Elucidation of corrosion acceleration mechanism by surface excitation effect under gamma rays

2018 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 18K05003
• Research Institution: Japan Atomic Energy Agency
• Principal Investigator: 井岡 郁夫 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 原子力基礎工学研究センター, 研究職 (10354804)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 小河 浩晃 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 原子力基礎工学研究センター, 研究職 (10414559)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: 放射線励起

Outline of Annual Research Achievements

原子炉内の炉内材料の腐食機構解明では、水/水蒸気の放射線分解によって生成した活性なイオン種量が重要となる。実炉環境で見られる一桁以上高い腐食速度は、従来モデルの水/水蒸気の放射線分解から算出されるイオン種量からでは説明できない。従来モデルの欠点は、材料の極表面近傍のみに現れる「表面励起効果」を考慮していないことである。我々は、独自に、「表面励起効果」に着目した「新しい腐食促進モデル」を提案する。表面励起効果は、材料の表面積に依存して増大し、材料表面近傍でのイオン種の生成量を増加させる。特に、隙間やクラック等の場所では、表面励起効果は材料の腐食に大きく作用し、その腐食を促進させる。本研究では、「新しい腐食促進モデル」を展開し、「表面励起効果起因のイオン種の増加量」から、原子炉内の腐食促進機構の解明を定量的に行うことを目的とする。放射線による表面励起効果を把握するためには、詳細なpH、電気伝導率、酸化還元電位の測定が必要となる。平成30年度の目標は、放射線照射下（Co60施設）で、pH電極の起電力の安定性の評価を実施することした。Co60施設を利用し、pH電極の比較電極とガラス電極の起電力の安定性評価を以下の方法で実施した。pH=4の標準溶液を使用した実験系を、Co60線源から10cm離して、設置した。実験時間は、約2時間である。その結果は、比較電極（Rv）では0.5mV程度増加し、ガラス電極（Gv）では0.3mV程度増加した。今回、測定した変動値（Rv=0.5mV、Gv=0.3mV）は、極めて小さいことが分かった。この結果から、放射線照射下でpH測定が、ほぼ正確に実施できることが判明した。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

放射線照射下でpH電極の起電力の安定性を順調に測定/評価することができた。今回の結果は、研究に協力参加しているメーカーと議論しているが、特許等の工業所有権の取得も研究スコープに入れて、それを目指して、実験を進めることとなった。

Strategy for Future Research Activity

今後は、平成30年度の結果を生かし、表面励起効果に起因した腐食機構解明のための実験を進める。また、研究の枝分かれとして、放射線照射下のpH計測を念頭に置いた電極の開発にも目を向け、特許等の工業所有権の取得も研究スコープに入れて、それを目指して、実験を進める。

Causes of Carryover

当初の計画に従い研究を進めてきたが、急遽、pH電極の起電力安定性を評価する必要が発生した。これにより平成30年度の実施計画の一部を変更して、pH電極の起電力安定性の評価研究を中心に進めることとし、それに伴い、経費の執行予定も変更したため次年度使用額が生じた。
次年度使用額は、平成31年度（令和元年）分経費と合わせて、当初の実施計画に従い、実験及び試験に係る費用として使用する。