原子力プラントの炭素鋼部材の化学除染方法において、形成されたシュウ酸鉄（II）二水和物の除去工程（ステップＳ７）と還元除染剤の分解工程（ステップＳ８）の間に、炭素鋼廃材の追加判定工程（ステップＳ１２）を追加したものである。

実施例１と同様に、廃止措置の対象となるＢＷＲプラント１から取り外された浄化系配管２０が、所定の長さに切断されて除染槽３２内に収納され（ステップＳ１）、除染槽３２が蓋によって密封される。その後、実施例１で実施されるステップＳ２ないしステップＳ５の各工程が、本実施例でも実施される。ステップＳ３の工程では、シュウ酸鉄（II）二水和物として除去されたシュウ酸を補うため、蓋に設けられた投入口から除染槽３２内にシュウ酸を供給する。ステップＳ４の工程において、酸化剤注入装置３９から循環配管３５内に過酸化水素が注入される。ステップＳ５の工程では、シュウ酸水溶液による還元除染が実施された浄化系配管２０の廃材６６が、除染槽３２から取り出される。浄化系配管２０の廃材６６が除染槽３２から取り出された後、除染槽３２が蓋で密封される。

ステップＳ６の工程において、紫外線照射装置４７からシュウ酸水溶液に紫外線を照射する。ステップＳ７において、紫外線照射により、シュウ酸水溶液に含まれるシュウ酸鉄（III）錯体からシュウ酸鉄（II）二水和物が形成され、やがて、シュウ酸水溶液内でシュウ酸鉄（II）二水和物が析出する。析出されたシュウ酸鉄（II）二水和物は、フィルタ４８によって除去される。

追加の炭素鋼廃材が存在する場合には、ステップＳ１２の判定が「有り」となり、ステップＳ１で、除染槽３２の蓋を取り外し追加の複数の浄化系配管２０の廃材６６が除染槽３２内に収納される。その後、除染槽３２が蓋で密封され、ステップＳ２ないしＳ７の各工程が、再度、実施される。追加の炭素鋼廃材が存在しない場合には、ステップＳ１２の判定が「無し」となり、ステップＳ８ないしＳ１１の各工程が実施される。

本実施例は、実施例１で生じる各効果を得ることができる。本実施例では、原子力プラントの廃止措置で発生した炭素鋼部材の廃材がなくなるまで、化学除染装置３１を用いて、除染槽３２内に炭素鋼部材の廃材（例えば、浄化系配管２０の廃材６６）を収納しながらその廃材に対する還元除染を継続することができる。このため、除染槽３２内に収納した炭素鋼部材の廃材に対する還元除染に使用したシュウ酸を、次の、除染槽３２内に新たに収納された炭素鋼部材の還元除染に再利用することができ、本実施例は、全体としてのシュウ酸の使用量を低減することができる。

本発明の好適な他の実施例である、沸騰水型原子力プラントから発生する炭素鋼部材の廃材の除染に適用される実施例３の原子力プラントの炭素鋼部材の化学除染方法を、図７を用いて説明する。その炭素鋼部材の廃材（例えば、浄化系配管２０の廃材６６）は、沸騰水型原子力プラントの廃止措置、または、沸騰水型原子力プラントの炭素鋼部材の交換作業において、既設の炭素鋼部材の切断除去により発生する。

本実施例の、化学除染装置３１を用いた原子力プラントの炭素鋼部材の化学除染方法では、実施例１と同様に、ステップＳ１ないしＳ４の各工程を実施する。ステップＳ４の工程が終了した後、実施例１で実施されるステップＳ６ないしＳ８の各工程を実施し、新たな工程であるステップＳ１３及びＳ１４の各工程を、順次、実施する。そして、ステップＳ１４の工程を終了した後、前述のステップＳ９及びＳ１０の各工程を実施し、さらに、前述のステップＳ５及びＳ１１を実施する。本実施例では、ステップＳ４の工程（酸化剤の注入）が終了しても、浄化系配管２０の廃材６６は除染槽３２内に収納されたままであり、この状態で、ステップＳ６ないしＳ８、Ｓ１３、Ｓ１４、Ｓ９及びＳ１０の各工程が実施される。

ステップＳ８の工程（シュウ酸の分解）が終了した後に、ステップＳ１３の工程（酸化剤の注入）が実施される。ステップＳ８の工程でのシュウ酸の分解が終了した後に、除染槽３２内の各浄化系配管２０の廃材６６の表面に析出しているシュウ酸鉄（II）二水和物を除去するために、シュウ酸が分解されて除去されたシュウ酸水溶液に、ステップＳ４の工程と同様に、酸化剤注入装置３９から過酸化水素を注入する。注入された過酸化水素により、シュウ酸鉄（II）二水和物のＦｅ^２＋がＦｅ^３＋に酸化され、シュウ酸鉄（II）二水和物がシュウ酸鉄（III）錯体としてシュウ酸水溶液に溶解する。

ステップＳ１３の工程では、開閉弁３６，４５及び３７、及び開閉弁３８以外の全ての弁を閉じ、循環ポンプ３４を駆動して除染槽３２のシュウ酸水溶液を除染槽３２及び循環配管３５を含む閉ループ内で循環させる。弁４３を開いて注入ポンプ４１を駆動し、薬液タンク４０内の過酸化水素を、循環配管３５内を流れる９０℃のシュウ酸水溶液に注入する。

シュウ酸鉄（III）錯体のＦｅ^３＋は、加水分解を起こして水酸化鉄（III）を生成する。水酸化鉄（III）はシュウ酸水溶液中に析出し、析出した水酸化鉄（III）はフィルタ４８で除去される（ステップＳ１４）。このとき、フィルタ４８にシュウ酸鉄（II）二水和物が付着していると、このシュウ酸鉄（II）二水和物からシュウ酸水溶液にＦｅ^２＋が溶出する。このため、そのフィルタ４８を新品のフィルタ４８に交換する。

酸化剤の注入によって除染槽３２内の各浄化系配管２０の廃材６６に形成されたシュウ酸鉄（II）二水和物が除去された後、除染槽３２の蓋を取り外し、各浄化系配管２０の廃材６６を除染槽３２から取り出す（ステップＳ５）。除染槽３２からの浄化系配管２０の廃材６６の取出しが終了した後、除染槽３２、及び循環配管３５等内の残っている、放射性廃液となる水溶液を実施例１と同様に排出する（ステップＳ１１）。

本実施例は実施例１で生じる各効果を得ることができる。

本発明の好適な他の実施例である、沸騰水型原子力プラントから発生する炭素鋼部材の廃材の除染に適用される実施例４の原子力プラントの炭素鋼部材の化学除染方法を、図８を用いて説明する。その炭素鋼部材の廃材（例えば、浄化系配管２０の廃材６６）は、沸騰水型原子力プラントの廃止措置、または、沸騰水型原子力プラントの炭素鋼部材の交換作業において、既設の炭素鋼部材の切断除去により発生する。

本実施例の原子力プラントの炭素鋼部材の化学除染方法では、実施例１で実施されるステップＳ１ないしＳ１１の各工程（図１参照）が実施される。本実施例の炭素鋼部材の化学除染方法に用いられる化学除染装置３１Ａを、図８を用いて説明する。

化学除染装置３１Ａは、化学除染装置３１における酸化剤注入装置３９の薬液タンク４０と循環配管３５の注入配管４２による接続を取り止め、酸素注入装置６７を設けた構成を有する。化学除染装置３１Ａの他の構成は化学除染装置３１と同じである。ただし、化学除染装置３１Ａでは、酸化剤注入装置３９の、薬液タンク４０に接続された注入配管４２は、弁５０と紫外線照射装置４７の間で紫外線照射系配管４９に接続されている。

本実施例で用いる化学除染装置３１Ａは、酸化剤注入装置３９として酸素注入装置６７を備えている。酸素注入装置６７は、酸素充填装置（例えば、酸素ボンベ）６８、注入配管７０及び散気管７１を有する。散気管７１は、除染槽３２内で除染槽３２の底面付近に配置される。散気管７１には、酸素を噴出させる多数の噴出孔が形成される。酸素充填装置６８と散気管７１は、弁６９を設けた注入配管７０で接続されている。

化学除染装置３１Ａを用いた、本実施例の原子力プラントの炭素鋼部材の化学除染方法を、具体的に以下に説明する。

図１に示すステップＳ１ないしＳ３の各工程が、順次、実施される。次に実施される酸化剤の注入工程（ステップＳ４）では、酸化剤として、実施例１で用いた過酸化水素の替りに酸素が用いられる。酸素注入装置６７の弁６９を開いて酸素充填装置６８内の酸素を注入配管７０を通して散気管７１に供給する。散気管７１に達した酸素は、散気管７１に形成された多数の噴出孔から、除染槽３２内に充填されて複数の浄化系配管２０の廃材６６が浸漬されたシュウ酸水溶液内に噴射される。噴射された酸素は、除染槽３２内のシュウ酸水溶液に溶解する。シュウ酸水溶液に溶解した酸素は、前述の過酸化水素と同様に、シュウ酸水溶液による還元除染で浄化系配管２０の廃材６６の表面に形成されたシュウ酸鉄（II）二水和物を溶解させる。その表面に形成されたシュウ酸鉄（II）二水和物が溶解して除去されると、シュウ酸水溶液による浄化系配管２０の廃材の還元除染が促進される。

そして、ステップＳ５ないしＳ１１の各工程が実施され、本実施例の炭素鋼部材の化学除染方法は終了する。

本実施例は、実施例１で生じる各効果を得ることができる。

酸化剤注入装置３９として酸素注入装置６７の替りにオゾン注入装置を用いてもよい。オゾン注入装置は、酸素注入装置６７において酸素充填装置６８の替りにオゾン充填装置を備えた構成を有する。オゾン注入装置の他の構成は、酸素注入装置６７と同じである。

オゾン注入装置を備えた化学除染装置（オゾン注入装置以外の構成は化学除染装置３１と同じ）を用いて原子力プラントの炭素鋼部材の化学除染方法を実施する場合には、ステップＳ４において、弁６９を開いてオゾン充填装置内のオゾンを注入配管７０を通して散気管７１に供給し、散気管７１に形成された多数の噴出孔から除染槽３２内のシュウ酸水溶液に噴射される。噴射されてシュウ酸水溶液に溶解したオゾンは、浄化系配管２０の廃材の表面に形成されたシュウ酸鉄（II）二水和物を溶解させる。そのシュウ酸鉄（II）二水和物の溶解により、シュウ酸水溶液による浄化系配管２０の廃材の還元除染が促進される。

本発明の好適な他の実施例である、実施例５の原子力プラントの炭素鋼部材の化学除染方法を、図９、図１０及び図１１を用いて説明する。本実施例の原子力プラントの炭素鋼部材の化学除染方法は、沸騰水型原子力発電プラント（ＢＷＲプラント）の、炭素鋼製の浄化系配管（炭素鋼部材）に適用される。

ＢＷＲプラント１の、例えば、浄化系配管２０（図１０参照）の化学除染に用いられる化学除染装置３１Ｂの詳細な構成を、図１１を用いて説明する。

化学除染装置３１Ｂは、循環配管７６、サージタンク９０、加熱器３３、循環ポンプ３４及び３４Ａ、酸化剤注入装置３９、冷却器６０、カチオン樹脂塔５６、混床樹脂塔６１、エゼクタ８６及びホッパ８７を備える。

開閉弁３６、循環ポンプ３４、弁４５，７７及び７８、サージタンク９０、循環ポンプ３４Ａ、弁７９及び開閉弁３８が、上流よりこの順に循環配管７６に設けられている。弁４５をバイパスする紫外線照射系配管４９が、循環配管７６に接続される。弁５０、紫外線照射装置４７、フィルタ４８及び弁５１が、この順番で上流から下流に向かって紫外線照射系配管４９に設置される。フィルタ４８及び弁５１をバイパスする配管５５の一端が紫外線照射装置４７とフィルタ４８の間で紫外線照射系配管４９に接続され、配管５５の他端が、循環配管７６の、弁４５よりも下流側の部分と紫外線照射系配管４９の接続点と、弁７７よりも上流の、循環配管７６と配管８１の接続点の間で、循環配管７６に接続される。

弁７７をバイパスして両端が循環配管７６に接続される配管８１には、冷却器６０及び弁８０が設置される。両端が循環配管７６に接続されて弁７８をバイパスする配管８３に、カチオン樹脂塔５６及び弁８２が設置される。両端が配管８３に接続されてカチオン樹脂塔５６及び弁８２をバイパスする配管８５に、混床樹脂塔６１及び弁８４が設置される。カチオン樹脂塔５６は陽イオン交換樹脂を充填しており、混床樹脂塔６１は陽イオン交換樹脂及び陰イオン交換樹脂を充填している。

サージタンク９０が、循環配管７６と配管８３の接続点と循環ポンプ３４Ａの間で循環配管７６に設置される。加熱器３３がサージタンク９０内に配置される。弁８９及びエゼクタ８６が設けられる配管８８の一端が弁７９と循環ポンプ３４Ａの間で循環配管７６に接続され、さらに、配管８８の他端がサージタンク９０に接続される。シュウ酸（還元除染剤）をサージタンク９０内に供給するためのホッパ８７がエゼクタ８６に設けられる。

酸化剤注入装置３９の薬液タンク４０が注入ポンプ４１及び弁４３を有する注入配管４２の一端に接続され、注入配管４２の他端は弁７９と開閉弁３８の間で循環配管７６に接続される。過酸化水素が薬液タンク４０内に充填される。弁５３を有する配管５４の一端が、注入ポンプ４１と弁４３の間で注入配管４２に接続される。配管５４の他端が、紫外線照射装置４７と弁５０の間で紫外線照射系配管４９に接続される。

ｐＨ計５０Ａが注入配管４２と循環配管７６の接続点と開閉弁３８の間で循環配管７６に取り付けられる。弁４６を設けた配管４４の一端部が、ｐＨ計５０Ａと開閉弁３８の間で循環配管７６に接続される。配管４４の他端部が、開閉弁３６と循環ポンプ３４の間で循環配管７６に接続される。

ＢＷＲプラント１は、１サイクルの運転サイクルでの運転が終了した後に停止される。ＢＷＲプラント１の運転停止期間において、ＲＰＶ３に連絡されてＢＷＲプラント１が運転されているときにＲＰＶ３内の炉水（冷却水）が供給される浄化系配管２０の内面に対して還元除染が実施される。ＢＷＲプラント１の運転停止期間における浄化系配管２０に対する還元除染を、図９を用いて説明する。本実施例における浄化系配管２０を対象とする、原子力プラントの炭素鋼部材の化学除染方法では、図９に示されたステップＳ１５，Ｓ２ないしＳ４，Ｓ１６，Ｓ６ないしＳ１１及びＳ１７の各工程が実施される。

化学除染対象の炭素鋼製の配管系に、化学除染装置を接続する（ステップＳ１）。ＢＷＲプラント１の運転が停止されているときに、化学除染対象の、例えば、浄化系配管２０に設置された弁７３のボンネットを開放して再循環系配管６側を封鎖する。化学除染装置３１Ｂの循環配管７６の開閉弁３８側の一端部が弁７３３のフランジに接続される。さらに、浄化系ポンプ２１と再生熱交換器２２の間で浄化系配管２０に設置された弁７４のボンネットを開放して再生熱交換器２２側を封鎖する。循環配管７６の開閉弁３６側の他端部が、弁７４のフランジに接続される。循環配管７６の両端が浄化系配管２０に接続され、浄化系配管２０及び循環配管７６を含む閉ループ（以下、第５閉ループという）が形成される。

その後、実施例１と同様に、ステップＳ２ないしＳ４の各工程が実施される。ステップＳ２では、開閉弁３６、弁４５，７７，７８及び７９及び開閉弁３８を開いて循環ポンプ３４及び３４Ａを駆動し、水を第５閉ループ内で循環させる。加熱器３３でサージタンク９０内の水を加熱し、その第５閉ループ内を循環する水の温度を９０℃まで上昇させる。弁８９を開いて循環配管７６内を流れる水の一部を配管８８内に導いてサージタンク９０に供給する。

ステップＳ３では、ホッパ８７内にシュウ酸を投入し、このシュウ酸をエゼクタ８６の作用により配管８８内を流れる９０の水に供給する。シュウ酸を含む水がサージタンク９０内に流入し、シュウ酸がサージタンク９０内で水に溶解する。シュウ酸の溶解によって、サージタンク９０内で９０のシュウ酸水溶液（還元除染液）がサージタンク９０内で生成される。このシュウ酸水溶液が浄化系配管２０の内面と接触し、その内面に対して還元除染が実施される。この還元除染によって、浄化系配管２０の内面に形成された、放射性核種を含む酸化皮膜が溶解され、浄化系配管２０の内面から除去される。

還元除染液に酸化剤を注入する（ステップＳ４）。実施例１と同様に、弁５３を閉じた状態で弁４３を開け、注入ポンプを駆動する。薬液タンク４０内の過酸化水素が、注入配管４２を通って循環配管７６内を流れるシュウ酸水溶液に注入される。過酸化水素を含む９０℃のシュウ酸水溶液は、循環配管７６から浄化系配管２０内に供給される。シュウ酸水溶液に含まれる過酸化水素は、浄化系配管２０の内面に形成されたシュウ酸鉄(II)二水和物を溶解する。シュウ酸鉄(II)二水和物の溶解に伴い、シュウ酸水溶液による浄化系配管２０の内面の還元除染が促進される。

シュウ酸水溶液による浄化系配管２０の内面への還元除染により、浄化系配管２０の内面に形成された酸化皮膜の溶解に伴ってこの酸化皮膜に含まれていたＣ０－６０等の放射性核種も、浄化系配管２０内を流れるシュウ酸水溶液全体に拡散する。浄化系配管２０の外部に配置された後述の放射線検出器７５は、浄化系配管２０から放射される放射線を測定するが、主に、放射線検出器７５から一番近い浄化系配管２０の内面の線量率を測定することになる。放射性核種がシュウ酸水溶液内に拡散すると、シュウ酸水溶液内における放射性核種の濃度は均一になる。還元除染による浄化系配管２０内面の線量率が低減され、放射性核種の上記した拡散により放射線検出器７５に近い浄化系配管２０内面付近におけるシュウ酸水溶液の放射性核種濃度は低減され、そして、シュウ酸水溶液内の、放射線検出器７５から遠い位置に存在する放射性核種からの放射線はシュウ酸水溶液に含まれる水で遮へいされるため、放射線検出器７５で検出されたその線量率が低減される。

還元除染液に紫外線を照射する(ステップＳ６)。放射線検出器７５で検出された、浄化系配管２０の還元除染対象部の線量率が設定線量率以下に低減したとき、弁５０及び５１を開いて弁４５を閉じる。このとき、弁５２及び５３は閉じている。浄化系配管２０から循環配管７６に戻されたシュウ酸水溶液は、紫外線照射系配管４９によって紫外線照射装置４７に導かれる。紫外線照射装置４７から放出される紫外線がそのシュウ酸水溶液に照射される。

シュウ酸鉄（II）二水和物を生成し、形成されたシュウ酸鉄（II）二水和物を除去する（ステップＳ７）。その紫外線照射により、実施例１と同様に、シュウ酸水溶液に含まれるシュウ酸鉄（III）錯体から、放射性核種が取り込まれたシュウ酸鉄（II）二水和物が生成される。シュウ酸水溶液のシュウ酸鉄（II）二水和物濃度の増加によりシュウ酸水溶液中に析出し、放射性核種を含むシュウ酸鉄（II）二水和物がフィルタ４８で除去される。シュウ酸鉄（II）二水和物濃度が低下したシュウ酸水溶液は、フィルタ４８から排出され、循環配管７６によって浄化系配管２０に供給される。紫外線の照射及び析出したシュウ酸鉄（II）二水和物の除去は、浄化系配管２０、循環配管７６及び紫外線照射系配管４９を含む閉ループ（以下、第６閉ループという）内をシュウ酸水溶液が循環しながら行われる。この第６閉ループ内を循環するシュウ酸水溶液の鉄濃度は、前述のシュウ酸鉄（II）二水和物の飽和溶解度の鉄濃度まで低下する。

化学除染装置３１Ｂを用いた本実施例における炭素鋼部材の化学除染方法では、ＲＰＶ３に連絡された系統配管、例えば、浄化系配管２０の内面に対して還元除染が実施される。その還元除染の目的は、炭素鋼製の浄化系配管２０の内面に形成されている、Ｃｏ－６０等の放射性核種を含む酸化皮膜を、シュウ酸水溶液により溶解して浄化系配管２０の内面から除去することである。シュウ酸水溶液を用いて浄化系配管２０の内面を還元除染すると、浄化系配管２０が炭素鋼製であるが故に、シュウ酸鉄（II）二水和物が浄化系配管２０の内面に形成され、この内面がシュウ酸鉄（II）二水和物で覆われる。その内面へのシュウ酸鉄（II）二水和物の形成は、シュウ酸水溶液による、浄化系配管２０の内面の還元除染の停滞をもたらし、浄化系配管２０の線量率の低下が抑制される。

このため、ステップＳ４の工程で酸化剤、例えば、過酸化水素を注入し、この過酸化水素を含むシュウ酸水溶液を浄化系配管２０の内面に形成されたシュウ酸鉄（II）二水和物に接触させてこのシュウ酸鉄（II）二水和物を溶解して除去することにより、浄化系配管２０の内面の還元除染が促進され、浄化系配管２０の線量率が低減される。浄化系配管２０の還元除染対象部の線量率が設定線量率以下に低減し、浄化系配管２０の還元除染の目的が達成した後に、「シュウ酸水溶液への紫外線の照射」（ステップＳ６の工程）及び「シュウ酸鉄（II）二水和物の生成及び除去」（ステップＳ７の工程）が実施される。

還元除染剤（例えば、シュウ酸）を分解する（ステップＳ８）。シュウ酸水溶液の鉄濃度の低下が終息した後、シュウ酸水溶液に含まれるシュウ酸の分解が開始される。まず、弁５２を開いて弁５１を閉じ、弁４３を閉じて弁５３を開き、注入ポンプ４１を駆動する。薬液タンク４０内の過酸化水素が、注入配管４２及び配管５４を通って紫外線照射系配管４９に注入される。その過酸化水素は、浄化系配管２０から循環配管７６を経て紫外線照射系配管４９に到達したシュウ酸水溶液に注入される。

紫外線照射装置４７からの紫外線が、Ｆｅ^２＋及び過酸化水素を含むシュウ酸水溶液に照射される。この結果、シュウ酸水溶液に含まれるＦｅ^２＋と過酸化水素が、（３）式で表されるフェントン反応を起こし、シュウ酸水溶液内でＯＨラジカルが生成される。生成されたＯＨラジカルが、（４）式で示すように、シュウ酸と反応し、シュウ酸水溶液に含まれるシュウ酸を二酸化炭素に酸化分解する。

上記したように、生成されたＯＨラジカルにより、シュウ酸水溶液に含まれるシュウ酸が分解され、シュウ酸水溶液のシュウ酸濃度が低下する。シュウ酸濃度の低下に伴ってシュウ酸水溶液に含まれる鉄イオンが水酸化鉄の形態でシュウ酸水溶液中に析出し始めるため、シュウ酸水溶液への過酸化水素の注入を停止する。

カチオン樹脂塔に通水する（ステップＳ９）。弁８２を開いて弁７８の開度を減少させ、紫外線照射系配管４９及び循環配管７６内を流れる水溶液を、配管８３を通してカチオン樹脂塔５６に供給する。このため、紫外線照射装置４７による紫外線照射で生成されたＦｅ^２＋が、カチオン樹脂塔５６内の陽イオン交換樹脂に吸着されてシュウ酸水溶液から除去される。水溶液が、浄化系配管２０、循環配管７６及び紫外線照射系配管４９を含む閉ループ（以下、第７閉ループという）を循環している間、そのＦｅ^２＋がカチオン樹脂塔５６によりが除去される。

シュウ酸水溶液を浄化する（ステップＳ１０）。シュウ酸水溶液に過酸化水素を注入しても（３）式の反応が生じなくなったとき、加熱器３３への通電を停止する。そして、弁８４を開いて弁８２を閉じることにより、シュウ酸水溶液を混床樹脂塔６１に供給する。弁８０を開いて弁７７の開度を減少させ、混床樹脂塔６１に供給される前に、シュウ酸水溶液は、冷却器６０で冷却されて温度が低下する。温度が所定の温度まで低下したシュウ酸水溶液に残留するシュウ酸、陽イオン及び陰イオンが、混床樹脂塔６１内の陽イオン交換樹脂及び陰イオン交換樹脂に吸着されて除去される。このようにして、第７閉ループ等内に残留するシュウ酸水溶液の浄化が実施される。

廃液を処理する（ステップＳ１１）。上記の浄化工程が終了した後、ポンプ（図示せず）を有する高圧ホース（図示せず）により循環配管７６と廃液処理装置（図示せず）を接続する。浄化工程の終了後に、第７閉ループ内に存在する、放射性廃液である水溶液は、そのポンプを駆動して循環配管７６から高圧ホースを通して廃液処理装置（図示せず）に排出され、廃液処理装置で処理される。第７閉ループ等内の水溶液が排出された後、洗浄水を第７閉ループ等内に供給し、循環ポンプ３４を駆動してこれらの配管内を洗浄する。洗浄終了後、第７閉ループ等内の洗浄水を、上記の廃液処理装置に排出する。

化学除染装置を配管系から除去する（ステップＳ１７）。ステップＳ１１の工程が終了した後、化学除染装置３１Ｂが浄化系配管２０から取り外され、浄化系配管２０が復旧される。浄化系配管２０が復旧された後、ＢＷＲプラント１が起動され、次の運転サイクルにおけるＢＷＲプラント１の運転が行われる。

本実施例によれば、浄化系配管２０の内面に形成されたシュウ酸鉄(II)二水和物に、酸化剤、例えば、過酸化水素を含むシュウ酸水溶液を接触させることにより、シュウ酸鉄(II)二水和物に含まれるＦｅ^２＋を過酸化水素によって酸化させてＦｅ^３＋にし、そのシュウ酸鉄（II）二水和物がシュウ酸鉄（III）錯体としてシュウ酸水溶液中に溶解する。このため、形成されたシュウ酸鉄（II）二水和物を浄化系配管２０の内面から除去し、シュウ酸水溶液による浄化系配管２０の内面の還元除染、特に、放射性核種を含む酸化皮膜が形成された浄化系配管２０の内面の還元除染を促進させることができる。

さらに、本実施例では、シュウ酸水溶液をイオン交換樹脂に接触させる前において、シュウ酸鉄（III）錯体を含むシュウ酸水溶液に紫外線を照射することにより、シュウ酸鉄（III）錯体からシュウ酸鉄（II）二水和物が生成される。シュウ酸水溶液におけるシュウ酸鉄（II）二水和物の濃度が増加し、シュウ酸鉄（II）二水和物がシュウ酸水溶液中に析出する。シュウ酸鉄（II）二水和物の析出によって、シュウ酸水溶液の陽イオン（例えば、Ｆｅ^２＋）濃度が減少し、陽イオン交換樹脂に吸着される陽イオンの量が減少する。このため、陽イオン交換樹脂の寿命が延び、陽イオン交換樹脂の使用量を低減することができる。

シュウ酸水溶液に含まれた放射性核種が析出したシュウ酸鉄（II）二水和物に取り込まれているため、シュウ酸水溶液に含まれた、実質的に陽イオンである放射性核種が析出したシュウ酸鉄（II）二水和物と共にフィルタ４８によって除去される。この結果、シュウ酸水溶液の放射性核種濃度が減少し、シュウ酸水溶液の線量を低下することができる。シュウ酸鉄（II）二水和物に取り込まれる放射性核種は実質的に陽イオンであるため、陽イオン交換樹脂に吸着される放射性核種のイオンの量も減少し、陽イオン交換樹脂の寿命が伸びる。このため、陽イオン交換樹脂の使用量をさらに低減することができる。

本実施例によれば、シュウ酸及び酸化剤の共存により浄化系配管２０の母材を深く（例えば、２０μｍ）溶解することが可能となる。この溶解によりシュウ酸水溶液に溶出した溶解してきた鉄の大部分をイオン交換樹脂を使わずにシュウ酸水溶液から分離することが可能となり、イオン交換樹脂の廃棄物発生量を抑制することができる。

本実施例は、浄化系配管２０以外の炭素鋼部材である残留熱除去系配管２７等に適用してもよい。

本実施例でも、実施例１と同様に、フィルタ４８をカチオン樹脂塔５６の下流に配置してもよい。このフィルタ４８は、例えば、配管８３と循環配管７６の接続点とサージタンク９０の間で循環配管７６に設置される。

実施例５で用いられる化学除染装置３１Ｂでは、酸化剤注入装置３９として酸素注入装置６７を用いてもよい。化学除染装置３１Ｂで酸素注入装置６７を用いる場合には、散気管７１が不要である。化学除染装置３１Ｂで用いる酸素注入装置６７は、酸素充填装置（例えば、酸素ボンベ）６８及び注入配管７０を有する。弁６９を設けた注入配管７０の一端は酸素充填装置６８に接続され、その注入配管７０の他端は弁７９と開閉弁３８の間で循環配管７６に接続される。紫外線照射装置４７と弁５０の間で紫外線照射系配管４９に一端が接続される、弁５３を有する配管５４の他端が、酸素充填装置６８と弁６９の間で注入配管７０に接続される。

実施例５のステップＳ４では、弁６９が開けられて弁５３が閉じられた状態で、酸素充填装置６８から循環配管７６にガス状の酸素が注入される。実施例５のステップＳ８では、弁５３が開けられて弁６９が閉じられた状態で、酸素充填装置６８から紫外線照射系配管４９にその酸素が注入される。なお、酸素注入装置６７を、オゾン充填装置を有するオゾン注入装置とし、オゾン充填装置内のオゾンを循環配管７６または紫外線照射系配管４９に注入してもよい。

本実施例の原子力プラントの炭素鋼部材の化学除染方法において、ステップＳ８の工程（シュウ酸の分解）とステップＳ９の工程（カチオン樹脂塔への通水）の間で（図９参照）、実施例３で実施される工程、すなわち、ステップＳ１３の工程（酸化剤の注入）及びステップＳ１４の工程（水酸化鉄の除去）をこの順に実施してもよい。

１…ＢＷＲプラント、３…原子炉圧力容器、４…炉心、６…再循環系配管、９…タービン、１１…給水配管、２０…浄化系配管、３１，３１Ａ，３１Ｂ…化学除染装置、３２…除染槽、３３…加熱器、３５，４４，７６…循環配管、３９…酸化剤注入装置、４０…薬液タンク、４７…紫外線照射装置、４８…フィルタ、４９…紫外線照射系配管、５６…カチオン樹脂塔、６０…冷却器、６１…混床樹脂塔、９０…サージタンク。

Claims (15)

1. 原子力プラントの炭素鋼部材にシュウ酸水溶液を供給し、前記炭素鋼部材の表面の還元除染をする還元除染工程と、
   前記還元除染工程中に、前記シュウ酸水溶液に酸化剤を注入し、還元除染対象である前記炭素鋼部材に前記酸化剤を接触させる酸化剤注入工程と、
   前記還元除染工程後に、前記還元除染に用いた前記シュウ酸水溶液を含む還元除染液に紫外線を照射して前記還元除染液内でシュウ酸鉄（II）二水和物を析出させる紫外線照射工程と、を有することを特徴とする原子力プラントの炭素鋼部材の化学除染方法。
2. 前記紫外線照射工程後に、析出した前記シュウ酸鉄（II）二水和物を前記還元除染液から除去するシュウ酸鉄（II）二水和物除去工程を更に有する、請求項１に記載の原子力プラントの炭素鋼部材の化学除染方法。
3. 前記紫外線照射工程後に、前記紫外線が照射された前記還元除染液に含まれる陽イオンを除去する陽イオン除去工程を更に有する、請求項１に記載の原子力プラントの炭素鋼部材の化学除染方法。
4. 前記紫外線照射工程後に、析出した前記シュウ酸鉄（II）二水和物を前記還元除染液から除去するシュウ酸鉄（II）二水和物除去工程と、
   前記シュウ酸鉄（II）二水和物除去工程後に、前記紫外線が照射された前記還元除染液に含まれる陽イオンを除去する陽イオン除去工程と、を更に有する、請求項１に記載の原子力プラントの炭素鋼部材の化学除染方法。
5. 前記紫外線照射工程後に、前記紫外線が照射された前記還元除染液に含まれる陽イオンを除去する陽イオン除去工程と、
   前記陽イオン除去工程後に、析出した前記シュウ酸鉄（II）二水和物を前記還元除染液から除去するシュウ酸鉄（II）二水和物除去工程と、を更に有する、請求項１に記載の原子力プラントの炭素鋼部材の化学除染方法。
6. 析出した前記シュウ酸鉄（II）二水和物の一部が、前記陽イオン除去工程で除去される、請求項５に記載の原子力プラントの炭素鋼部材の化学除染方法。
7. 前記シュウ酸鉄（II）二水和物除去工程後に、前記還元除染液に前記酸化剤を注入する第二の酸化剤注入工程と、
   前記酸化剤を含む前記還元除染液に前記紫外線を照射し、前記還元除染液に含まれるシュウ酸を分解するシュウ酸分解工程と、を有する、請求項２または４に記載の原子力プラントの炭素鋼部材の化学除染方法。
8. 前記シュウ酸分解工程後に、前記炭素鋼部材に酸化剤水溶液を接触させて前記酸化剤水溶液に含まれる酸化剤により前記炭素鋼部材の表面に形成された前記シュウ酸鉄（II）二水和物を前記酸化剤水溶液に溶解させる、請求項７に記載の原子力プラントの炭素鋼部材の化学除染方法。
9. 前記炭素鋼部材であって前記原子力プラントから取り外されたものである炭素鋼廃材に対して実施される、請求項１に記載の原子力プラントの炭素鋼部材の化学除染方法。
10. 前記紫外線照射工程後に、析出した前記シュウ酸鉄（II）二水和物を前記還元除染液から除去するシュウ酸鉄（II）二水和物除去工程と、
    前記還元除染工程前に、前記炭素鋼廃材を除染槽内に収納する炭素鋼部材収納工程と、を更に有し、
    前記還元除染工程は、前記炭素鋼廃材が前記除染槽内の前記シュウ酸水溶液に浸漬された状態で実施され、
    前記シュウ酸鉄（II）二水和物除去工程で、前記シュウ酸水溶液を含む前記還元除染液内で析出した前記シュウ酸鉄（II）二水和物は、前記除染槽から排出された前記還元除染液から除去される、請求項９に記載の原子力プラントの炭素鋼部材の化学除染方法。
11. 前記還元除染工程後に、前記酸化剤が前記シュウ酸水溶液に含まれているときには、前記還元除染が終了した前記炭素鋼廃材を前記除染槽から外部に取り出す炭素鋼廃材取り出し工程を更に有する、請求項１０に記載の原子力プラントの炭素鋼部材の化学除染方法。
12. 前記炭素鋼廃材取り出し工程後に、別の前記炭素鋼廃材を前記除染槽内に収納し、前記除染槽内の別の前記炭素鋼廃材に対して、前記シュウ酸鉄（II）二水和物が除去された前記シュウ酸水溶液を接触させて前記還元除染を実施する、請求項１１に記載の原子力プラントの炭素鋼部材の化学除染方法。
13. 原子力プラントの原子炉圧力容器に連絡される、前記原子力プラントの炭素鋼部材である第１配管に、前記第１配管とは別の第２配管を接続する配管接続工程と、
    前記第２配管から前記第１配管にシュウ酸水溶液を供給して前記シュウ酸水溶液により前記第１配管の内面に対して還元除染を実施する還元除染工程と、
    前記還元除染工程中に、前記第２配管により供給される前記シュウ酸水溶液に酸化剤を注入し、還元除染対象である前記第１配管の内面に前記酸化剤を接触させる酸化剤注入工程と、
    前記還元除染工程後に、前記還元除染を行った前記シュウ酸水溶液を含む還元除染液に紫外線を照射して前記還元除染液内でシュウ酸鉄（II）二水和物を析出させる紫外線照射工程と、を有することを特徴とする原子力プラントの炭素鋼部材の化学除染方法。
14. 前記シュウ酸水溶液を含む前記還元除染液は、前記第１配管及び前記第２配管を含む閉ループ内で循環される、請求項１３に記載の原子力プラントの炭素鋼部材の化学除染方法。
15. 前記紫外線照射工程後に、析出した前記シュウ酸鉄（II）二水和物を前記還元除染液から除去するシュウ酸鉄（II）二水和物除去工程と、を更に有する、請求項１３または１４に記載の原子力プラントの炭素鋼部材の化学除染方法。

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