Published September 2024 | Version v1
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Development of a new corrosion mitigation technology using nanobubbles toward corrosion mitigation in PCV system under the influence of α/β/γ-rays radiolysis (Contract research). FY2022 Nuclear Energy Science & Technology and Human Resource Development Project

Description

The Collaborative Laboratories for Advanced Decommissioning Science (CLADS), Japan Atomic Energy Agency (JAEA), had been conducting the Nuclear Energy Science & Technology and Human Resource Development Project (hereafter referred to 'the Project') in FY2022. Among the adopted proposals in FY2020, this report summarizes the research results of the 'Development of a new corrosion mitigation technology using nanobubbles toward corrosion mitigation in PCV system under the influence of α/β/γ-rays radiolysis' conducted from FY2020 to FY2022. The present study aims to corrosion, which is considered to be an important factor in the aging degradation of confinement functions (PCV, negative pressure maintenance system, etc.) during the fuel debris removal process. If the chemical species (especially H2O2) generated by radiolysis become locally concentrated in the areas where short-range α- and β-radiation emitting nuclides come into contact, the corrosion of steels may be greatly accelerated in those areas. In contrast, there was a lack of knowledge on corrosion evaluation considering α/β radiolysis. In view of this background, the following research results were obtained in this study. (1) A radiolysis analysis model covering the effects of α-, β-, and γ-rays was developed, (2) Systematic corrosion rate data were obtained from electrochemical tests (hot tests) using α- and β-ray emitting nuclides and simulated environmental corrosion tests under cold conditions, (3) Based on the above results, recommendations were made from the viewpoint of corrosion resistance for the selection of materials for new facilities to be attached to or inserted into the PCV system. The knowledge obtained in this study that contributes to the evaluation of corrosion rates under the influence of α- and β-rays has expanded the existing database on corrosion under radiation, which dealt only with γ-rays, (4) The introduction of inert gas nanobubbles was proposed as a corrosion inhibition technique in PCV systems, and basic knowledge was obtained regarding its effectiveness and limitations. (J.P.N.)

Availability note (English)

Also available from JAEA; DOI: https://doi.org/10.11484/jaea-review-2024-019

Abstract (Japanese)

日本原子力研究開発機構(JAEA)廃炉環境国際共同研究センター(CLADS)では、令和4年度英知を結集した原子力科学技術・人材育成推進事業(以下、「本事業」という。)を実施している。本研究は、令和2年度に採択された研究課題のうち、「α/β/γ線ラジオリシス影響下における格納容器系統内広域防食の実現:ナノバブルを用いた新規防食技術の開発」の令和2年度から令和4年度分の研究成果について取りまとめたものである。本研究は、デブリの本格的取り出し工程での閉じ込め機能(PCV、負圧維持系等)の経年劣化要因として重要と考えられる腐食を対象としたものである。1F 1∼3号機PCV内部における腐食環境の特殊性は、燃料デブリ由来のα線/β線放出核種の粒子やイオンと構造材料がPCV内の種々の部位で直接接触し得ることに在り、飛程の短いα線/β線放出核種が接触する局所で、ラジオリシスにより生成する化学種(特にH2O2)が局所的に高濃度となれば、当該箇所において鋼材の腐食が大きく加速する可能性が有る。対して、α/βラジオリシスを考慮した腐食評価に関する知見が欠けていた。このような背景に鑑みて、本研究では以下の研究成果を得た。(1)α線/β線/γ線の影響を網羅したラジオリシス解析モデルを構築した。(2)α線放出核種/β線放出核種を用いた電気化学試験(ホット試験)ならびにコールド条件での模擬環境腐食試験による系統的な腐食速度データを取得した。(3) 上記成果に基づいて、PCV 系統内に附設/挿入する新設設備の材料選定に対して、耐食性の観点から提言した。また、本研究で得られたα線およびβ線影響下での腐食速度評価に資する知見により、従来のγ線影響のみを取り扱った放射線下腐食データベースを拡充した。(4) PCV 系統内の腐食抑制技術として不活性ガスナノバブルの導入を提案し、その効果と限界について基礎的な知見を得た。(著者)

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Original title (Japanese)
α/β/γ線ラジオリシス影響下における格納容器系統内広域防食の実現.ナノバブルを用いた新規防食技術の開発(委託研究).令和4年度英知を結集した原子力科学技術・人材育成推進事業

Publishing Information

Imprint Title
Development of a new corrosion mitigation technology using nanobubbles toward corrosion mitigation in PCV system under the influence of #Greek Small Letter Alpha#/#Greek Small Letter Beta#/#Greek Small Letter Gamma#-rays radiolysis (Contract research). FY2022 Nuclear Energy Science & Technology and Human Resource Development Project
Imprint Pagination
110 p.
Report number
JAEA-Review--2024-019

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Notes
17 refs., 66 figs., 21 tabs.