高線量率、高熱負荷冷却系機器における腐食環境の定量化と腐食損傷緩和技術の確立

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13480140
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 内田 俊介 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (60321973)
• 研究分担者: 佐藤 義之 東北大学, 大学院・工学研究科, 助手 (00005480) ; 飯沼 恒一 東北大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (40005484)
• キーワード: 加速器 / 冷却系 / 応力腐食割れ / 過酸化水素 / 腐食電位 / 放射線分解 / き裂進展速度 / 核融合炉

研究概要

1.γ線照射下、弱アルカリ制御でのき裂進展速度の測定[1]
(1)γ線照射を過酸化水素濃度で模擬し、水質条件をpH8.5以下の弱アルカリ側にシフトさせて、き裂進展速度を測定した。その結果、き裂内部の陽イオン濃縮が促進され、pHをさらに増大させてき裂進展の抑制につながることを実験的に確認した。
(2)水質中の酸素、過酸化水素濃度を変化させることによってき裂内pHのき裂進展速度への影響を定量的に評価し、き裂進展の抑制効果を実験的に確認した。
2.ラジオリシス解析理論モデルへのフィードバック[2],[3]
(1)実測データに基づく分解生成種収率(G値)と反応定数の最適化を行い、これらを含む多元連立系レート方程式を具体的に導出し、それを解くための数値解法を確立した。
(2)最適化した定数セットを組み込んだ理論モデルを完成し、新ラジオリシスモデルによるき裂進展速度計算手法を完成させた。
3.実機での腐食環境評価技術の確立[4],[5]
(1)加速器ターゲット冷却系、核融合ダイバータ、ブランケット冷却系の腐食環境を原子炉冷却系の腐食環境と定量的に比較し、一般的腐食環境評価の具体的指針を確定した。
(2)上記2のラジオリシス解析理論モデルとき裂進展速度モデルを組み合わせた広義の構造材の腐食損傷評価手法を確立し、原子炉のみでなく、加速器、核融合の体系についても適用可能な放射線照射下での腐食環境を評価することが可能な理論モデルを提示した。
(3)原子炉のみでなく、加速器、核融合の体系についても適用可能な弱アルカリ水質制御など腐食損傷緩和策を確立し、腐食環境評価における水化学的手法の有用性を確立した。

研究成果

• [文献書誌] S.Uchida, T.Satoh, J.Sugama, N.Yamashiro, K.Iinuma, Y.Satoh, Y.Wada: "Effects of Hydrogen Peroxide on Stress Corrosion Cracking of Stainless Steel in High Temperature Water"Proc.2004 Pacific Basin Nuclear Conference. (CD version). (2004)
• [文献書誌] T.Satoh, S.Uchida, K.Furukawa, K.Iinuma, Y.Satoh: "A Model to Predict Crack Propagation Rate for Stress Corrosion Cracking of Stainless Steel under Gamma Ray Irradiation"11th Int.Symp.Environmental Degradation of Materials in Nuclear Power Systems-Water Reactors, Stevenson, Washington, National Association of Corrosion Engineers, Aug.10-14(2003). (CD version). (2003)
• [文献書誌] T.Satoh, S.Uchida, J.Sugama, N.Yamashiro, J.Sugama, T.Hirose, Y.Morishima, Y.Satoh, K.Iinuma: "Effects of Hydrogen Peroxide on Corrosion of Stainless Steel(I), Improvement of Hydrogen Peroxide Remaining in a High Temperature High Pressure Hydrogen Peroxide Loop"J.Nucl.Sci.Technol.. 41, 5(in print). (2004)
• [文献書誌] N.Yamashiro, S.Uchida, Y.Satoh, Y.Morishima, H.Yokoyama, T.Satoh, J.Sugama, R.Yamada: "Determination of Hydrogen Peroxide in Pure Water by Chemiluminescence Detection(I)-Flow Cell Type Hydrogen Peroxide Detector"J.Nucl.Sci.Technol.. (to be published). (2004)
• [文献書誌] S.Uchida, Y.Satoh, N.Yamashiro, T.Satoh: "Determination of Hydrogen Peroxide in Pure Water by Chemiluminescence Detection(II)-Theoretical Analysis of Luminol Chemiluminescence Processes"J.Nucl.Sci.Technol.. (to be published). (2004)