特表 2022-518072 放射能除染のための電解処理

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2022-03-11

(54)【発明の名称】放射能除染のための電解処理

(51)【国際特許分類】

   G21F 9/28 20060101AFI20220304BHJP

   C25F 1/00 20060101ALI20220304BHJP

   C25F 1/02 20060101ALI20220304BHJP

【ＦＩ】

G21F9/28 521Z

G21F9/28 511Z

C25F1/00 A

C25F1/02

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2021547956

(86)(22)【出願日】2019-10-29

(85)【翻訳文提出日】2021-06-24

(86)【国際出願番号】 GB2019053059

(87)【国際公開番号】W WO2020089610

(87)【国際公開日】2020-05-07

(31)【優先権主張番号】1817604.0

(32)【優先日】2018-10-29

(33)【優先権主張国・地域又は機関】GB

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】518023636

【氏名又は名称】シー－テック イノベーション リミテッド

(71)【出願人】

【識別番号】513131202

【氏名又は名称】ナショナル・ニュークリア・ラボラトリー・リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】110000659

【氏名又は名称】特許業務法人広江アソシエイツ特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ベル，ロバート

(72)【発明者】

【氏名】コリンズ，ジョン

(72)【発明者】

【氏名】オブライエン，ルーク

(57)【要約】

放射能汚染された金属ワークピースの表面を除染するための電解処理システムは、表面に近接しているが、直接電気的に接触していない少なくとも２つの電極を有する。電極は、電解質によって表面から分離される。絶縁体は、電解質を通して電極間の直流経路を回避または最小化するために、電極間の電解質中に提供される。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

放射能汚染された金属ワークピースの表面を除染するための電解処理システムにおいて、少なくとも２つの電極であって、それぞれが前記表面に近接しているが、直接電気的に接触しておらず、前記表面に沿った前記電極の移動を許容するのに十分な距離だけ電解質によって前記表面から分離されている少なくとも２つの電極と、前記電極間の前記電解質中の絶縁体と、を含み、前記絶縁体が前記ワークピースを通る以外の前記電極間のいずれかの直接電流経路を最小限に抑え、前記電極がカソードとアノードとして交互に分極化される、電解処理システム。

【請求項2】

前記電解質が、連結した孔を有する多孔質構造中に完全に、または部分的に保持されている、請求項１に記載の電解処理システム。

【請求項3】

前記電解液を、処理される物品表面の領域に拘束するシールを備えた、請求項１または２に記載の電解処理システム。

【請求項4】

前記表面が平面であり、前記電解質が、処理される前記表面の部分に拘束され、前記拘束された電解液が前記表面を横切って移動する、請求項１～３のいずれか１項に記載の電解処理システム。

【請求項5】

絶縁回路に電源を有し、前記電極に印加される前記電圧が、接地電位を基準としない、請求項１～４のいずれか１項に記載の電解処理システム。

【請求項6】

前記電極が、ＤＣ電源を使用してカソードおよびアノードとして交互に分極化される、請求項１～５のいずれか１項に記載の電解処理システム。

【請求項7】

前記電極が、ＡＣ電圧が印加されたきに、カソードおよびアノードとして交互に分極化される、請求項１～５のいずれか１項に記載の電解処理システム。

【請求項8】

前記電極が、ＤＣバイアスをかけられたＡＣ電圧が印加されたときに、カソードおよびアノードとして交互に分極化される、請求項１～５のいずれか１項に記載の電解処理システム。

【請求項9】

前記ＤＣ電圧バイアスが交互に逆転される、請求項８に記載の電解処理システム。

【請求項10】

前記非接触ワークピースを通る前記電流経路と、前記電極から電極への直接経路との抵抗の比が、０．６未満である、請求項１～９のいずれか１項に記載の電解処理システム。

【請求項11】

前記非接触ワークピースを通る前記電流経路と、前記電極から電極への直接経路との抵抗の比が、０．３未満である、請求項１～１０のいずれか１項に記載の電解処理システム。

【請求項12】

可変間隔および形状の電極を有する、請求項１～１１のいずれか１項に記載の電解処理システム。

【請求項13】

前記電解質が、硝酸を含有する、請求項１～１２のいずれかに記載の電解処理システム。

【請求項14】

前記電解質が、塩化物塩および有機錯体のうちの１つ以上を含有する、請求項１～１３のいずれか１項に記載の電解処理システム。

【請求項15】

前記溶出液流が電気化学的に処理されて、塩化物および有機錯体が除去される、請求項１～１４のいずれか１項に記載の電解処理システム。

【請求項16】

電気化学プロセスの効率と効果を向上させるために、前記システムの使用時に、超音波エネルギーが追加で適用される、請求項１～１５のいずれか１項に記載の電解処理システム。

【請求項17】

電極アセンブリ内に計装を有し、前記計装が、非破壊試験装置、ｐＨセンサ、導電率センサ、ラマンまたは赤外線プローブを含む、請求項１～１６のいずれか１項に記載の電解処理システム。

【請求項18】

前記電極の前方または後方に取り付けられる計装を有し、前記計装が、移動速度、処理時間、電流密度、電圧制御、流体流量のうちの１つまたはすべてを制御するために使用される、請求項１～１７のいずれか１項に記載の電解処理システム。

【請求項19】

前記電解質流体を、前記電極に再循環させる方法を有する、請求項１～１８のいずれか１項に記載の電解処理システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

放射能除染のための電解処理

【0002】

本発明は、放射能汚染の処理、特に表面からのその除去に関する。

【0003】

本明細書において、「表面」または「物品」に対するいずれの参照も、パイプ、容器、チューブ、ダクト、箱、タンク、フラスコ、シリンダ、シャフト、ギア、ホイール、構造などを含むが、これらに限定されない放射性核種で汚染された金属製の物品（articles）および物品（items）の表面を指すために使用され、本明細書では物品（複数可）、物体（複数可）またはワークピース（複数可）と称される。

【背景技術】

【0004】

金属表面の除染は、金属が放射性核種に接触して汚染される原子力産業を含む、産業界において一般的な問題である。汚染された金属には、ダクト、配管、グローブボックス、貯蔵容器、攪拌機などの機械部品が含まれ得る。金属が放射性種を含有する媒体と接触すると、放射性元素が表面と反応しているか、さもなければそれに少し浸透したため、単純なすすぎまたは洗浄では取り除けない残留放射能が表面に残ることになる。金属の表面に直接、または金属内に伝播する亀裂に沿って、表面に幾分拡散する場合がある。その結果、表面には放射能が関連している。

【0005】

したがって、物品の表面から放射能汚染を除去することが望ましい。そのような材料の分類を下げることができれば、汚染物質の大部分を操作員へのリスクを抑えて処理することができ、高レベル放射性廃棄物の貯蔵の必要性が減るため、原子力発電所の廃炉の際に、かなり実用的な利点がある。

【0006】

汚染物質の取り扱いは、操作員の許容被曝量に近接性が寄与するため、操作員が汚染物質に近づくことができなかったり、長時間近くにいることができなかったりすると、課題となることが多い。したがって、汚染を除去し、健康への害を最小限に抑え、従来のリサイクルプロセスを用いて再利用するために除染された金属を回収する目的で、この汚染を処理するための追加の予防措置および方法、ならびに施設が必要となる。

【0007】

さらなる課題は、表面の汚染が静的なものではなく、表面処理に応じて変化し得るということである。いくつかの事例では、汚染された表面層を除去した後、汚染が「再び浸出する」ことが見出される、すなわち、表面における放射能は、除染処理後に低下するが、その後増加することを意味する。これは、表面下層から新たに作製された表面への種の拡散の結果である。これは、どのような除染プロセスでも効果的に制御する必要があることを明確に示している。

【0008】

この問題に対処するための従来の手段は、物品全体の物理的な除去と廃棄である。この方法の明らかな欠点は、廃棄または保管する汚染物質の量が多くなることと、リサイクルを用いて物質を一般的な使用に戻す可能性がないことである。

【0009】

第２の手段は、ＵＳ５２６８１２８（ＷＥＳＴＩＮＧＨＯＵＳＥ）０７／１２／１９９３「Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ ｃｌｅａｎｉｎｇ ｃｏｎｔａｍｉｎａｔｅｄ ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ ｍａｔｅｒｉａｌ」に記載されているような製錬所を使用し、放射能汚染が最終的に、分離されてその後無期限に保管されるスラグになるような動作条件で、ＵＳ２０１３２９６６２９Ａ（ＫＥＰＣＯ ＮＵＣＬＥＡＲ ＦＵＥＬ ＣＯ ＬＩＭＩＴＥＤ）０７／１１／２０１３に記載されているように、溶融除染を用いて放射性金属廃棄物を処理し、金属の大部分を汚染されていない流れとして回収して再利用することと組み合わせることである。このプロセスは、商業的に運用される。このアプローチの欠点は、大きな施設が必要であり、それ自体が広範な制御措置を必要とすることである。

【0010】

したがって、金属ベースの大部分がさらなる予防措置なしにリサイクルされ得るように、材料を除染する手段を有することが好ましい。これは、危険性を低減した状態で解体および廃止作業を行えるように、例えば容器にその場で適用されてもよく、解体後に、かつ再利用のためにより多くの材料を回収することを目的として適用されてもよい。

【0011】

いずれかのそのようなプロセスにおける第１のステップは、グリースまたは塗料などのいずれかの汚染物質の除去である。適切なプロセスは、グリースを除去するための溶媒の使用、および塗料を除去するためのグリットブラスト等の研磨技術の使用を含み得る。ＵＳ２００９０６０７８０Ａ号（ＷＥＳＴＩＮＧＨＯＵＳＥ ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＧＥＲＭＡＮＹ）０５／０３／２００９「Ｄｅｖｉｃｅ ＆ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｔｈｅ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ａｎｄ ｏｒ ｄｅｃｏｎｔａｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｕｒｆａｃｅｓ」に記載されるレーザアブレーション、または表面の加工も使用することができる。これらの方法は効果的であるが、時間がかかり、手作業の集中的なプロセスであり、微粒子廃棄物や蒸気が発生するため、さらなるハザード制御と封じ込めの課題が提示される。溶剤をベースにしたプロセスでは、有機物が混入し、その後に下流の処理および放射性核種の抽出を損なうというさらなる欠点を有する。

【0012】

グリースと塗料を除去した後は、金属の表面層を除去する手段が必要である。様々な手段が知られている。

【0013】

１つの方法は、任意の酸化物または他の蒸着層を含む、汚染された金属層を化学的に溶解することである。課題は、この汚染層を完全に溶解すると同時に、限られ、かつ制御された量の汚染されていない基板金属のみを溶解することである。酸処理は、３０４ステンレス鋼を含む軟鋼およびステンレス鋼、ならびに他の材料にも使用される。硝酸は、対象となる汚染物質が硝酸塩として高い溶解性を持つこと、および３０４ステンレス鋼が硝酸に対して良好な耐食性を持つことから、原子力産業でよく使用される。放射能汚染は、例えば、英国のＳｅｌｌａｆｉｅｌｄにおけるＥｎｈａｎｃｅｄ Ａｃｔｉｎｉｄｅ Ｒｅｍｏｖａｌ Ｐｌａｎｔ（ＥＡＲＰ）で使用されているような、沈殿および凝集を含む標準的な方法で硝酸から回収される。

【0014】

金属表面の他の化学的処理は、金属仕上げ業界では既知であり、金属を熱処理すると酸化表面層ができるが、さらなる処理ステップを行う前に、これを除去しなければならない。酢酸（そのため「酸洗」という用語が使われている）、硫酸、および軟鋼用の塩酸、ステンレス鋼用のフッ化水素酸、またはフッ化水素酸／硝酸の混合物などの他のもしくは追加の薬剤の使用を含む、様々な化学処理が知られている。これらの処理は、下流の排水処理プラントのステンレス構造には不適合であるため、放射能除染における使用には好ましくない。

【0015】

硝酸を溶解剤として使用する場合の制限は、溶解反応が遅いため、大量の酸試薬を処理するために比較的大きなプラントが必要になるということである。反応速度は、塩化物、フッ化物、ならびにクエン酸、シュウ酸およびエチレンジアミン四酢酸などの有機錯化剤といった錯化剤の添加によって、上昇させることができる。これらの薬剤は、表面汚染との反応速度を上昇させるが、その代償として、より腐食性の高い液体を生成し、これは通常の原子力排水処理プラントを使用して処理することはできず、建設に使用された金属を腐食してしまう。

【0016】

表面除染の別の方法は、ＵＳ７３８４５２９Ｂ（ＵＳ ＥＮＥＲＧＹ）１０／０６／２００８「Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｄｅｃｏｎｔａｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｒａｄｉｏａｃｔｉｖｅ ｍｅｔａｌ」に記載されており、導電性電解質槽を使用して、電流を汚染物品に通過させる。電気化学的デスケーリング（または「電気酸洗」）は、金属加工において一般的に使用される。この方法は、化学的な方法に比べて、表面除去の速度が化学的な方法よりも非常に高いという大きな利点がある。実際の結果として、電気化学処理では、化学処理に比べて必要な酸試薬の量が非常に少なくなる。また、追加の利点として、電気化学プロセスは、印加する電位によって決まる電流レベルに即座に反応するため、制御が容易である。しかし、電気化学プロセスには、形状がワークピース近くへの対電極の配置を許容する場合にのみ有効であるという、大きな欠点がある。これは、ワークピース（作用電極）と対電極との隙間から、電界が急激に減少するためである。本発明では、この制限を、新鮮な溶液が金属と接触するところならどこでも作用する化学エッチング法と比較して、限られた「均一電着性」と呼んでいる。「均一電着性」は、電気めっき業界で使用される用語である。電気めっきプロセスにおける良好な均一電着性とは、電界の弱い部分での電気めっきの速度が、同じ電界の弱い部分での蒸着速度が比較的遅い劣った均一電着性と比較して、比較的高いことを指す。本発明の説明では、「均一電着性」を、表面層の電気化学的除去について次のような意味で使用しており、すなわち、良好な均一電着性は、弱電界領域での表面除去速度が、弱電界領域における除去速度が比較的低い劣った均一電着性のプロセスと比較して、相対的に高い。

【0017】

電気酸洗に使用する電気波形の選択は、これまでにも研究の対象となっており、交流波形に直流オフセットを組み合わせることが有利であることが分かっている。ＵＳ２００３０７５４５６Ａ（ＣＯＬＬＩＮＳら）２４／０４／２００３には、ＤＣバイアスをかけたＡＣ波形を使用すると、ＤＣバイアスをかけないＡＣ波形を使用した場合よりも、酸化膜でコーティングされた広範囲の金属をより迅速にデスケーリングできることが示されている。また、ＤＣバイアスの極性を周期的に逆転させることが有利であり得ることも示された。金属表面の酸化膜の除去または洗浄は、ＡＣ波形にＤＣバイアスを印加した方が、ＡＣ電流単独の使用と比べて高速であることが示された。洗浄機構には、汚染層の多少の溶解、下地金属が溶解する多少のアンダーカット、界面における気泡の発生による多少のスクラブ作用が含まれる。

【0018】

ＤＣバイアスをかけたＡＣは、酸化膜の破壊がより速くなることを許容するが、これは、溶解が起こる電位領域では、ＤＣ電流だけでは表面の不活性化、または酸素の発生およびピッティングのいずれかが起こるのに対し、ＡＣ電流だけでは溶解効果が低下するためである。ＤＣバイアスをかけたＡＣ電流は、局所的なピッティングを最小限に抑えながら、最適な溶解をもたらすことが分かっている。

【0019】

パイプの内面を処理するために電極を使用し、ＤＣ電圧を印加することは、ＵＳ６２１７７２６Ｂ（ＴＨＥＲＭＡ ＣＯＲＰ）１７／０４／２００１に以前に示されており、パイプの内面を電気化学的にエッチングする手段として、パイプに直接接続して１つの電極を形成し、接続された一連の球電極を含む第２の電極を形成する方法が提示されている。この場合、単極電位電極がパイプを通って移動し、パイプは電源に接続されて、第２の電極として機能し、回路を作ることになる。多くのプロセスでは、例えば、一定の分極化が必要な電解研磨（アノード）および電気めっき（カソード）のように、必要な効果を達成するために、電極の分極化を交互に変えることはできないため、直接的な電気接触が望ましい。

【0020】

超音波デバイスは、化学および電気化学の用途において、表面除去速度を向上させ、物質輸送を増加させることが示されている。ＵＳ６３１５８８５Ｂ（ＮＡＴ ＳＣＩＥＮＣＥ ＣＯＵＮＣＩＬ［ＵＳ］）１３／１１／２００１は、滓を急速に排出する能力を有する超音波手段によって支援される電解研磨方法を説明している。この分野でこれまでに説明されたシステムは、ＤＣ電解研磨装置を使用しており、ワークピースに直接触れる必要があるが、これは本発明の特徴ではない。

【0021】

双極電極として機能し、静止電極上を通過する可動ワークピースを特徴とする電解処理システムが知られている。そのようなシステムの例は、ストリップまたはワイヤなどの連続金属製品の熱処理からの酸化物の電解酸洗またはデスケーリングである。処理される製品は、電解液槽の中で交互電極性の電極を通過する。製品は、双極電極として交互にカソードおよびアノード反応を経験する。非直接電気的に接触したワークピースのアノードとカソードの領域間では、電流は処理される製品に沿って通過する。

【0022】

要約すると、ワークピースへの直接電気接続を伴わない、またはシステム内の印加電圧を交互に使用する、または電極の極性を変更することを伴わない、固定設置物品の放射能汚染された表面を処理するための既知の方法は存在せず、他の方法では、ワークピースと電気的に接触して電気回路を形成する。これは、既存の構造において、インフラストラクチャが適切な接続点への接近を許容しない可能性があるため、ワークピースとの接触の必要性は問題となり、これには、長く回旋状の接近不可能な配管が含まれか、または処理されるセクションに近接してワークピースへの安全な電気接続点を確保できない場所に埋設されている場合がある。これらの状況でワークピースへの直接電気的接続を作製すると、構造の他の場所で意図しない制御不能な腐食が発生し、放射能の放出につながる危険性がある。

【0023】

さらに考慮すべき点は、原子力産業で知られている表面処理除染方法の中には、ステンレス鋼から構築された従来の排水処理プラントを使用する能力を維持しながら、迅速な表面除染と良好な制御性という望ましい組み合わせを実現するものがないことである。

【0024】

原子力産業にとっては、迅速かつ効果的なプロセスを有することが重要であり、従来のプラントを使用してその後対処できる排出物を生成するプロセス、すなわち、その施設を腐食させないこと、特に放射性核種を錯体化することによって排水処理プラントの除害性能を損なう可能性のある塩化物、フッ化物、および他の有機アニオンの使用を回避することである。

【0025】

前述のプロセスと比較して、システムを効果的に制御し、ワークピースに関連して電極を移動させることで、システムは迅速な表面処理を許容する。これにより、処理される固定金属物体が電解処理用の電源と直接電気的に接触している場合に発生し得る漏洩電流に起因する意図しない腐食のリスクを回避することができ、全ての漏洩経路を十分に特徴づけることができる。

【0026】

この方法は、電気化学的除去プロセスの高い速度、電気化学的プロセスの効果的な制御、および電解質を通す以外は材料に別途電気的に接触する必要がなく、表面を容易に横断できるシステムの使用を組み合わせる。電気波形の種類、電解質の選択、電極の設計、電極支持体と移動配置、および使用される場合のシール構造の組み合わせにより、目的が達成される。

【発明の概要】

【0027】

本発明によれば、放射能汚染された金属ワークピースの表面を除染するための電解処理システムは、少なくとも２つの電極を含み、それぞれが表面に近接しているが、直接電気的に接触しておらず、表面に沿った電極の移動を許容するのに十分な距離だけ電解質によって表面から分離され、電極は、システムが使用されているときに、金属ワークピースを通って電極間を流れる交流電流源に接続される。

【0028】

いくつかの実施形態では、２つ以上の電極が存在し、そのうちの少なくとも１つは、１つの極性の電流源に接続され、そのうちの少なくとも１つは、反対の極性の電流源に接続される。

【0029】

本システムは、電解電源とワークピースとの間に直接電気的接触がない表面から放射能汚染を除去する方法を提供する。ワークピースは静止しており、導電性電解質が電流経路を提供する、給電アノードおよびカソード電極の間の電気回路において、双極電極として機能する。給電アノードに最も近いワークピースの表面はカソードとなり、電流は金属ワークピースを通過し、アノードとして作用する外部給電カソードに最も近いワークピースの表面を通って出ていく。アノードおよびカソード反応は、直接給電電極と同一の方法でワークピース表面上で生じる。電極反応は、洗浄、金属溶解、およびコーティングに使用することができる。電流がワークピースに対して出入りする際に、ワークピースは異なる時間においてアノードとカソードとして機能するため、処理システムを設計する際には、アノードとカソードの分極化の順序を考慮する必要があることに留意されたい。この電解処理システムは、ＤＣ、バイアスをかけられたＡＣおよびＡＣ電流のいずれでも使用することができ、各場合において、電極の分極化によって、表面に発生する電界の変化が引き起こされる。

【0030】

そのような電解処理システムの設計において、双極電極として機能する非接触ワークピースを通る所望の電気経路に加えて、給電電極間の直接の別の電流経路が存在する。この直接経路は、製品に電気化学的な作用を及ぼさず、無駄な電流に相当する。したがって、システム設計では、絶縁体、およびより大きな分離距離を使用し、溶液の伝導率を制御することにより、この経路の電気抵抗を、ワークピースを通る経路に対して増加させる必要がある。

【0031】

電極デバイスは、処理される物品の近くに位置するが接触せず、処理される物品の表面を横切って移動し得るか、物品の表面に対して静止し得るか、または物体の表面に沿って移動することも含めて、物品の表面に沿って段階的に移動し得る複数対の電極を含む。電極と処理される表面との間には、直接的な接続はない。

【0032】

物体の表面の処理の場合、複数の電極が、物体の一部分に沿って配置される。さらに、各電極は、円形であってもよいし、他の形状を含んでもよいし、表面輪郭に一致するように変形可能で再構成可能な電極の集合であってもよい。さらに、それは、局所的な処理を許容するために、複数の電気絶縁セクタまたはアーク（弧）に分割され得る。他の形状のワークピース、例えばダクトまたはグローブボックスの内面または外面の処理の場合、処理デバイスは次いで、スペーサによって表面から離された電極を特徴とする。

【0033】

本発明では、給電アノードに最も近いワークピースの表面はカソードとなり、電流は金属ワークピースを通過し、ワークピースが局所的にアノードとして作用する外部給電カソードに最も近い表面を通って出ていく。これにより、システムが処理される面に平行に移動するときに、または印加電圧を変化させて極性を逆転させることで、材料をアノード、カソードとして順次処理することが許容される。そのため、電流が製品に出入りするときに、表面は異なる時間においてアノードとカソードの両方を経験することになる。さらに、局所的な処理の利点は、処理される表面の制御されたセクション内に電流が流れることであり、安全上の問題またはシステム内の意図しない電気化学的効果につながり得る迷走電流経路に関する懸念を取り除き、以前に説明したシステムと比較して、処理速度と場所の両方をよりよく制御することができることである。

【0034】

記載されるシステムは、浸水したパイプまたは容器に展開することができ、電解液が電極ヘッドの位置に限定された体積内に封じ込められるように、液体シール構造と組み合わせて使用することができる。シールは、スポンジシール、ガスケットシール、膨張式シール、回転フレキシブルシール、凍結プラグを含むが、これらに限定されない、様々な種類のものであり得る。

【0035】

記載されたシステムは、材料除去速度を向上させ、表面での物質移動現象を補助するために、電界とともに印加された超音波エネルギーで動作させることができる。

【0036】

デバイスは、電力を供給するユニットに接続されており、さらに、アンビリカル（供給パイプライン）によって、電解液、換気およびガス除去、その他の作動流体、データリンクを供給することができる。

【0037】

電極アセンブリは、パイプの屈曲を通過できるようにする目的で、多関節であってもよい。

【0038】

本発明では、処理される表面に対して電極を移動させることが可能である。

【0039】

記載のプロセスでは、処理される金属の表面は、電極の近くの電解質中に溶解される。

【0040】

このシステムは、電極が処理される表面に接触するのを防ぐ電極支持構造を含み、任意で、電解質流体を密封して封じ込める方法は、電解質と電極および処理される表面の両方との接触を許容する。

【図面の簡単な説明】

【0041】

【図1】パイプの内面を処理するための本発明によるシステムの概略図である。

【0042】

【図2】金属がワークピースからエッチングされたときの、本発明のワークピースの影響のグラフ図である。

【0043】

【図3】平面を処理するための、本発明によるシステムの概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0044】

実施形態１．パイプの内面の処理
図１は、パイプ１の内面２の処理を意図した、本発明の実施形態を示す。パイプの作動領域には、電解液４が浸水している。電極のすぐ近くに電解質を封じ込めるシール３が任意で提供されてもよく、またはそのようなシールがない場合、パイプの全体積が浸水されてもよい。絶縁材料７は、一対の電極６の間に存在する。電極アセンブリを支持し、パイプに沿ってそれを推進するための構造５が提供される。電極６は、支持構造５によって、パイプの内面から規定された距離に維持される。電流経路は、電極６から、電解質が充填された隙間を通ってパイプの表面に向かい、パイプに沿って、次に電解液が充填された隙間を通って他方の電極６に向かい、さらに外部電源回路を通って第１の電極に戻る。電極処理デバイスの様々な部分は、接続構造体９によって接続される。アンビリカル接続８は、電力、データ、および液体の接続を、パイプに沿って、パイプの外側にあるリモート電力および制御ユニットに導く。

【0045】

実施形態１の実施例
３０４ステンレス鋼管のセクションを、８Ａの印加電流において、２つの異なる濃度の硝酸溶液中で３０分間ＥＡＳＤ処理を行なった。エッチング電源は、１極性で１３ｍＳ、および逆極性で７ｍＳからなる５０Ｈｚ波形を生成した。

【0046】

パイプは、１０４ｍｍの内径を有し、硝酸槽中に垂直に浸漬され、エッチング電源と直接電気的に接触しなかった。パイプの内面は、エッチング電源の反対極性に直接接続された非接触電極対であって、、電極を連続的または段階的にパイプの上下に移動させることを許容する機構を備えたパイプの中央に取り付けられた非接触電極対で電気化学的に処理された。

【0047】

内部通電電極の幾何学的形状および電解質抵抗率の変化が、電気化学処理の対象となる３０４ステンレス鋼パイプのセクションの内部表面の質量損失に対する、電極から電極への直接電流経路およびワークピースを介した経路の相対電気抵抗に及ぼす影響を以下に示す。８Ａの電流を３０分間印加し、エッチング電源は、１極性で１３ｍＳおよび逆極性で７ｍＳからなる５０Ｈｚの波形を生成した。

【0048】

直接通電した電極は直径（７．１、８．１、９．１ｃｍ）を有し、長さ２ｃｍであり、電極と同じ直径の電気絶縁ディスクによって様々な距離（１．０、２．０、３．２、３．９、および６．３ｃｍ）に分離された。

【0049】

印加電圧は、電極電解質界面における電子交換反応を介して、導電性電解質を通して直接通電された電極間に電流を通過させる。電子交換反応は、金属溶解を含む電気化学的作用を行う。通電した電極の間には、導電性電解質をちょうど通る、パイプに電気化学的作用を及ぼさない直接電流経路と、パイプの内側に電気化学的作用（エッチング）を及ぼす間接経路がある。経路は、通電した電極から、電解質、電極と反対側のパイプの内面、次に高導電性の管壁に沿って他方の電極と反対側の内面、次に電解質内に向かって、反対極性の電極に戻る。

【0050】

直接経路の電気抵抗およびワークピースから金属がエッチングされるワークピースを通る経路を計算し、図２において、それらの比の関数として金属損失をプロットした。これは、距離と電解質変化の両方を組み込んでいる。

【0051】

ワークピースからの金属損失は、電極から電極への直接の短絡経路に対するワークピースの経路の比率が増加するにつれて、低下する。これは、抵抗の低い経路には、より多くの電流が流れるため、論理的である。したがって、金属除去速度またはプロセス効率は、形状および電解質導電性を調節することによって、制御することができる。

【0052】

結果は、以下を示している。
・電源に直接触れていないパイプを電気化学的に処理すると質量が減り、接触電気化学エッチングをパイプに効果的に行なえないことが実証される。
・電極が静止していても、またはサンプルパイプを走査していても、管のサンプル質量損失によって決定される相対的な金属除去効率は、実質的に同じであった。
・管のサンプル質量損失によって決定される相対的な金属除去効率は、直接通電された電極間の直接経路の電気抵抗が電解質導電性を低下させることによって増加する場合、非接触エッチングプロセスで使用される電流の割合が増加することを実証している。
・電極から電極への直接経路に対する非接触ワークピースを通る電流経路の電気抵抗比率が０．６より大きいと、すでに金属除去効率が著しく向上しており、金属損失もさらに顕著に減少しているが、比率がさらに０．３まで低下すると、さらに大きな改善が見られる。

【0053】

実施形態２．平面の処理

【0054】

図３は、除去される表面層１２を示す。作業領域は、電解液１８で充填された筐体１３に囲まれている。任意で、シール構造１４は、シールされた領域内からの電解質の漏出を防止する。絶縁部品１６は、１つの電極１５を、別の電極１５反対極性から分離する。電極１５は、表面２から一定の距離に保持される。絶縁部品１６は、電極１５を分離し、電極１５の間で直接電解質を通って流れる電流を最小限に抑える。アンビリカル１７は、デバイスに電力、データ、および電解質源を供給する。処理される表面にわたってアセンブリ全体を移動させる外部手段が、提供される。

【0055】

硝酸は、好ましいベースとなる電解質である。これは、標準的な放射性核種回収プラントと親和性があり、建設材料を腐食させない。硝酸中に溶解した金属は、その後、水の蒸発によって沈殿または結晶化され得、使用済み電解質および金属／放射性核種の除去経路を提供する。

【0056】

図１および図３の各々では、１対の電極のみが示されているが、実際には、キャリア９またはカバー１３は、すべて絶縁材料７または部品１６を有するものから電気的に絶縁された多数の対の電極を含有することができる。

【0057】

すべての実施形態のための概要
除染プロセスに使用するための電気波形は、好ましくは、ＤＣバイアスＡＣ波形である。ＤＣバイアスの極性を周期的に逆転させる可能性を有することもまた望ましい。これは、ヒドロキシルイオンと生成される水素の量のバランスを変化させる効果があり、これは、不活性化を防止するのに有益であり、表面をスクラビングするのに役立つ。ＤＣバイアスは、任意で連続的に変化し得る。

【0058】

電流密度は、ヒドロキシルイオンの濃度に影響を与えるため、本発明の重要な態様である。ヒドロキシルイオンは、不活性化および水素生成に対抗するために重要である。したがって、電流密度が高くなると、電流の２乗に比例する抵抗加熱による効率の損失が起こるため、電流密度が高いほど有利になるが、それにも限界がある。実際には、最適な電流密度がある。好ましい電流密度は、１平方センチメートル当たり０．１～１アンペア、より好ましくは１平方センチメートル当たり０．４～０．２アンペアである。

【0059】

使用される波形のＡＣ成分の周波数は、１～１０００Ｈｚの範囲内であってもよい。好ましい周波数は、５～１００Ｈｚの範囲内である。周波数が高くなると、界面の静電容量のため、所望の電気化学的変換に使用される電気エネルギーは少なくなるが、交流電流はスクラビングおよび他の機構を介した不働態化の除去を助けるため、実際には５～１００Ｈｚの周波数が好ましいとされている。好ましい周波数は、使用される電解質にある程度依存する。

【0060】

電極は、用途に合わせて可変間隔および形状のものであり得る。絶縁体は、電極の間および周囲に含まれてもよく、電気短絡を防止または低減するために電極の周囲に含まれてもよいが、内部コンパートメントを備えた内外経路のいずれかまたは両方を介して流体が通過することを許容する。

【0061】

ＡＣ周波数は１Ｈｚ～１０００Ｈｚまでの間であるが、普通、範囲は２Ｈｚ～５００Ｈｚまでの間であるが、通常、５Ｈｚ～１００Ｈｚまでの間で最良の結果が得られる。

【0062】

使用される電解質はまた、塩化物塩、フッ化物塩、および有機酸または錯体化剤のうちの１つ以上を含有してもよい。

【0063】

表面処理から生じる溶出液流は、その後、電気化学的に処理して塩化物および有機分子を除去することができる。

【0064】

治療中、超音波エネルギーをシステムに適用して、電気化学プロセスの効率と有効性を改善することができる。

【0065】

使用中のシステムを監視するのに役立つように、電極間のスペースには、放射線センサ、超音波Ｘ線または他の非破壊評価技術、ｐＨセンサ伝導率センサ、ラマンまたは赤外線プローブなどの計装が含まれるが、これらに限定されない。加えて、または代替として、計装は、電極の前方または後方に取り付けられ、移動速度、位置、場所、処理時間、電流密度、電圧制御、流体流量、または他の制御アクションの１つまたはすべてを制御するために使用される。

【図1】

【図2】

【図3】

【国際調査報告】