特許 6049384 光触媒注入方法および光触媒注入システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6049384

(24)【登録日】2016年12月2日

(45)【発行日】2016年12月21日

(54)【発明の名称】光触媒注入方法および光触媒注入システム

(51)【国際特許分類】

   G21D 3/08 20060101AFI20161212BHJP

   G21D 1/00 20060101ALI20161212BHJP

【ＦＩ】

   G21D3/08 GGDB

   G21D1/00 W

【請求項の数】12

【全頁数】25

(21)【出願番号】特願2012-221576(P2012-221576)

(22)【出願日】2012年10月3日

(65)【公開番号】特開2014-74617(P2014-74617A)

(43)【公開日】2014年4月24日

【審査請求日】2015年7月15日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(74)【代理人】

【識別番号】110001380

【氏名又は名称】特許業務法人東京国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】岡村 雅人

(72)【発明者】

【氏名】柴崎 理

(72)【発明者】

【氏名】根岸 孝次

(72)【発明者】

【氏名】山本 誠二

(72)【発明者】

【氏名】新井 裕之

(72)【発明者】

【氏名】閏間 裕

【審査官】 青木 洋平

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００１−２７６６２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−３２９８９５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ２１Ｄ １／００

Ｇ２１Ｄ ３／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

原子炉一次系から貴金属または貴金属イオンを含む原子炉一次系冷却材を採取する原子炉一次系冷却材採取工程と、
採取された前記原子炉一次系冷却材に光触媒を添加する光触媒添加工程と、
この光触媒添加工程で得られた冷却材に紫外線を照射することにより、冷却材中で前記光触媒の表面に前記貴金属が担持された貴金属担持光触媒を生成させる紫外線照射工程と、
この紫外線照射工程で得られた冷却材を前記原子炉一次系に注入する貴金属担持光触媒注入工程と、を有し、
前記貴金属または貴金属イオンは、原子炉一次系を構成する金属部材の表面の酸化皮膜から剥離した貴金属または貴金属イオン、及び、冷却材に注入された貴金属担持光触媒から剥離した貴金属または貴金属イオンの少なくともいずれか１つを含有することを特徴とする光触媒注入方法。

【請求項2】

前記紫外線照射工程で得られた冷却材を前記原子炉一次系に注入する際の温度が、１０℃以上２８８℃以下に制御されることを特徴とする請求項１に記載の光触媒注入方法。

【請求項3】

前記貴金属担持光触媒は、貴金属の担持量が、光触媒１００質量％に対して０．００１質量％〜１０質量％であることを特徴とする請求項１または２に記載の光触媒注入方法。

【請求項4】

前記紫外線照射工程での紫外線照射強度が、０．０１ｍＷ／ｃｍ^２以上２０ｍＷ／ｃｍ^２以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光触媒注入方法。

【請求項5】

前記紫外線の照射は、紫外線照射強度と照射時間とを制御することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の光触媒注入方法。

【請求項6】

前記貴金属が、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｒｕ、ＯｓおよびＩｒから選ばれる１種以上であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の光触媒注入方法。

【請求項7】

前記光触媒が、酸化チタン、酸化鉄および酸化亜鉛から選ばれる１種以上であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の光触媒注入方法。

【請求項8】

前記酸化鉄が、Ｆｅ_２Ｏ_３であることを特徴とする請求項７に記載の光触媒注入方法。

【請求項9】

前記原子炉一次系冷却材の水質は、水素を注入してない通常水質、または水素を注入した水素注入水質であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の光触媒注入方法。

【請求項10】

原子炉一次系から貴金属または貴金属イオンを含む原子炉一次系冷却材を採取する原子炉一次系冷却材採取部と、
採取された前記原子炉一次系冷却材に光触媒を添加する光触媒添加部と、
この光触媒が添加された冷却材に紫外線を照射することにより、冷却材中で前記光触媒の表面に前記貴金属が担持された貴金属担持光触媒を生成させる紫外線照射部と、
前記貴金属担持光触媒を含む冷却材を前記原子炉一次系に注入する貴金属担持光触媒注入部と、を備え、前記貴金属または貴金属イオンは、原子炉一次系を構成する金属部材の表面の酸化皮膜から剥離した貴金属または貴金属イオン、及び、冷却材に注入された貴金属担持光触媒から剥離した貴金属または貴金属イオンの少なくともいずれか１つを含有することを特徴とする光触媒注入システム。

【請求項11】

前記光触媒添加部は、内部に供給された光触媒に、採取された前記原子炉一次系冷却材が供給されて、前記光触媒が攪拌されることにより、前記光触媒と採取された原子炉一次系冷却材とを混合する手段であることを特徴とする請求項１０に記載の光触媒注入システム。

【請求項12】

前記光触媒添加部は、採取された前記原子炉一次系冷却材に光触媒を投下する手段であることを特徴とする請求項１０に記載の光触媒注入システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、原子力発電プラントの高温の冷却材に接している金属部材の腐食を抑制する光触媒注入方法および光触媒注入システムに関する。

【背景技術】

【0002】

沸騰水型原子力発電プラント（ＢＷＲ）においては、原子炉一次系の冷却材（原子炉一次系冷却材）中に、放射線場で水の放射線分解により生成した酸素、過酸化水素等が存在している。

【0003】

一方、原子力発電プラントの構造材に用いられるステンレス鋼やニッケル基金属は、２８０℃程度の高温の原子炉一次系冷却材に接液する高温環境では、酸素や過酸化水素の存在下で応力腐食割れを起すことが知られている。この金属部材の腐食の抑制対策として、従来、原子力発電プラントでは、給水系から水素を注入することにより、原子炉一次系冷却材中の酸素や過酸化水素の濃度を低減させる水素注入技術が実施されている。酸素または過酸化水素の濃度の低減効果は、原子炉一次系冷却材に接液する金属部材の腐食電位の低下として現れる。

【0004】

また、原子力発電プラントの原子炉一次系冷却材に接する金属部材の腐食を抑制する他の方法としては、特許文献１や特許文献２に記載されているように、金属部材の表面に光触媒の皮膜を形成する光触媒防食技術が知られている。この技術は、金属部材の表面に付着した光触媒に紫外線領域の光を照射し、光触媒の光励起反応で活性化した電子の作用によって光触媒が付着した金属部材の腐食電位を低下させるものである。

【0005】

なお、この光励起反応は、光触媒近傍に貴金属があることによって効率よく進行する。このため、金属部材の表面にあらかじめ、光触媒、または光触媒の表面に貴金属が付着した高機能光触媒を付着させておき、これらの光触媒に、炉心で発生する、紫外線領域の光を含むチェレンコフ光を照射して光励起反応を生じさせると、原子力発電プラントの運転中における金属部材の腐食電位を低下させることができる。

【0006】

さらに、原子力発電プラントの原子炉一次系冷却材に接する金属部材の腐食を抑制する他の方法としては、特許文献３に記載されるように、原子炉一次系冷却材に貴金属を注入する技術が知られている。この貴金属注入技術は、原子力発電プラントの運転中に給水系統から定期的に貴金属を注入し、金属部材の表面の酸化皮膜に貴金属を取り込ませることにより、金属部材の腐食電位を低下させるものである。

【0007】

しかし、貴金属注入技術は、原子炉一次系冷却材の水素／酸素モル比が２以上になるように水素注入を併用する必要がある。貴金属注入技術は、原子炉一次系冷却材の水素／酸素モル比が２未満であると金属部材の腐食電位が低下し難いからである。また、貴金属注入技術を用いた場合、原子炉の炉上部では、金属部材の腐食電位の低下がほとんど生じないため、炉上部の金属部材の防食効果が生じにくい。このように、貴金属注入技術は、原子炉一次系冷却材の水素／酸素モル比の管理のために作業が煩雑であるとともに、炉上部の金属部材の防食効果が小さい。

【0008】

これに対し、光触媒防食技術は、原子炉一次系冷却材の水素／酸素比が２未満である場合や、原子炉一次系冷却材中に多量の過酸化水素が存在する場合でも、紫外線領域の光を照射して、金属部材の腐食電位を低下させることにより、金属部材の防食効果を発揮させることができる。
また、光触媒防食技術は、貴金属注入技術では防食効果が現れ難い原子炉上部等の部位でも金属部材の腐食電位を低下させることができることができる。
したがって、原子力発電プラントの高温の原子炉一次系冷却材に接する金属部材の腐食を抑制する方法としては、光触媒防食技術が好ましく、特に光触媒の表面に貴金属が付着して形成された高機能光触媒を用いた光触媒防食技術がより好ましい。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】特開２００３−１３９８９１号公報

【特許文献2】特開２００１−００４７８９号公報

【特許文献3】特開２０００−５０９１４９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

しかし、上記の貴金属注入技術および光触媒防食技術のいずれを用いた場合においても、通常、時間の経過により、金属部材の表面の酸化皮膜や光触媒の表面から貴金属が剥離し、金属部材の防食効果が低下してしまう。

【0011】

このように、一旦、酸化皮膜や光触媒から剥離した貴金属は、再付着することもあるが剥離して貴金属の量が少なくなることから、光触媒のみでも一定の効果があるものの金属部材の防食効果が低減する。このため、金属部材の防食効果を回復させるためには、貴金属注入技術や高機能光触媒を用いた光触媒防食技術をやり直す必要がある。

【0012】

具体的には、原子炉一次系冷却材に貴金属を注入したり、新たに光触媒と貴金属とを用いて生成した高機能光触媒を原子炉一次系冷却材に注入する必要がある。

【0013】

このように、背景技術で示した貴金属注入技術および光触媒防食技術では、貴金属、または貴金属を含む高機能光触媒を定期的に原子炉一次系冷却材中に注入する必要があるため、運転コストが高くなるという課題があった。

【0014】

本発明は上記課題を解決するものであり、原子炉一次系冷却材中に存在する貴金属または貴金属イオンを再利用して高機能光触媒を生成することにより、貴金属注入技術では防食効果が現れ難い原子炉上部等の部位でも金属部材の防食効果が高く、運転コストが小さい光触媒注入方法および光触媒注入システムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0015】

本発明の光触媒注入方法は、上記課題を解決するためのものであり、原子炉一次系から貴金属または貴金属イオンを含む原子炉一次系冷却材を採取する原子炉一次系冷却材採取工程と、採取された前記原子炉一次系冷却材に光触媒を添加する光触媒添加工程と、この光触媒添加工程で得られた冷却材に紫外線を照射することにより、冷却材中で前記光触媒の表面に前記貴金属が担持された貴金属担持光触媒を生成させる紫外線照射工程と、この紫外線照射工程で得られた冷却材を前記原子炉一次系に注入する貴金属担持光触媒注入工程と、を有し、前記貴金属または貴金属イオンは、原子炉一次系を構成する金属部材の表面の酸化皮膜から剥離した貴金属または貴金属イオン、及び、冷却材に注入された貴金属担持光触媒から剥離した貴金属または貴金属イオンの少なくともいずれか１つを含有することを特徴とする。

【0016】

また、本発明の光触媒注入システムは、上記課題を解決するためのものであり、原子炉一次系から貴金属または貴金属イオンを含む原子炉一次系冷却材を採取する原子炉一次系冷却材採取部と、採取された前記原子炉一次系冷却材に光触媒を添加する光触媒添加部と、この光触媒が添加された冷却材に紫外線を照射することにより、冷却材中で前記光触媒の表面に前記貴金属が担持された貴金属担持光触媒を生成させる紫外線照射部と、前記貴金属担持光触媒を含む冷却材を前記原子炉一次系に注入する貴金属担持光触媒注入部と、を備え、前記貴金属または貴金属イオンは、原子炉一次系を構成する金属部材の表面の酸化皮膜から剥離した貴金属または貴金属イオン、及び、冷却材に注入された貴金属担持光触媒から剥離した貴金属または貴金属イオンの少なくともいずれか１つを含有することを特徴とする。

【発明の効果】

【0017】

本発明の光触媒注入方法および光触媒注入システムは、原子炉一次系冷却材中に存在する貴金属または貴金属イオンを再利用して高機能光触媒を生成することにより、貴金属注入技術では防食効果が現れ難い原子炉上部等の部位でも金属部材の防食効果が高く、運転コストが小さい。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明の光触媒注入システムの概略図である。

【図2】本発明の光触媒注入システムの構成および作用を説明する概略図である。

【図3】本発明の光触媒注入システムの構成および作用を説明する概略図である。

【図4】本発明の光触媒注入システムの構成および作用を説明する概略図である。

【図5】本発明の光触媒注入システムの変形例の概略図である。

【図6】光触媒および貴金属担持光触媒の粒子の模式的な断面図である。

【図7】冷却材（水）中の光触媒および貴金属イオンの作用を説明する図である。

【図8】Ｐｔ担持酸化チタン粒子の生成の際の原子炉一次系冷却材模擬水への水素注入量と、Ｐｔ担持酸化チタン粒子付着ステンレス鋼試験片の腐食電位との関係を示すグラフである。

【図9】Ｐｔ担持酸化チタン粒子の生成の際の紫外線照射の光強度と、Ｐｔ担持酸化チタン粒子における酸化チタンの表面へのＰｔの付着量との関係、およびＰｔ担持酸化チタン粒子の生成の際の紫外線照射の光強度と、Ｐｔ担持酸化チタン粒子付着ステンレス鋼試験片の腐食電位との関係を示すグラフである。

【図10】Ｐｔ担持酸化チタン粒子の生成の際の紫外線照射の照射時間と、Ｐｔ担持酸化チタン粒子における酸化チタンの表面へのＰｔの付着量との関係、およびＰｔ担持酸化チタン粒子の生成の際の紫外線照射の照射時間と、Ｐｔ担持酸化チタン粒子付着ステンレス鋼試験片の腐食電位との関係を示すグラフである。

【図11】腐食電位を測定する試験の前後のＰｔ担持酸化チタン粒子における酸化チタンの表面へのＰｔの付着量を示すグラフである。

【図12】貴金属担持光触媒を構成する貴金属の種類と、貴金属担持光触媒付着ステンレス鋼試験片の腐食電位との関係を示すグラフである。

【図13】貴金属担持光触媒を構成する光触媒の種類と、貴金属担持光触媒付着ステンレス鋼試験片の腐食電位との関係を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0019】

［光触媒注入システム］
以下、図面を参照して本発明の光触媒注入システムについて説明する。
図１は、本発明の光触媒注入システムの概略図である。この光触媒注入システム１は、原子炉一次系５から貴金属または貴金属イオンを含む原子炉一次系冷却材７０を採取する原子炉一次系冷却材採取部１０と、採取された原子炉一次系冷却材７０に光触媒を添加する光触媒添加部２０と、この光触媒添加部２０で得られた冷却材（第１の混合液）７１に紫外線８１を照射することにより、水中で光触媒の表面に貴金属が担持された貴金属担持光触媒を生成させる紫外線照射部３０と、貴金属担持光触媒を含む冷却材（第２の混合液）７２を原子炉一次系５に注入する貴金属担持光触媒注入部４０とを備える。

【0020】

ここで、原子炉一次系５とは、沸騰水型原子力発電プラント（ＢＷＲ）を構成する系統のうち、放射性物質を含む冷却材が流通する系統を意味する。原子炉一次系５としては、たとえば、主蒸気系、給水系、原子炉再循環系、残留熱除去系（ＲＨＲ系）、および原子炉冷却材浄化系等が挙げられる。

【0021】

原子炉一次系５を構成する金属部材としては、たとえば、主蒸気系の主蒸気系配管、給水系の給水系配管、原子炉再循環系の再循環系配管、原子炉冷却材浄化系の冷却材浄化系配管、残留熱除去系の残留熱除去系配管、およびボトムドレン配管等が挙げられる。原子炉一次系５を構成する金属部材の材質としては、たとえば、ステンレス鋼、ニッケル基金属等が挙げられる。

【0022】

図１に示されるように、原子炉一次系５内には、原子炉一次系冷却材７０が流通している。原子炉一次系冷却材７０は、通常、原子炉一次系５内で存在する場所が異なると、温度も異なる。

【0023】

また、光触媒注入システム１は、採取された原子炉一次系冷却材７０、第１の混合液７１、および第２の混合液７２等の冷却材を貯留する槽として、紫外線照射槽１３を備える。

【0024】

ここで、第１の混合液７１とは、採取された原子炉一次系冷却材７０と光触媒とを混合して調製された、光触媒と貴金属または貴金属イオンとを含む液体の冷却材を意味する。第１の混合液７１は、紫外線を照射することにより貴金属担持光触媒を含む第２の混合液７２を生成する。すなわち、第１の混合液７１は、第２の混合液７２の原料である。

【0025】

また、第２の混合液７２とは、第１の混合液７１に紫外線を照射することにより生成された貴金属担持光触媒を含む、液体の冷却材を意味する。
第１の混合液７１および第２の混合液７２については後述する。

【0026】

紫外線照射槽１３は、紫外線照射槽１３外に設けられた紫外線照射部３０から照射された紫外線８１を、紫外線照射槽１３内に貯留された第１の混合液７１等の冷却材に照射することができるようになっている。
紫外線照射槽１３内には、紫外線照射槽１３内に存在する、採取された原子炉一次系冷却材７０と光触媒とを含む第１の混合液７１等の冷却材を攪拌する攪拌器１４が設けられる。

【0027】

光触媒注入システム１は、原子炉一次系５から採取された原子炉一次系冷却材７０を用いて調製された、金属部材の腐食抑制作用を有する貴金属担持光触媒を含む第２の混合液７２を、原子炉一次系５に注入する、すなわち原子炉一次系５に戻すことにより、原子炉一次系５を構成する金属部材の腐食を抑制するシステムである。

【0028】

＜原子炉一次系冷却材＞
原子炉一次系５に存在する原子炉一次系冷却材７０は、貴金属または貴金属イオン６２を含む。

【0029】

原子炉一次系冷却材７０に含まれる貴金属または貴金属イオン６２としては、たとえば、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｒｕ、ＯｓおよびＩｒから選ばれる１種以上の金属またはそのイオンが挙げられる。

【0030】

原子炉一次系５に存在する原子炉一次系冷却材７０に含まれる貴金属または貴金属イオン６２は、通常、原子炉一次系５を構成する金属部材の防食のために過去に原子炉一次系冷却材７０に注入されて金属部材の表面の酸化皮膜に取り込まれた貴金属が剥離したもの、原子炉一次系５を構成する金属部材の防食のために過去に原子炉一次系冷却材７０に注入された貴金属担持光触媒の貴金属が剥離したもの等からなる。ここで、貴金属担持光触媒とは、光触媒粒子の表面に貴金属が担持されてなる粒子状の複合体である。

【0031】

原子炉一次系５に存在する原子炉一次系冷却材７０の水質は、原子炉一次系冷却材７０に水素を注入してない通常水質、または原子炉一次系冷却材７０に水素を注入した水素注入水質のいずれであってもよい。

【0032】

原子炉一次系冷却材７０への水素の注入としては、たとえば、図示しない給水系を流通する原子炉一次系冷却材７０に水素を直接注入する方法、原子炉一次系冷却材７０にメタノール等のアルコールを注入する方法が挙げられる。

【0033】

原子炉一次系冷却材７０を水素注入水質とする場合、たとえば、原子炉一次系冷却材７０に、水素を質量基準で、通常０．０１〜０．５ｐｐｍ、好ましくは０．２〜０．４ｐｐｍ含まれるように注入する。
原子炉一次系冷却材７０に、水素が質量基準で、通常０．０１〜０．５ｐｐｍ含まれると、原子炉一次系５を構成する金属部材の表面に貴金属担持光触媒６５を付着させた場合に、金属部材の腐食電位が大きく低下し、金属部材の防食効果が高いため好ましい。

【0034】

（原子炉一次系冷却材採取部）
図２は、本発明の光触媒注入システムの構成および作用を説明する概略図である。図２は、図１に示される光触媒注入システム１において、紫外線照射槽１３中に貯留される冷却材が、原子炉一次系５から採取された原子炉一次系冷却材７０である場合を示す図である。

【0035】

図２に示されるように、原子炉一次系冷却材採取部１０は、原子炉一次系５から貴金属または貴金属イオン６２を含む原子炉一次系冷却材７０を採取する部分である。

【0036】

原子炉一次系冷却材採取部１０は、具体的には、原子炉一次系５から採取された原子炉一次系冷却材７０を紫外線照射槽１３に送液する原子炉一次系冷却材採取配管１１（１１ａ、１１ｂ）と、原子炉一次系冷却材採取配管１１中を流通する原子炉一次系冷却材７０の流量を制御するバルブ１２と、原子炉一次系冷却材採取配管１１から送液された、採取された原子炉一次系冷却材７０を貯留する紫外線照射槽１３と、紫外線照射槽１３内に存在する、採取された原子炉一次系冷却材７０等の冷却材を攪拌する攪拌器１４とを備える。

【0037】

（光触媒添加部）
原子炉一次系冷却材採取配管１１の途中には、採取された原子炉一次系冷却材７０に光触媒を添加する光触媒添加部２０が設けられる。具体的には、原子炉一次系冷却材採取配管１１は、上流側の配管１１ａと下流側の配管１１ｂとに分割されており、配管１１ａと配管１１ｂとの間に光触媒添加部２０が設けられる。
光触媒添加部２０は、光触媒供給部２５から供給された光触媒に、採取された原子炉一次系冷却材７０が供給されて、光触媒添加部２０内で光触媒が攪拌されることにより、光触媒と採取された原子炉一次系冷却材７０とを混合可能な構造を有する手段である。
このため、光触媒添加部２０内に光触媒が供給されるときは、配管１１ｂから紫外線照射槽１３に、光触媒を含む採取された原子炉一次系冷却材７０（第１の混合液７１）が供給され、一方、光触媒添加部２０内に光触媒が供給されないときは、配管１１ｂから紫外線照射槽１３に、光触媒を含まない採取された原子炉一次系冷却材７０がそのまま供給されるようになっている。

【0038】

光触媒添加部２０から配管１１ｂを介して排出された、光触媒を含む採取された原子炉一次系冷却材７０（第１の混合液７１）は、紫外線照射槽１３に送液される。
第１の混合液７１における、採取された原子炉一次系冷却材７０と、光触媒との混合の割合は、紫外線照射槽１３内で調整される。

【0039】

紫外線照射槽１３は、紫外線照射槽１３外に設けられた紫外線照射部３０から照射された紫外線８１を、紫外線照射槽１３内に貯留された、第１の混合液７１等の冷却材に照射することができるようになっている。
紫外線照射槽１３外に設けられた紫外線照射部３０から紫外線が照射されるため、紫外線照射槽１３は、少なくとも一部が、紫外線８１を透過する材質で形成されている。紫外線８１を透過する材質としては、たとえば、紫外線透過ガラス、ポリカーボネート等が挙げられる。
攪拌器１４としては、公知のものを用いることができる。

【0040】

＜第１の混合液＞
図３は、本発明の光触媒注入システムの構成および作用を説明する概略図である。図３は、図１に示される光触媒注入システム１において、紫外線照射槽１３中に貯留される冷却材が、光触媒６１を含む第１の混合液７１である場合を示す図である。
ここで、第１の混合液７１とは、採取された原子炉一次系冷却材７０と光触媒６１とを混合して調製された、光触媒６１と、貴金属または貴金属イオン６２とを含む液体の冷却材を意味する。
第１の混合液７１に含まれる貴金属または貴金属イオン６２は、原子炉一次系冷却材７０および採取された原子炉一次系冷却材７０に含まれる貴金属または貴金属イオン６２と同じであるため、説明を省略する。

【0041】

図３に示されるように、光触媒添加部２０は、原子炉一次系冷却材採取配管１１から送液された、採取された原子炉一次系冷却材７０と、光触媒供給配管２６を介して光触媒供給部２５から光触媒添加部２０内に供給された光触媒６１とを混合して、採取された原子炉一次系冷却材７０に光触媒を添加する部分である。

【0042】

光触媒添加部２０内に供給された光触媒６１は、採取された原子炉一次系冷却材７０の流れの勢いで攪拌されることにより、光触媒添加部２０内で、混合される。採取された原子炉一次系冷却材７０と、光触媒６１との混合液は、配管１１ｂを介して光触媒添加部２０内から紫外線照射槽１３に供給される。供給された混合液の混合の割合は、紫外線照射槽１３内で調整される。これにより、紫外線照射槽１３内で、光触媒６１と貴金属または貴金属イオン６２とを含む第１の混合液７１が調製される。

【0043】

なお、図１には、光触媒添加部２０に加え、光触媒添加部２０に光触媒を供給する設備である光触媒供給配管２６および光触媒供給部２５を備える例を示したが、本発明では、光触媒供給配管２６および光触媒供給部２５を備えない構成としてもよい。この場合は、人力等で光触媒添加部２０内に光触媒６１を供給する。

【0044】

また、光触媒添加部２０は、図１に示されるような、採取された原子炉一次系冷却材７０と光触媒６１とを光触媒添加部２０内で混合させる手段とせずに、単に光触媒６１を光触媒添加配管２７を介して紫外線照射槽１３に投下する手段としてもよい。
この場合、光触媒添加部２０は、たとえば、図５に示されるような構成（光触媒注入システム１Ａ）となる。図５は、本発明の光触媒注入システムの変形例の概略図である。

【0045】

光触媒添加部２０がこのような構成である場合、紫外線照射槽１３内の冷却材に投下された光触媒６１は、紫外線照射槽１３内に供えられた攪拌器１４で攪拌９３されることにより、紫外線照射槽１３内で、光触媒６１と貴金属または貴金属イオン６２とを含む第１の混合液７１が調製される。

【0046】

［光触媒］
第１の混合液７１の調製に用いられる光触媒６１とは、紫外線の照射により光励起反応を行うｎ型半導体である。また、紫外線とは、波長が１０〜４００ｎｍの範囲内にある電磁波である。紫外線は、紫外線照射部３０から照射される。

【0047】

光触媒６１であるｎ型半導体としては、たとえば、酸化チタンＴｉＯ₂、酸化鉄Ｆｅ₂ Ｏ₃、酸化亜鉛ＺｎＯ、ＺｒＯ₂ 、ＰｂＯ、ＢａＴｉＯ₃ 、Ｂｉ₂ Ｏ₃ 、ＷＯ₃ 、ＳｒＴｉＯ₃、ＦｅＴｉＯ₃、ＫＴａＯ₃ 、ＭｎＴｉＯ₃ 及びＳｎＯ₂ から選ばれた１種以上の化合物が挙げられる。
このうち、光触媒６１であるｎ型半導体が、酸化チタンＴｉＯ₂、酸化鉄Ｆｅ₂ Ｏ₃および酸化亜鉛ＺｎＯから選ばれる１種以上であると、光触媒反応の効率が高いことから、貴金属担持光触媒６５を効率よく生成しやすいため好ましい。

【0048】

光触媒６１は、通常、平均粒径が２０ｎｍ以下の粉体である。

【0049】

第１の混合液７１は、光触媒６１を、通常１０〜２００ｍｇ／ｌ、好ましくは５０〜１５０ｍｇ／ｌ、さらに好ましくは８０〜１２０ｍｇ／ｌ含む。
ここで、光触媒６１の濃度とは、光触媒６１が複数種類の光触媒からなる場合、すべての種類の光触媒６１の濃度の合計値を意味する。

【0050】

（紫外線照射部）
図４は、本発明の光触媒注入システムの構成および作用を説明する概略図である。図４は、図１に示される光触媒注入システム１において、紫外線照射槽１３中に貯留される冷却材が、貴金属担持光触媒６５を含む第２の混合液７２である場合を示す図である。

【0051】

図３および図４に示されるように、紫外線照射部３０は、光触媒６１を含む第１の混合液７１に紫外線８１を照射することにより、水中で図６に示すように光触媒６１の表面に貴金属６３が担持された貴金属担持光触媒６５を生成し、貴金属担持光触媒６５を含む第２の混合液７２を調製する部分である。

【0052】

紫外線照射部３０は、紫外線照射槽１３外に設けられ、紫外線照射槽１３内の混合液に向けて紫外線を照射する。紫外線照射部３０としては、公知のものを用いることができる。

【0053】

なお、図１に示される光触媒注入システム１では、紫外線照射部３０が紫外線照射槽１３の外部に設けられている態様を示した。しかし、本発明の光触媒注入システム１は、紫外線照射部３０が紫外線照射槽１３の内部に設けられていてもよい。紫外線照射部３０が紫外線照射槽１３の内部に設けられている場合は、紫外線照射槽１３を紫外線８１を透過しない材質で作製することができる。紫外線８１を透過しない材質としては、たとえば、原子炉一次系５を構成する金属部材の材質と同様の、ステンレス鋼、ニッケル基金属等が挙げられる。

【0054】

＜第２の混合液＞
第２の混合液７２とは、光触媒６１と、貴金属または貴金属イオン６２とを含む第１の混合液７１に紫外線８１を照射することにより生成された貴金属担持光触媒６５を含む、液体の冷却材を意味する。
ここで貴金属担持光触媒６５とは、第１の混合液７１に紫外線８１を照射した結果、第１の混合液７１に含まれる貴金属または貴金属イオン６２が貴金属６３になり、光触媒６１の表面に担持されることにより形成されたものである。

【0055】

貴金属６３は、貴金属または貴金属イオン６２と同じ元素からなる金属である。
貴金属６３としては、たとえば、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｒｕ、ＯｓおよびＩｒから選ばれる１種以上の金属が挙げられる。

【0056】

図６は、光触媒および貴金属担持光触媒の粒子の模式的な断面図である。
具体的には、図６（Ａ）は光触媒６１の粒子の模式的な断面図であり、図６（Ｂ）は貴金属担持光触媒６５の粒子の模式的な断面図である。

【0057】

図３に示された、光触媒６１と貴金属イオン６２とを含む第１の混合液７１に、紫外線８１が照射されると、図３および図６（Ａ）に示される光触媒６１の粒子の表面で図３に示される貴金属イオン（Ｍ^２＋）６２が還元される。以下、貴金属イオン６２が２価の陽イオン（Ｍ^２＋）である場合を例にとり説明する。

【0058】

貴金属イオン（Ｍ^２＋）６２が還元されると、図６（Ｂ）に示されるように光触媒６１の粒子の表面に貴金属（Ｍ）６３が担持されることにより、冷却材中で図６（Ｂ）に示される断面構造の貴金属担持光触媒６５が生成される。また、第１の混合液７１がイオンでない金属の貴金属６２を含む場合には、この貴金属６２も光触媒６１の粒子の表面に坦持されて貴金属（Ｍ）６３となる。

【0059】

貴金属担持光触媒６５の貴金属６３の担持量は、光触媒６１の１００質量％に対して、通常０．００１質量％〜１０質量％、好ましくは０．０１質量％〜１質量％、さらに好ましくは０．１質量％〜１質量％である。

【0060】

紫外線照射槽１３内に貯留された状態の第２の混合液７２の温度は特に限定されない。

【0061】

（貴金属担持光触媒注入部）
貴金属担持光触媒注入部４０は、第２の混合液７２を原子炉一次系５に注入する部分である。

【0062】

貴金属担持光触媒注入部４０は、紫外線照射槽１３内の第２の混合液７２を原子炉一次系５に送液する貴金属担持光触媒注入配管４１と、貴金属担持光触媒注入配管４１内を流通する第２の混合液７２の流量を制御するバルブ４２と、貴金属担持光触媒注入配管４１中の第２の混合液７２を原子炉一次系５に注入する注入ポンプ４３とを備える。

【0063】

第２の混合液７２が貴金属担持光触媒注入部４０から、原子炉一次系５を構成する金属部材に接液する原子炉一次系冷却材７０に注入されると、第２の混合液７２中の貴金属担持光触媒６５が原子炉一次系冷却材７０に注入される。原子炉一次系冷却材７０に注入された貴金属担持光触媒６５は、原子炉一次系５を構成する金属部材の表面に付着する。そして、金属部材の表面に付着した貴金属担持光触媒６５に、チェレンコフ光等が照射されると、チェレンコフ光等に含まれる紫外線領域の光によって貴金属担持光触媒６５の光触媒が光励起反応を生じ、金属部材の腐食電位が低下して、金属部材の耐食性が高くなる。

【0064】

光触媒注入システム１の作用の説明は、以下に示す本発明の光触媒注入方法の説明と同じである。以下に本発明の光触媒注入方法を説明するため、光触媒注入システム１の作用の説明を省略する。

【0065】

［光触媒注入方法］
本発明の光触媒注入方法は、原子炉一次系冷却材採取工程と、光触媒添加工程と、紫外線照射工程と、貴金属担持光触媒注入工程と、を有する。
本発明の光触媒注入方法は、たとえば、図１に示した光触媒注入システム１を用いて実施される。

【0066】

（原子炉一次系冷却材採取工程）
原子炉一次系冷却材採取工程は、原子炉一次系５から、冷却材サンプリング配管６等により貴金属または貴金属イオン６２を含む原子炉一次系冷却材７０を採取する工程である。

【0067】

原子炉一次系冷却材採取工程は、原子炉の通常運転時、停止時、起動時等に行われる。なお、後述の光触媒添加工程、紫外線照射工程、および貴金属担持光触媒注入工程も、原子炉一次系冷却材採取工程と同様に、原子炉の通常運転時、停止時、起動時等に行われる。

【0068】

原子炉一次系冷却材採取工程について、図２を参照して説明する。
原子炉一次系冷却材採取工程では、図２に示されるように、原子炉一次系５から貴金属または貴金属イオン６２を含む原子炉一次系冷却材７０を採取する。採取された原子炉一次系冷却材７０は、原子炉一次系冷却材採取配管１１を流通し、紫外線照射槽１３に送液される。

【0069】

原子炉一次系冷却材７０の採取は、通常、断続的に行われる。

【0070】

原子炉一次系冷却材採取工程後の紫外線照射槽１３中には、貴金属または貴金属イオン６２を含む原子炉一次系冷却材７０が貯留される。

【0071】

（光触媒添加工程）
光触媒添加工程は、採取された原子炉一次系冷却材７０と光触媒６１とを混合させる工程である。光触媒添加工程では、光触媒６１と、貴金属または貴金属イオン６２とを含む第１の混合液７１が調製される。
光触媒添加工程について、図３を参照して説明する。

【0072】

図３に示されるように、光触媒添加工程では、原子炉一次系冷却材採取配管１１から送液され、採取された原子炉一次系冷却材７０と、光触媒供給部２５から光触媒供給配管２６を介して矢印９１の向きに供給された光触媒６１とが、光触媒添加部２０内で混合される。原子炉一次系冷却材７０と光触媒６１との混合液（第１の混合液７１）は、光触媒添加部２０から配管１１ｂを介して矢印９２の向きに紫外線照射槽１３に送液される。紫外線照射槽１３内の第１の混合液７１は、原子炉一次系冷却材７０と光触媒６１との配合比率が所定の比率になるように調製される。

【0073】

（紫外線照射工程）
紫外線照射工程は、光触媒添加工程で得られた冷却材（第１の混合液７１）に紫外線を照射することにより、冷却材中で光触媒６１の表面に貴金属６３が担持された貴金属担持光触媒６５を生成させる工程である。紫外線照射工程では、図４に示されるように、貴金属担持光触媒６５を含む第２の混合液７２が調製される。

【0074】

紫外線照射工程について、図３および図４を参照して説明する。

【0075】

紫外線照射工程では、図３に示されるように、紫外線照射槽１３中に貯留された第１の混合液７１に紫外線照射部３０から紫外線８１を照射する。

【0076】

紫外線８１の照射は、紫外線照射強度と照射時間とを制御して行うことが好ましい。
紫外線８１の照射強度としては、通常０．０１ｍＷ／ｃｍ^２以上２０ｍＷ／ｃｍ^２以下、好ましくは０．０１ｍＷ／ｃｍ^２以上１ｍＷ／ｃｍ^２以下、さらに好ましくは０．０１ｍＷ／ｃｍ^２以上０．１ｍＷ／ｃｍ^２以下とする。紫外線８１の照射は、一定の線量で照射し続けることが好ましい。

【0077】

紫外線８１の照射の照射強度が２０ｍＷ／ｃｍ^２を超えると、光触媒６１への貴金属６３の析出速度が２０ｍＷ／ｃｍ^２の場合に比べて特に向上しなくなるため、経済的でない。

【0078】

紫外線８１の照射時間は、紫外線照射強度により変わる。すなわち、紫外線８１の照射強度が大きい場合は照射時間を短くし、紫外線８１の照射強度が小さい場合は照射時間を長くする。

【0079】

紫外線８１の照射の最中は、第１の混合液７１を攪拌９３し続けることが好ましい。紫外線８１の照射の最中に第１の混合液７１を攪拌し続けると、均一な組成の貴金属担持光触媒６５を生成しやすい。

【0080】

紫外線照射工程は、紫外線照射槽１３に貯留された一定量の第１の混合液７１に対して第１の混合液７１等の冷却材を添加せずに紫外線８１を照射する、バッチ式の紫外線照射を行うことが好ましい。バッチ式の紫外線照射であると、紫外線照射槽１３中で貴金属担持光触媒６５を確実に生成することができる。

【0081】

紫外線照射工程を行うと、第１の混合液７１から、貴金属担持光触媒６５を含む第２の混合液７２が調製される。

【0082】

紫外線照射工程で、光触媒６１と、貴金属または貴金属イオン６２とを含む第１の混合液７１に紫外線８１を照射することにより、貴金属担持光触媒６５を含む第２の混合液７２が形成されることについて、図面を参照して説明する。

【0083】

図７は、冷却材（水）中の光触媒および貴金属イオンの作用を説明する図である。
図７中、符号８２は光触媒６１の価電子帯、符号８３は光触媒６１の伝導帯をそれぞれ模式的に示したものである。図７は、第１の混合液７１中の光触媒６１および貴金属イオン６２の作用を説明するものである。

【0084】

図７において、価電子帯８２および伝導帯８３の図７中の上下方向の高さは、電子のエネルギーの高さを示す。すなわち、図７において、価電子帯８２よりも上側の位置に示された伝導帯８３は、電子のエネルギーが価電子帯８２よりも高いことを示す。

【0085】

紫外線照射槽１３に貯留された第１の混合液７１中の光触媒６１は、紫外線８１が照射されない状態では、電子のエネルギーが低く、電子が価電子帯８２に存在する。
これに対し、紫外線照射槽１３内の光触媒６１に紫外線８１が照射されると、光触媒６１で反応が生じる。具体的には、図７に示されるように、光触媒６１の価電子帯８２において正孔ｈ^＋が生成し、正孔の移動が符号８４の方向に生じるとともに、電子の励起８６が生じ、価電子帯８２の電子が伝導帯８３に移動し、電子の移動が符号８５の方向に生じる。この光触媒６１での光励起反応は、光触媒６１の近傍に貴金属イオン（Ｍ^２＋）６２が存在することによって効率よく進行する。

【0086】

一方、第１の混合液７１を構成する冷却材中では、光触媒６１の価電子帯８２で生成された正孔ｈ^＋により下記式（１）の反応が生じ、Ｈ^＋が生成される。
［化１］
Ｈ_２Ｏ＋２ｈ^＋→２Ｈ^＋＋１／２Ｏ_２ （１）

【0087】

また、第１の混合液７１中に含まれる貴金属イオン（Ｍ^２＋）６２は、光触媒６１の伝導帯８３にある電子ｅ⁻により下記式（２）の反応が生じて還元され、貴金属（Ｍ）が生成される。
［化２］
２ｅ⁻＋Ｍ^２＋→Ｍ （２）

【0088】

式（２）の反応は、通常、第１の混合液７１中の光触媒６１の粒子の表面で生じる。このため、光触媒６１の粒子の表面に貴金属（Ｍ）６３が付着することにより、紫外線照射槽１３の冷却材中で図６（Ｂ）に示されるような貴金属担持光触媒６５が生成される。

【0089】

すなわち、紫外線照射槽１３内の第１の混合液７１に紫外線８１が照射されると、図３および図６（Ａ）に示される光触媒６１の粒子の表面で図３に示される貴金属イオン（Ｍ^２＋）６２が還元される。このとき、図６（Ｂ）に示されるように光触媒６１の粒子の表面に貴金属（Ｍ）６３が担持され、冷却材中で図６（Ｂ）に示される断面構造の貴金属担持光触媒６５が生成される。紫外線照射工程後の紫外線照射槽１３内の冷却材は、貴金属担持光触媒６５を含む第２の混合液７２となる。

【0090】

貴金属担持光触媒６５を含む第２の混合液７２の調製後は、攪拌器１４での攪拌９３を適宜、停止する。なお、攪拌器１４での攪拌は継続して行ってもよい。

【0091】

上記説明は貴金属イオン（Ｍ^２＋）６２の作用についての説明であるが、この貴金属イオン（Ｍ^２＋）６２が貴金属（Ｍ）６３である場合は、紫外線照射工程の際に、第１の混合液７１中の貴金属（Ｍ）６３が光触媒６１の表面に付着して貴金属（Ｍ）６３となる。

【0092】

（貴金属担持光触媒注入工程）
貴金属担持光触媒注入工程は、紫外線照射工程で得られた冷却材（第２の混合液７２）を原子炉一次系５に注入する工程である。

【0093】

貴金属担持光触媒注入工程について、図４を参照して説明する。
図４に示されるように、紫外線照射工程後の紫外線照射槽１３中には、貴金属担持光触媒６５を含む第２の混合液７２が貯留されている。

【0094】

貴金属担持光触媒注入工程では、紫外線照射槽１３中に貯留されている第２の混合液７２を、原子炉一次系５に注入する。
貴金属担持光触媒注入配管４１内の第２の混合液７２は、注入ポンプ４３を用いて原子炉一次系５に注入される。

【0095】

上記のように紫外線照射槽１３内に貯留された状態の第２の混合液７２の温度は特に限定されない。

【0096】

しかし、第２の混合液７２が貴金属担持光触媒注入部４０を介して原子炉一次系５に注入されるときは、原子炉一次系５に注入する際の第２の混合液７２の温度と、注入される原子炉一次系５に存在する原子炉一次系冷却材７０の温度との差が小さいことが好ましい。

【0097】

原子炉一次系５に注入する際の第２の混合液７２の温度と、注入される原子炉一次系５に存在する原子炉一次系冷却材７０の温度との差が小さいと、原子炉一次系５に注入する際の第２の混合液７２の注入速度の制御が容易になるため好ましい。
この理由は、以下のとおりである。

【0098】

第２の混合液７２に含まれる貴金属担持光触媒６５が原子炉一次系５の金属部材に付着する速度は、貴金属担持光触媒６５を含む冷却材の温度の上昇に伴って、指数関数的に増加する。以下、貴金属担持光触媒６５が原子炉一次系５の金属部材に付着する速度を、「貴金属担持光触媒６５の付着速度」という。

【0099】

このため、原子炉一次系５に注入する際の第２の混合液７２の温度、および原子炉一次系５に存在する原子炉一次系冷却材７０の温度のいずれか一方の温度が高く、両者の温度の差が大きいときは、この温度変化により第２の混合液７２の注入前後で貴金属担持光触媒６５の付着速度に大きな変化が生じる。このため、原子炉一次系５の金属部材への貴金属担持光触媒６５の付着分布にバラツキが生じやすい。

【0100】

たとえば、原子炉一次系５への第２の混合液７２の注入部の近傍では金属部材への貴金属担持光触媒６５の付着量が多くなり、一方で、原子炉一次系５への第２の混合液７２の注入部から遠い部分では金属部材への貴金属担持光触媒６５の付着量が少なくなりやすい。

【0101】

このため、原子炉一次系５に注入する際の第２の混合液７２の温度、および原子炉一次系５に存在する原子炉一次系冷却材７０の温度のいずれか一方の温度が高く、両者の温度の差が大きいときは、原子炉一次系５の金属部材への貴金属担持光触媒６５の付着分布にバラツキが生じることを回避するために、通常、第２の混合液７２の原子炉一次系５への注入速度を小さくする制御を行う。

【0102】

しかし、原子炉一次系５に注入する際の第２の混合液７２の温度、および原子炉一次系５に存在する原子炉一次系冷却材７０の温度のいずれか一方の温度が高く、両者の温度の差が大きいときは、高温の冷却材中で貴金属担持光触媒６５の付着速度が非常に大きいことから、注入速度の変化幅に対する貴金属担持光触媒６５の付着速度の変化幅も非常に大きい。このため、第２の混合液７２の原子炉一次系５への注入速度を所望の注入速度に調整するには、微妙な調整が要求される。

【0103】

そこで、本発明では、原子炉一次系５に注入する際の第２の混合液７２の温度と、原子炉一次系５に存在する原子炉一次系冷却材７０の温度との差を小さくすることにより、第２の混合液７２の原子炉一次系５への注入速度の調整を容易にしつつ、原子炉一次系５の金属部材への貴金属担持光触媒６５の付着分布にバラツキが生じることを抑制している。

【0104】

また、本発明では、第２の混合液７２（第１の混合液７１への紫外線照射で得られた冷却材）を原子炉一次系５に注入する際の温度が、１０℃以上２８８℃以下に制御される。
第２の混合液７２を原子炉一次系５に注入する際の温度が、１０℃以上２８８℃以下であると、第２の混合液７２の原子炉一次系５への注入速度の調整を容易にしつつ、原子炉一次系５の金属部材への貴金属担持光触媒６５の付着分布にバラツキが生じることを抑制しやすい。

【0105】

原子炉一次系５に注入された第２の混合液７２は、原子炉一次系５に既に存在する原子炉一次系冷却材７０と混合される。この原子炉一次系冷却材７０と第２の混合液７２との混合水（以下、混合冷却材という。）に含まれる貴金属担持光触媒６５は、原子炉一次系５を構成する金属部材に接液し、金属部材の表面に付着する。

【0106】

そして、金属部材の表面に付着した貴金属担持光触媒６５の光触媒は、紫外線が照射されると光励起反応を行い、金属部材の腐食電位を低下させ、金属部材の高い防食効果を発現する。

【0107】

ここで、金属部材の表面に付着した貴金属担持光触媒６５に照射される紫外線としては、たとえば、炉心で発生するチェレンコフ光、原子炉一次系５内に設置した紫外線照射装置から照射される紫外線等が挙げられる。炉心で発生するチェレンコフ光は、通常、３９０ｎｍ程度の紫外線領域の波長を有する光を含む。このため、チェレンコフ光に含まれる紫外線の照射により、貴金属担持光触媒６５が光励起反応を行い、金属部材の腐食電位を低下させ、金属部材の高い防食効果を発現させることができる。

【0108】

（光触媒注入システムおよび光触媒注入方法の効果）
本発明の光触媒注入システム１、およびこの光触媒注入システム１を主に用いて実施される光触媒注入方法によれば、原子炉一次系５から採取された原子炉一次系冷却材７０を用いて、金属部材の腐食電位を大きく低下させる貴金属担持光触媒６５を効率よく生成することができる。

【0109】

また、本発明の光触媒注入システム１、およびこの光触媒注入システム１を主に用いて実施される光触媒注入方法によれば、金属部材の腐食電位を大きく低下させる貴金属担持光触媒６５を含む第２の混合液７２を原子炉一次系５に注入することにより、原子炉一次系５を構成する金属部材の腐食電位が大きく低下するため、金属部材の高い防食効果を得ることができる。

【0110】

さらに、本発明の光触媒注入システム１、およびこの光触媒注入システム１を主に用いて実施される光触媒注入方法では、貴金属担持光触媒６５を構成する貴金属６３の原料として、原子炉一次系５の原子炉一次系冷却材７０中に含まれる貴金属または貴金属イオン６２を用いる。このため、本発明の光触媒注入システム１、およびこの光触媒注入システム１を主に用いて実施される光触媒注入方法によれば、貴金属担持光触媒６５を構成する貴金属６３の原料として、貴金属を原子力発電プラントの冷却材に新たに供給する必要がなく、原子力発電プラントの運転コストが小さくなる。

【0111】

このように本発明の光触媒注入方法および光触媒注入システムによれば、光励起反応の効率が高いことから金属部材の腐食電位が大きく低下するため防食効果が高く、運転コストが小さい。

【0112】

なお、上記実施形態の説明では、沸騰水型原子力発電プラント（ＢＷＲ）について説明したが、本発明は、加圧水型原子力発電プラント（ＰＷＲ）の原子炉一次系について適用することができる。加圧水型原子力発電プラントの原子炉一次系とは、加圧水型原子力発電プラントを構成する系統のうち、放射性物質を含む冷却材が流通する系統を意味する。

【実施例】

【0113】

以下に実施例を示すが、本発明はこれらに限定されて解釈されるものではない。

【0114】

［実施例１］
（貴金属担持光触媒の生成）
図１に示す光触媒注入システム１と同じ構造の試験装置を用意し、原子炉一次系冷却材を模した水として、原子炉通常水質運転条件を満たしＰｔイオンを１０ｐｐｍ含む２８０℃の通常水質の水を用意した。以下、この高温の水を、原子炉一次系冷却材模擬水という。
次に、この原子炉一次系冷却材模擬水を２０℃まで冷却して、原子炉一次系冷却材を模した水を得た。以下、この水を、原子炉一次系冷却材模擬水という。
さらに、この２０℃の原子炉一次系冷却材模擬水に、酸化チタンＴｉＯ_２粒子を添加して、Ｐｔイオン１０ｐｐｍおよび酸化チタン粒子１００ｍｇ／ｌを含む２０℃の第１の混合液を調製した。さらに、紫外線照射工程として、第１の混合液に紫外線を照射して酸化チタンＴｉＯ_２粒子の表面にＰｔが担持されたＰｔ担持酸化チタン粒子を含む第２の混合液を調製した。

【0115】

なお、紫外線照射工程では、Ｐｔイオンおよび酸化チタン粒子を含む２０℃の第１の混合液を攪拌しながら紫外線を照射した。紫外線の照射は、照射強度を１ｍＷ／ｃｍ^２、照射時間を１時間とした。
得られたＰｔ担持酸化チタン粒子は、酸化チタン粒子１００質量％に対してＰｔが０．１質量％担持されたものであった。

【0116】

（金属部材への貴金属担持光触媒の付着）
金属部材としてステンレス鋼ＳＵＳ３０４からなるステンレス鋼試験片を用意し、このステンレス鋼試験片の表面に、得られたＰｔ担持酸化チタン粒子を付着させて、Ｐｔ担持酸化チタン粒子付着ステンレス鋼試験片を作製した。ステンレス鋼試験片へのＰｔ担持酸化チタン粒子の付着量は、１０μｇ／ｃｍ^２であった。

【0117】

（腐食電位の測定）
上記の２８０℃の原子炉一次系冷却材模擬水中に、Ｐｔ担持酸化チタン粒子付着ステンレス鋼試験片を浸漬し、このＰｔ担持酸化チタン粒子付着ステンレス鋼試験片に紫外線を０．１ｍＷ／ｃｍ^２の強さで照射した状態で、Ｐｔ担持酸化チタン粒子付着ステンレス鋼試験片の腐食電位を測定した。
また、腐食電位を測定したまま、原子炉一次系冷却材模擬水に徐々に水素を注入していき、水素注入水質の原子炉一次系冷却材模擬水中でのＰｔ担持酸化チタン粒子付着ステンレス鋼試験片の腐食電位を測定した。

【0118】

（腐食電位の測定結果）
図８に、Ｐｔ担持酸化チタン粒子の生成の際の原子炉一次系冷却材模擬水への水素注入量と、Ｐｔ担持酸化チタン粒子付着ステンレス鋼試験片の腐食電位との関係を示す。
図８より、実施例１では、原子炉一次系冷却材模擬水への水素注入量が増加すると、Ｐｔ担持酸化チタン粒子付着ステンレス鋼試験片の腐食電位が低下し、ステンレス鋼の耐食性が高くなることが分かった。

【0119】

［比較例１］
（貴金属担持光触媒の生成）
Ｐｔ担持酸化チタン粒子に代えて、実施例１のＰｔ担持酸化チタン粒子の原料である酸化チタン粒子を用いた以外は、実施例１と同様にして、酸化チタン粒子付着ステンレス鋼試験片を作製し、腐食電位を測定した。

【0120】

（腐食電位の測定結果）
図８に、原子炉一次系冷却材模擬水への水素注入量と、酸化チタン粒子付着ステンレス鋼試験片の腐食電位との関係を示す。

【0121】

（評価）
図８より、比較例１では、原子炉一次系冷却材模擬水への水素注入量が増加すると、酸化チタン粒子付着ステンレス鋼試験片の腐食電位が低下し、ステンレス鋼の耐食性が高くなることが分かった。

【0122】

また、図８より、実施例１の腐食電位の値は、比較例１の腐食電位よりも低いため、比較例１より実施例１のほうがステンレス鋼の耐食性が高いことが分かった。

【0123】

［実施例２〜６］
（貴金属担持光触媒の生成）
紫外線照射工程における紫外線の照射強度を０．０１ｍＷ／ｃｍ^２（実施例２）、０．１ｍＷ／ｃｍ^２（実施例３）、１ｍＷ／ｃｍ^２（実施例４）、１０ｍＷ／ｃｍ^２（実施例５）、および１００ｍＷ／ｃｍ^２（実施例６）に変え、紫外線の照射時間を１時間とした以外は、実施例１と同様にして、Ｐｔ担持酸化チタン粒子（実施例２〜６）を生成した。なお、実施例３は、実施例１と同様の条件でＰｔ担持酸化チタン粒子を生成したものである。

【0124】

（貴金属担持光触媒における光触媒の表面への貴金属の付着量の測定）
得られたＰｔ担持酸化チタン粒子について、酸化チタン粒子（光触媒）に対するＰｔ（貴金属）の担持量を調べた。Ｐｔの担持量は、酸化チタン粒子１００質量％に対するＰｔの担持量（質量％）として算出した。
図９に、Ｐｔ担持酸化チタン粒子の生成の際の紫外線照射の光強度と、Ｐｔ担持酸化チタン粒子における酸化チタンの表面へのＰｔの付着量との関係を示す。

【0125】

（金属部材への貴金属担持光触媒の付着）
得られたＰｔ担持酸化チタン粒子を用いる以外は、実施例１と同様にして、Ｐｔ担持酸化チタン粒子付着ステンレス鋼試験片（実施例２〜６）を作製した。

【0126】

（腐食電位の測定）
得られたＰｔ担持酸化チタン粒子付着ステンレス鋼試験片について、通常水質の２８０℃の原子炉一次系冷却材模擬水に水素を注入しない以外は、実施例１と同様にして、腐食電位を測定した。
図９に、Ｐｔ担持酸化チタン粒子の生成の際の紫外線照射の光強度と、Ｐｔ担持酸化チタン粒子付着ステンレス鋼試験片の腐食電位との関係を示す。なお、図９には、比較例１で得られた酸化チタン粒子付着ステンレス鋼試験片の腐食電位も示す。

【0127】

（評価）
図９より、Ｐｔ担持酸化チタン粒子の生成の際の紫外線照射の光強度が増加するにつれて、Ｐｔ担持酸化チタン粒子における酸化チタンの表面へのＰｔの付着量が増加することが分かった。
また、図９より、Ｐｔ担持酸化チタン粒子の生成の際の紫外線照射の光強度が増加するにつれて、Ｐｔ担持酸化チタン粒子付着ステンレス鋼試験片の腐食電位が低下し、ステンレス鋼の耐食性が高くなることが分かった。
さらに、図９より、実施例２〜６のＰｔ担持酸化チタン粒子付着ステンレス鋼試験片は、比較例１の酸化チタン粒子付着ステンレス鋼試験片に比較して、腐食電位が低下し、ステンレス鋼の耐食性が高くなることが分かった。

【0128】

［実施例７〜１０、比較例２］
（貴金属担持光触媒の生成）
紫外線照射工程における紫外線の照射強度を１ｍＷ／ｃｍ^２とし、かつ、紫外線の照射時間を５分（実施例７）、１０分（実施例８）、１５分（実施例９）、および２０分（実施例１０）に変えた以外は、実施例１と同様にして、Ｐｔ担持酸化チタン粒子（実施例７〜１０）を生成した。
また、実施例７〜１０に対する比較例して、紫外線照射工程における紫外線の照射時間を０分とした貴金属担持光触媒に相当する、比較例１の酸化チタン粒子を用意した。この酸化チタン粒子を、便宜上、比較例２の酸化チタン粒子とする。

【0129】

（貴金属担持光触媒における光触媒の表面への貴金属の付着量の測定）
得られたＰｔ担持酸化チタン粒子（実施例７〜１０）および酸化チタン粒子（比較例２）について、実施例２と同様にして、酸化チタン粒子（光触媒）に対するＰｔ（貴金属）の担持量を調べた。
図１０に、Ｐｔ担持酸化チタン粒子の生成の際の紫外線照射の照射時間と、Ｐｔ担持酸化チタン粒子における酸化チタンの表面へのＰｔの付着量との関係を示す。なお、比較例２で得られた酸化チタン粒子のＰｔの付着量は実際は０であるが、図１０に示す便宜上、比較例２のＰｔの付着量を図１０の最低値である０．００１として記載した。

【0130】

（金属部材への貴金属担持光触媒の付着）
得られたＰｔ担持酸化チタン粒子（実施例７〜１０）、および酸化チタン粒子（比較例２）を用いる以外は、実施例１と同様にして、Ｐｔ担持酸化チタン粒子付着ステンレス鋼試験片（実施例７〜１０）および酸化チタン粒子付着ステンレス鋼試験片（比較例２）を作製した。

【0131】

（腐食電位の測定）
得られたＰｔ担持酸化チタン粒子付着ステンレス鋼試験片（実施例７〜１０）、および、酸化チタン粒子付着ステンレス鋼試験片（比較例２）について、実施例２と同様にして、腐食電位を測定した。
図１０に、Ｐｔ担持酸化チタン粒子の生成の際の紫外線照射の照射時間と、Ｐｔ担持酸化チタン粒子付着ステンレス鋼試験片の腐食電位との関係を示す。

【0132】

（評価）
図１０より、Ｐｔ担持酸化チタン粒子の生成の際の紫外線照射時間が増加するにつれて、Ｐｔ担持酸化チタン粒子における酸化チタンの表面へのＰｔの付着量が増加することが分かった。
また、図１０より、Ｐｔ担持酸化チタン粒子の生成の際の紫外線照射時間が増加するにつれて、Ｐｔ担持酸化チタン粒子付着ステンレス鋼試験片の腐食電位が低下し、ステンレス鋼の耐食性が高くなることが分かった。
さらに、図１０より、実施例７〜１０のＰｔ担持酸化チタン粒子付着ステンレス鋼試験片は、比較例２の酸化チタン粒子付着ステンレス鋼試験片に比較して、腐食電位が低下し、ステンレス鋼の耐食性が高くなることが分かった。

【0133】

［実施例１１］
（貴金属担持光触媒の生成）
実施例５と同様にして、Ｐｔ担持酸化チタン粒子を生成した。得られたＰｔ担持酸化チタン粒子（実施例１１−１）について、実施例２と同様にして、酸化チタン粒子（光触媒）に対するＰｔ（貴金属）の担持量を調べた。

【0134】

（金属部材への貴金属担持光触媒の付着）
実施例５と同様にして、Ｐｔ担持酸化チタン粒子付着ステンレス鋼試験片を作製した。

【0135】

（貴金属担持酸化チタンの貴金属担持の耐久性）
得られたＰｔ担持酸化チタン粒子付着ステンレス鋼試験片を、２８０℃の原子炉一次系冷却材模擬冷却材中に浸漬し、このＰｔ担持酸化チタン粒子付着ステンレス鋼試験片に紫外線を０．１ｍＷ／ｃｍ^２の強さで１時間照射し続けた以外は、実施例５と同様にして、腐食電位を測定する試験を行った。なお、本試験は、Ｐｔ担持酸化チタン粒子の貴金属担持の耐久性を調べるための試験であるため、腐食電位は測定しなかった。

【0136】

腐食電位を測定する試験の終了後のＰｔ担持酸化チタン粒子付着ステンレス鋼試験片から、Ｐｔ担持酸化チタン粒子の一部を採取した。採取したＰｔ担持酸化チタン粒子を実施例１１−２とする。実施例１１−２のＰｔ担持酸化チタン粒子について、実施例２と同様にして、酸化チタン粒子（光触媒）に対するＰｔ（貴金属）の担持量を調べた。
図１１に、腐食電位を測定する試験の前後のＰｔ担持酸化チタン粒子（実施例１１−１、実施例１１−２）における酸化チタンの表面へのＰｔの付着量を示す。

【0137】

（評価）
図１１より、ステンレス鋼試験片に付着したＰｔ担持酸化チタン粒子は、２８０℃の原子炉一次系冷却材模擬水中に１時間晒されても、酸化チタンの表面からＰｔがほとんど剥離しないことが分かった。

【0138】

［実施例１２〜１４］
（貴金属担持光触媒の生成）
原子炉一次系冷却材模擬水として、原子炉通常水質運転条件を模した、Ｒｈイオンを１０ｐｐｍ含む２０℃の通常水質の原子炉一次系冷却材模擬水を用いた以外は、実施例１と同様にして、酸化チタン粒子の表面にＲｈが担持されたＲｈ担持酸化チタン粒子を生成した（実施例１２）。
原子炉一次系冷却材模擬水として、原子炉通常水質運転条件を模した、Ｒｕイオンを１０ｐｐｍ含む２０℃の通常水質の原子炉一次系冷却材模擬水を用いた以外は、実施例１と同様にして、酸化チタン粒子の表面にＲｕが担持されたＲｕ担持酸化チタン粒子を生成した（実施例１３）。
原子炉一次系冷却材模擬水として、原子炉通常水質運転条件を模した、Ｐｄイオンを１０ｐｐｍ含む２０℃の通常水質の原子炉一次系冷却材模擬水を用いた以外は、実施例１と同様にして、酸化チタン粒子の表面にＰｄが担持されたＰｄ担持酸化チタン粒子を生成した（実施例１４）。

【0139】

（金属部材への貴金属担持光触媒の付着）
得られたＲｈ担持酸化チタン粒子（実施例１２）を用いる以外は、実施例１と同様にして、Ｒｈ担持酸化チタン粒子付着ステンレス鋼試験片（実施例１２）を作製した。ステンレス鋼試験片へのＲｈ担持酸化チタン粒子の付着量は、１０μｇ／ｃｍ^２であった。
得られたＲｕ担持酸化チタン粒子（実施例１３）を用いる以外は、実施例１と同様にして、Ｒｕ担持酸化チタン粒子付着ステンレス鋼試験片（実施例１３）を作製した。ステンレス鋼試験片へのＲｕ担持酸化チタン粒子の付着量は、１５μｇ／ｃｍ^２であった。
得られたＰｄ担持酸化チタン粒子（実施例１４）を用いる以外は、実施例１と同様にして、Ｐｄ担持酸化チタン粒子付着ステンレス鋼試験片（実施例１４）を作製した。ステンレス鋼試験片へのＰｄ担持酸化チタン粒子の付着量は、１０μｇ／ｃｍ^２であった。

【0140】

（腐食電位の測定）
得られたＲｈ担持酸化チタン粒子付着ステンレス鋼試験片（実施例１２）について、原子炉通常水質運転条件を模した、Ｒｈイオンを含む２８０℃の通常水質の原子炉一次系冷却材模擬水中で腐食電位を測定した以外は、実施例２と同様にして、腐食電位を測定した。
得られたＲｕ担持酸化チタン粒子付着ステンレス鋼試験片（実施例１３）について、原子炉通常水質運転条件を模した、Ｒｕイオンを含む２８０℃の通常水質の原子炉一次系冷却材模擬水中で腐食電位を測定した以外は、実施例２と同様にして、腐食電位を測定した。
得られたＰｄ担持酸化チタン粒子付着ステンレス鋼試験片（実施例１４）について、原子炉通常水質運転条件を模した、Ｐｄイオンを含む２８０℃の通常水質の原子炉一次系冷却材模擬水中で腐食電位を測定した以外は、実施例２と同様にして、腐食電位を測定した。
図１２に、貴金属担持光触媒（実施例１２〜１４）を構成する貴金属の種類と、貴金属担持光触媒付着ステンレス鋼試験片の腐食電位との関係を示す。なお、図１２には、比較例２で得られた酸化チタン粒子付着ステンレス鋼試験片の腐食電位も示す。

【0141】

（評価）
図１２より、Ｒｈ担持酸化チタン粒子付着ステンレス鋼試験片（実施例１２）、Ｒｕ担持酸化チタン粒子付着ステンレス鋼試験片（実施例１３）、およびＰｄ担持酸化チタン粒子付着ステンレス鋼試験片（実施例１４）についても、Ｐｔ担持酸化チタン粒子付着ステンレス鋼試験片と同様にステンレス鋼の腐食電位が低下し、ステンレス鋼の耐食性が高くなることが分かった。

【0142】

また、Ｒｈ担持酸化チタン粒子付着ステンレス鋼試験片（実施例１２）、Ｒｕ担持酸化チタン粒子付着ステンレス鋼試験片（実施例１３）、およびＰｄ担持酸化チタン粒子付着ステンレス鋼試験片（実施例１４）について、実施例２〜６と同様に紫外線照射工程における紫外線の照射強度を変えたり、実施例７〜１０と同様に紫外線照射工程における紫外線の照射時間を変えたりする試験を行った。
この結果、Ｒｈ担持酸化チタン粒子付着ステンレス鋼試験片（実施例１２）、Ｒｕ担持酸化チタン粒子付着ステンレス鋼試験片（実施例１３）、およびＰｄ担持酸化チタン粒子付着ステンレス鋼試験片（実施例１４）は、実施例２〜１０のＰｔ担持酸化チタン粒子付着ステンレス鋼試験片と同様の挙動を示した。
したがって、Ｒｈ担持酸化チタン粒子、Ｒｕ担持酸化チタン粒子、およびＰｄ担持酸化チタン粒子は、Ｐｔ担持酸化チタン粒子と同様に、ステンレス鋼の防食に用いることができることが分かった。

【0143】

［実施例１５および１６］
（貴金属担持光触媒の生成）
光触媒として、酸化チタンＴｉＯ_２に代えて、酸化鉄Ｆｅ_２Ｏ_３（実施例１５）または酸化亜鉛ＺｎＯ（実施例１６）を用いた以外は、実施例１と同様にして、Ｐｔ担持酸化鉄粒子（実施例１５）、およびＰｔ担持酸化亜鉛粒子（実施例１６）を生成した。

【0144】

（金属部材への貴金属担持光触媒の付着）
得られたＰｔ担持酸化鉄粒子（実施例１５）、またはＰｔ担持酸化亜鉛粒子（実施例１６）を用いる以外は、実施例１と同様にして、Ｐｔ担持酸化鉄粒子付着ステンレス鋼試験片（実施例１５）、およびＰｔ担持酸化亜鉛粒子付着ステンレス鋼試験片（実施例１６）を作製した。

【0145】

（腐食電位の測定）
得られたＰｔ担持酸化鉄粒子付着ステンレス鋼試験片（実施例１５）、およびＰｔ担持酸化亜鉛粒子付着ステンレス鋼試験片（実施例１６）について、実施例２と同様にして、腐食電位を測定した。
図１３に、貴金属担持光触媒を構成する光触媒の種類と、貴金属担持光触媒付着ステンレス鋼試験片の腐食電位との関係を示す。なお、図１３には、比較例２で得られた酸化チタン粒子付着ステンレス鋼試験片の腐食電位も示す。

【0146】

（評価）
図１３より、Ｐｔ担持酸化鉄粒子付着ステンレス鋼試験片（実施例１５）およびＰｔ担持酸化亜鉛粒子付着ステンレス鋼試験片（実施例１６）についても、Ｐｔ担持酸化チタン粒子付着ステンレス鋼試験片と同様にステンレス鋼の腐食電位が低下し、ステンレス鋼の耐食性が高くなることが分かった。

【0147】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0148】

１、１Ａ 光触媒注入システム
５ 原子炉一次系
６ 冷却材サンプリング配管
１０ 原子炉一次系冷却材採取部
１１、１１ａ、１１ｂ 原子炉一次系冷却材採取配管
１２ バルブ
１３ 紫外線照射槽
１４ 攪拌器
２０ 光触媒添加部
２５ 光触媒供給部
２６ 光触媒供給配管
２７ 光触媒添加配管
３０ 紫外線照射部
４０ 貴金属担持光触媒注入部
４１ 貴金属担持光触媒注入配管
４２ バルブ
４３ 注入ポンプ
６１ 光触媒
６２ 貴金属イオン
６３ 貴金属層（貴金属）
６５ 貴金属担持光触媒
７０ 原子炉一次系冷却材（冷却材）
７１ 第１の混合液（冷却材）
７２ 第２の混合液（冷却材）
８０ 紫外線
８２ 価電子帯（光触媒の価電子帯）
８３ 伝導帯（光触媒の伝導帯）
８４ 正孔の移動
８５ 電子の移動
８６ 励起
９１、９２ 光触媒の移動
９３ 攪拌

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】