JP2001083290A

JP2001083290A - キャスク用角パイプおよびバスケット

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Publication number: JP2001083290A
Application number: JP25640599A
Authority: JP
Inventors: Masanari Osono; 勝成大園; Hisahiro Matsuoka; 寿浩松岡
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1999-09-09
Filing date: 1999-09-09
Publication date: 2001-03-30
Anticipated expiration: 2019-09-09
Also published as: JP3207828B2

Abstract

(57)【要約】【課題】角パイプの特定部分に対する応力集中を低減
して性能劣化を抑制すること。【解決手段】キャスクが落下あるいは転倒すること
で、バスケット５０９に対し図中矢印Ｆ方向に荷重が加
わった場合、角パイプ１の角部分をシャープエッジ２に
成形しているため、当該荷重が隣の角パイプ１に素直に
伝達されることになる（図中、矢印ｆで示す）。このた
め、角パイプ１の特定部分に対する応力集中が低減さ
れ、角パイプ１の性能劣化を抑制できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、燃焼を終えた使
用済み燃料集合体を収容、貯蔵するものであって、バス
ケットを構成する角パイプの特定部分に対する応力集中
を低減することで性能劣化を抑制するキャスク用角パイ
プおよびバスケットに関する。

【０００２】

【従来の技術】核燃料サイクルの終期にあって燃焼を終
え使用できなくなった核燃料集合体を、使用済み核燃料
という。使用済み核燃料は、ＦＰなど高放射能物質を含
むので熱的に冷却する必要があるから、原子力発電所の
冷却ピットで所定期間（３〜６ヶ月間）冷却される。そ
の後、遮蔽容器であるキャスクに収納され、トラックま
たは船舶で再処理施設に搬送、貯蔵される。使用済み核
燃料集合体をキャスク内に収容するにあたっては、バス
ケットと称する格子状断面を有する保持枠を用いる。当
該使用済み核燃料集合体は、当該バスケットに形成した
複数の収納空間であるセルに１体ずつ挿入され、これに
より、輸送中の振動などに対する適切な保持力を確保し
ている。

【０００３】このようなキャスクの従来例としては、
「原子力ｅｙｅ」（平成１０年４月１日発行：日刊工業
出版プロダクション）や特開昭６２−２４２７２５号公
報などにて様々な種類のものが開示されている。以下に
この発明の開発にあたり、その前提となったキャスクに
ついて説明する。なお、当該キャスクは、説明の便宜の
ために示すものであり、いわゆる公知、公用に該当する
ものではない。

【０００４】図１２は、キャスクの一例を示す斜視図で
ある。図１３は、図１２に示したキャスクの径方向断面
図である。キャスク５００は、筒形状の胴本体５０１
と、胴本体５０１の外周に設けた中性子遮蔽体であるレ
ジン５０２と、その外筒５０３、底部５０４および蓋部
５０５から構成されている。胴本体５０１および底部５
０４は、γ線遮蔽体である炭素鋼製の鍛造品である。ま
た、蓋部５０５は、ステンレス鋼製の一次蓋５０６およ
び二次蓋５０７からなる。胴本体５０１と底部５０４
は、突き合わせ溶接により結合してある。

【０００５】一次蓋５０６および二次蓋５０７は、胴本
体５０１に対してステンレス製のボルトにより固定され
ている。蓋部５０５と胴本体５０１との間には、アルミ
ニウム被覆等を施した金属製の中空Ｏリングが介在し、
内部の気密を保持している。キャスク本体５１２の両側
には、キャスク５００を吊り下げるためのトラニオン５
１３が設けられている（一方は省略）。また、キャスク
本体５１２の両端部には、内部に緩衝材として木材など
を封入した緩衝体５１４が取り付けられている（一方は
省略）。

【０００６】胴本体５０１と外筒５０３との間には、熱
伝導を行う複数の内部フィン５０８が設けられている。
内部フィン５０８は、熱伝導効率を高めるためその材料
には銅を用いる。レジン５０２は、この内部フィン５０
８により形成される空間に流動状態で注入され、熱硬化
反応等で固化形成する。バスケット５０９は、６９本の
角パイプ５１０を図１２のような束状に集合させた構造
であり、胴本体５０１のキャビティ５１１内に拘束状態
で挿入してある。角パイプ５１０は、挿入した使用済み
核燃料集合体が臨界に達しないように中性子吸収材（ホ
ウ素：Ｂ）を混合したアルミニウム合金からなる。ま
た、それぞれの角パイプ５１０により形成される収容空
間がセル５１５と呼ばれ、１つのセル５１５に対して１
本の使用済み燃料集合体を収容することができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、貯蔵・施設
内においては、キャスク取扱中に落下事故などが起こる
可能性があり、このような極稀な場合であってもキャス
ク５００の構造的健全性、密封性が確保されていなけれ
ばならない。すなわち、キャスク５００の外部に放出さ
れる放射線量は、落下事故などがあっても規定値範囲を
超えるようであってはならない。このため、キャスク５
００には落下試験が必須であり、その構造的健全性およ
び密封性が維持されるか否かを厳重に確認する必要があ
る。この他、地震などによるキャスク５００の転倒事故
などが考えられるが、かかる場合も予め転倒試験を実施
しておくことで、キャスク５００の構造的健全性および
密封性を確保するようにしている。

【０００８】ここで、キャスク５００が落下・転倒した
とき、バスケット５０９を構成する角パイプ５１０に荷
重が加わって当該角パイプ５１０に損傷を与える可能性
がある。図１４は、角パイプ５１０の当接状態を示す径
方向断面図である。バスケット５０９を構成した状態で
それぞれの角パイプ５１０は、同図に示すように、周囲
の角パイプ５１０と外側の４面（或いは３面、２面）で
当接している。また、角パイプ５１０の角部分の半径Ｒ
は、Ｒ＝（１．０〜１．５）・ｔとなる。ｔは、角パイプ５１０の板厚である。

【０００９】キャスク５００の落下により、バスケット
５０９に対し図中矢印Ｆ方向に荷重が加わった場合、角
パイプ５１０の角部分が上記したような形状をしている
ため、当該荷重が素直に伝わらない（図中、矢印ｆで示
す）。このため、角パイプ５１０の特定部分（図中、符
号Ｇ、Ｈで示す領域）に応力集中が起こり、角パイプ５
１０に損傷その他の性能劣化を生じさせることになる。
これは、バスケット外側に位置する角パイプ５１０（外
側の３面あるいは２面が隣接する角パイプ５１０に当接
しているもの）においても同様であり、また、斜め方向
からの荷重の場合であっても、荷重の伝達がうまくでき
ないために応力集中に起因する性能劣化をもたらすもの
と考えられる。

【００１０】そこで、この発明は、上記に鑑みてなされ
たものであって、角パイプの特定部分に対する応力集中
を低減して性能劣化を抑制するキャスク用角パイプおよ
びバスケットを提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、請求項１にかかるキャスク用角パイプは、複数の
角パイプをまとめることで格子状セルを有するバスケッ
トを構成すると共に当該格子状セル内にそれぞれ使用済
み燃料集合体を収容するものであり、前記角パイプの角
部分をシャープエッジに成形したものである。

【００１２】上記のように角パイプの角部分が適当な半
径Ｒを有する場合、キャスクの落下や転倒による荷重が
隣接する角パイプに素直に伝わらず、その結果、角パイ
プの特定部分に応力集中が発生してしまう。そこで、角
パイプの角部分をシャープエッジにして隣接する角パイ
プからの荷重が素直に伝わるようにした。

【００１３】ここで、シャープエッジにつき、角パイプ
の角部分をマクロ的に見るとそうであるといえるが、ミ
クロ的に見ると一般的にはシャープエッジであるとはい
えないと考えられる。このため、ここでいうシャープエ
ッジとは、マクロ的に見れば２面が交差した理論的な縁
であり、ミクロ的に見れば先端が極小さな半径Ｒや面取
（Ｃ）を持つ現実的な縁であるとする。また、半径Ｒや
面取（Ｃ）の寸法は、常識的な範囲でシャープエッジを
実現する範囲のものと解釈すべきである。

【００１４】また、請求項２にかかるキャスク用角パイ
プは、上記キャスク用角パイプにおいて、前記シャープ
エッジの半径を、角パイプの板厚の少なくとも半分以下
にしたものである。これにより、隣接する角パイプとの
当接範囲が板厚の半分より大きくなるから、加わった荷
重が比較的素直に隣接する角パイプに伝わることにな
る。また、角パイプの寸法は、使用済み燃料集合体の寸
法からおおよそ想定することができるが、その場合のシ
ャープエッジの半径は、０．５ｍｍ以下とするのが好ま
しい（請求項３）。

【００１５】また、請求項４にかかるキャスク用角パイ
プは、上記キャスク用角パイプにおいて、前記シャープ
エッジが面取形状であり、その面取寸法を角パイプの板
厚の少なくとも半分以下にしたものである。これによ
り、上記同様、隣接する角パイプとの当接範囲が板厚の
半分より大きくなるから、加わった荷重が比較的素直に
隣接する角パイプに伝わることになる。また、前記シャ
ープエッジの面取寸法は、０．５ｍｍ以下とするのが好
ましい（請求項５）。

【００１６】また、請求項６にかかるバスケットは、角
パイプを柱状にまとめて使用済み燃料集合体を収容する
セルを格子状に形成すると共に、これらをキャスク内に
配置して用いたものである。上記角パイプを用いてバス
ケットを形成することにより、バスケットに対して加わ
った荷重が角パイプ間で素直に伝わるから、角パイプの
特定部分に対する応力集中が緩和される。このため、キ
ャスクの落下や転倒が発生しても角パイプの健全性が確
保でき、ひいてはバスケットの信頼性を向上することが
できるようになる。

【００１７】また、請求項７にかかるバスケットは、角
パイプを柱状にまとめ、使用済み燃料集合体を収容する
セルを格子状に形成すると共に、角パイプの角部分に囲
まれて形成される空間に補助体を挿入し、これらをキャ
スク内に配置して用いるようにしたものである。

【００１８】この角パイプは、角部分が上記のようなシ
ャープエッジになっていないため、バスケットを組んだ
際、当該角部分に空間が形成される。このため、このキ
ャスク用バスケットでは、前記空間に補助体を挿入して
角パイプの角部分を間接的に接触させ、荷重を伝えるよ
うにした。このような構成でも、角パイプの特定部分に
対する応力集中を低減することが可能になる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、この発明にかかるキャスク
用角パイプおよびバスケットにつき図面を参照しつつ詳
細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が
限定されるものではない。

【００２０】（実施の形態１）図１は、この発明の実施
の形態１にかかる角パイプを示す径方向断面図である。
この角パイプ１は、後述する押出加工により成形するも
のであり、その寸法は収容する使用済み燃料集合体の寸
法によって異なる。たとえば、角パイプ１の正方形断面
における外側寸法は１６２ｍｍ、内側寸法は１５１ｍｍ
となる。また、角パイプ１の角部分は、押出工程にて半
径Ｒ＝１．０ｍｍ以下のシャープエッジ２に成形する。

【００２１】図２は、角パイプの当接状態を示す径方向
断面図である。さらに詳細には、この角パイプ１を組ん
でバスケット５０９（図１３参照）を構成したとき、そ
のバスケット５０９の任意箇所に位置する角パイプ１を
示したものである。キャスク５００が落下あるいは転倒
することで、バスケット５０９に対し図中矢印Ｆ方向に
荷重が加わった場合、角パイプ１の角部分をシャープエ
ッジ２に成形しているため、当該荷重が隣の角パイプ１
に素直に伝達される（図中、矢印ｆで示す）。このた
め、角パイプ１の特定部分（図１４の符号Ｇ、Ｈの領
域）に対して応力集中が起こるのを低減することができ
る。これは、バスケット内側に位置する角パイプ１にお
いても同様である。

【００２２】つぎに、落下試験の結果を示して説明す
る。まず、角パイプ１の寸法は、収容する使用済み燃料
集合体の寸法に基づいて決定されるため、角パイプ１の
板厚ｔに対する半径Ｒから評価した。この評価結果を表
１に示す。

【００２３】

【表１】

【００２４】この結果、半径Ｒ＝０．８ｔ〜１．５ｔの
ときは、角パイプ１の特定部分（図１４参照）に好まし
くない応力集中が生じた。半径Ｒ＝０．６ｔになると、
応力集中の程度が緩和されたが、未だ好ましい状態には
ならなかった。つぎに、半径Ｒ＝０．４ｔでは、応力集
中の程度がある程度緩和されて、比較的許容できる範囲
内に収まった。半径Ｒ＝０．０５ｔ〜０．２ｔでは、応
力集中が相当程度緩和され、好ましい状態になった。特
に、Ｒ＝０．１ｔ，０．０５ｔの場合に良好な結果が得
られ、応力集中は問題にならない程度に低減された。

【００２５】また、角パイプ１の角部分に形成するシャ
ープエッジ２は、面取形状であってもよい。図３は、こ
の発明の実施の形態１にかかる角パイプの変形例を示す
径方向断面図である。この面取寸法Ｃは、上記同様に
１．０ｍｍ以下（寸法Ｃ＝０．２ｔ以下）とするのが好
ましい。このような構成であっても、バスケット５０９
に対し図中矢印Ｆ方向に荷重が加わった場合、当該荷重
が隣の角パイプ１１に素直に伝わることになる（図中、
矢印ｆで示す）。このため、角パイプ１１の特定部分に
対する応力集中を低減させ、性能劣化を抑制することが
できる。

【００２６】（実施の形態２）また、図４に示すよう
に、角パイプ５１０を組んだバスケット５０９に対し、
その角パイプ５１０の間に生じる空間Ｓに丸棒３１を嵌
入するようにしてもよい。このようにすれば、バスケッ
ト５０９に対し図中矢印Ｆ方向に荷重が加わった場合で
あっても、当該荷重が角パイプ５１０同士の当接面、お
よび角パイプ角部分５１０ａと丸棒３１との当接部を伝
達することになるから（図中、矢印ｆで示す）、角パイ
プ５１０の特定部分に応力が集中するのをある程度緩和
することが可能になる。なお、丸棒３１の他に断面正方
形の角棒などを用いるようにしてもよい。

【００２７】（実施の形態３）つぎに、上記角パイプ１
を用いて構成したバスケットを、キャスク全体と共に説
明する。図５は、この発明の実施の形態３にかかるキャ
スクを示す斜視図である。図６は、図５に示したキャス
クの軸方向断面図である。図７は、図５に示したキャス
クの径方向断面図である。このキャスク１００は、上記
図１２に示したキャスク５００と略同様の構成である
が、胴本体１０１のキャビティ１０２内をバスケット１
３０の外形に合わせた形状にした点に特徴がある。キャ
ビティ１０２の内面形状は、後述する専用の加工装置に
よりフライス加工を施すことで形成する。なお、フライ
ス加工の他、シェーパー加工により形成するようにして
もよい。

【００２８】同図に示すキャスク１００において、胴本
体１０１および底板１０４は、γ線遮蔽機能を有する炭
素鋼製のローラ鍛造品である。なお、炭素鋼の代わりに
ステンレス鋼を用いることもできる。前記胴本体１０１
と底板１０４は、溶接等により結合する。また、耐圧容
器としての密閉性能を確保するため、蓋部１０９と胴本
体１０１との間には金属ガスケットを設けておく。

【００２９】胴本体１０１と外筒１０５との間には、水
素を多く含有する高分子材料であって中性子遮蔽機能を
有するレジン１０６が充填されている。また、胴本体１
０１と外筒１０５との間には熱伝導を行う複数の銅製内
部フィン１０７が溶接されており、前記レジン１０６
は、この内部フィン１０７によって形成される空間に流
動状態で注入され、熱硬化反応等で固化される。なお、
内部フィン１０７は、放熱を均一に行うため、熱量の多
い部分に高い密度で設けるようにするのが好ましい。ま
た、レジン１０６と外筒１０５との間には、数ｍｍの熱
膨張しろ１０８が設けられる。この熱膨張しろ１０８
は、ホットメルト接着剤にヒーターを埋め込んだ消失型
を外筒１０５内面に配し、レジン１０６を注入固化した
後、ヒーターを加熱して溶融排出することにより形成す
る（図示省略）。

【００３０】蓋部１０９は、一次蓋１１０と二次蓋１１
１により構成される。この一次蓋１１０は、γ線を遮蔽
するステンレス鋼等からなる円盤形状である。また、二
次蓋１１１もステンレス鋼製等の円盤形状であるが、そ
の上面には中性子遮蔽体としてレジン１１２が封入され
ている。一次蓋１１０および二次蓋１１１は、ステンレ
ス製のボルト１１３によって胴本体１０１に取り付けら
れている。さらに、一次蓋１１０および二次蓋１１１と
胴本体１０１との間にはそれぞれ金属ガスケットが設け
られ、内部の密封性を保持している。また、蓋部１０９
の周囲には、レジン１１４を封入した補助遮蔽体１１５
が設けられている。

【００３１】キャスク本体１１６の両側には、キャスク
１００を吊り下げるためのトラニオン１１７が設けられ
ている。なお、図５では、補助遮蔽体１１５を設けたも
のを示したが、キャスク１００の搬送時には補助遮蔽材
１１５を取り外して緩衝体１１８を取り付ける（図６参
照）。緩衝体１１８は、ステンレス鋼材により作成した
外筒１２０内にレッドウッド材などの緩衝材１１９を封
入した構造である。

【００３２】バスケット１３０は、使用済み燃料集合体
を収容するセル１３１を構成する６９本の角パイプ１か
らなる。角パイプ１には、上記実施の形態１または２に
示したシャープエッジ２を有する角パイプ１を用いる。
また、角パイプ１には、ＡｌまたはＡｌ合金粉末に中性
子吸収性能を持つＢまたはＢ化合物の粉末を添加したア
ルミニウム複合材を用いる。また、中性子吸収材として
は、ボロンの他にカドミウムを用いることができる。

【００３３】図８は、上記角パイプの製造方法を示すフ
ローチャートである。まず、アトマイズ法などの急冷凝
固法によりＡｌまたはＡｌ合金粉末を作製すると共に
（ステップＳ４０１）、ＢまたはＢ化合物の粉末を用意
し（ステップＳ４０２）、これら両粒子をクロスロータ
リーミキサー等によって１０〜１５分間混合する（ステ
ップＳ４０３）。

【００３４】前記ＡｌまたはＡｌ合金には、純アルミニ
ウム地金、Ａｌ−Ｃｕ系アルミニウム合金、Ａｌ−Ｍｇ
系アルミニウム合金、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム
合金、Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系アルミニウム合金、Ａｌ−Ｆ
ｅ系アルミニウム合金などを用いることができる。ま
た、前記ＢまたはＢ化合物には、Ｂ₄ Ｃ、Ｂ₂ Ｏ₃ など
を用いることができる。ここで、アルミニウムに対する
ボロンの添加量は、１．５重量％以上、７重量％以下と
するのが好ましい。１．５重量％以下では十分な中性子
吸収能が得られず、７重量％より多くなると引っ張りに
対する延びが低下するためである。

【００３５】つぎに、混合粉末をラバーケース内に封入
し、ＣＩＰ（Cold Isostatic Press）により常温で全方
向から均一に高圧をかけ、粉末成形を行う（ステップＳ
４０４）。ＣＩＰの成形条件は、成形圧力を２００ＭＰ
ａとし、成形品の直径が６００ｍｍ、長さが１５００ｍ
ｍになるようにする。ＣＩＰによって全方向から均一に
圧力を加えることにより、成形密度のばらつきが少ない
高密度な成形品を得ることができる。

【００３６】続いて、前記粉末成形品を缶に真空封入
し、３００℃まで昇温する（ステップＳ４０５）。この
脱ガス工程にて缶内のガス成分および水分を除去する。
つぎの工程では、真空脱ガスした成形品をＨＩＰ（Hot
Isostatic Press ）により再成形する（ステップＳ４０
６）。ＨＩＰの成形条件は、温度４００℃〜４５０℃、
時間３０ｓｅｃ、圧力６０００ｔとし、成形品の直径が
４００ｍｍになるようにする。続いて、缶を除去するた
めに外面削、端面削を施し（ステップＳ４０７）、ポー
トホール押出機を用いて当該ビレットを熱間押出しする
（ステップＳ４０８）。この場合の押出条件として、加
熱温度を５００℃〜５２０℃、押出速度を５ｍ／ｍｉｎ
とする。この押出加工に用いるダイスは、角パイプの角
部分をシャープエッジに成形するため、ダイス角部分が
シャープになっている。

【００３７】つぎに、押出成形後、引張矯正を施すと共
に（ステップＳ４０９）、非定常部および評価部を切断
し、製品とする（ステップＳ４１０）。完成した角パイ
プ１は、図１に示すように、断面の一辺が１６２ｍｍ、
内側が１５１ｍｍの四角形状となる。寸法公差は、要求
される規格の関係でマイナス公差を０にとる。なお、こ
の角パイプ１の他の製造方法として、本願出願人により
平成１１年５月２７日付け（「バスケット及びキャス
ク」）で既に出願済みのものがあるから、そちらを参照
して製造してもよい。

【００３８】図９は、上記角パイプの挿入方法を示す斜
視図である。上記工程により製造した角パイプ１は、キ
ャビティ１０２内の加工形状に沿って順次挿入される。
ここで、角パイプ１に曲げとねじれが生じていること、
寸法のマイナス公差が０であることから、角パイプ１を
適当に挿入しようとすると、公差の累積や曲げの影響を
受けて挿入しにくくなり、無理に挿入すると角パイプ１
に過剰な応力が加わることになる。そこで、製造した全
部または一部の角パイプ１の曲げ及びねじれをレーザ測
定器などにより予め測定し、コンピュータを用いること
で、当該測定データに基づき最適な挿入位置を割り出す
ようにする。このようにすれば、キャビティ１０２内に
角パイプ１を容易に挿入することができるし、それぞれ
の角パイプ１にかかる応力を均一にすることができる。

【００３９】また、図９および図７に示すように、キャ
ビティ１０２のうちセル数が５個または７個となる角パ
イプ列の両側には、それぞれダミーパイプ１３３が挿入
されている。このダミーパイプ１３３は、胴本体１０１
の重量を軽減すると共に胴本体１０１の厚みを均一化す
ること、角パイプ１を確実に固定することを目的とす
る。このダミーパイプ１３３にもボロン入りアルミニウ
ム合金を用い、上記同様の工程による製作する。なお、
このダミーパイプ１３３は、単なるアルミニウム材であ
ってもよいし、省略することもできる。

【００４０】つぎに、胴本体１０１のキャビティ１０２
の加工について説明する。図１０はキャビティ１０２の
加工装置を示す概略斜視図である。この加工装置１４０
は、胴本体１０１内を貫通すると共にキャビティ１０２
内に載置固定される固定テーブル１４１と、固定テーブ
ル１４１上を軸方向に摺動する可動テーブル１４２と、
可動テーブル１４２上にて位置決め固定されているサド
ル１４３と、サドル１４３上に設けられスピンドル１４
４および駆動モータ１４５からなるスピンドルユニット
１４６と、スピンドル軸に設けたフェースミル１４７と
から構成されている。

【００４１】また、スピンドルユニット１４６上には、
キャビティ１０２内形状に従って当接部を成形した反力
受け１４８が設けられている。この反力受け１４８は、
着脱自在であって蟻溝（図示省略）に沿って図中矢印方
向にスライドする。また、反力受け１４８は、スピンド
ルユニット１４６に対するクランプ装置１４９を有して
おり、所定位置にて固定することができる。

【００４２】さらに、固定テーブル１４１の下部溝内に
は、複数のクランプ装置１５０が取り付けられている。
このクランプ装置１５０は、油圧シリンダ１５１と、油
圧シリンダ１５１の軸に設けたくさび状の移動ブロック
１５２と、当該移動ブロック１５２と傾斜面で当接する
固定ブロック１５３とから構成されており、図中斜線部
側を固定テーブル１４１の溝内面に取り付けるようにす
る。油圧シリンダ１５１の軸を駆動すると、移動ブロッ
ク１５２が固定ブロック１５３に当接し、くさびの効果
により移動ブロック１５２が多少下方に移動する（図中
点線で示す）。これにより、移動ブロック１５２の下面
がキャビティ１０２内面に押し当てられるから、固定テ
ーブル１４１をキャビティ１０２内で固定することがで
きる。

【００４３】また、胴本体１０１はローラからなる回転
支持台１５４上に載せられており、径方向に回転自在と
なる。また、スピンドルユニット１４６とサドル１４３
との間にスペーサ１５５をかますことにより、固定テー
ブル１４１上のフェースミル１４７の高さを調整するこ
とができる。スペーサ１５５の厚さは、上記角パイプ１
の一辺の寸法と同じである。サドル１４３は、移動テー
ブル１４２に設けたハンドル１５６を回転させることに
より胴本体１０１の径方向に移動する。移動テーブル１
４２は、固定テーブル１４１の端部に設けたサーボモー
タ１５７とボールネジ１５８により移動制御される。な
お、加工が進むにつれてキャビティ１０２内の形状が変
わるので、反力受け１４８やクランプ機構１５０の移動
ブロック１５２を適当な形状のものに変更する必要があ
る。

【００４４】図１１は、キャビティの加工方法を示す概
略説明図である。まず、クランプ装置１５０および反力
受け１４８により固定テーブル１４１をキャビティ１０
２内の所定位置にて固定する。つぎに、同図（ａ）に示
すように、固定テーブル１４１に沿ってスピンドルユニ
ット１４６を所定の切削速度にて移動させ、フェースミ
ル１４７によるキャビティ１０２内の切削を行う。当該
位置での切削が完了すると、クランプ装置１５０を外し
て固定テーブル１４１を解放する。

【００４５】つぎに、同図（ｂ）に示すように、回転支
持台１５４上で胴本体１０１を９０度回転させ、クラン
プ装置１５０にて固定テーブル１４１を固定する。そし
て、上記同様にフェースミル１４７にて切削を行う。以
降、前記同様の工程をさらに２回繰り返す。

【００４６】つぎに、スピンドルユニット１４４を１８
０度回転させ、同図（ｃ）に示すように、順次、キャビ
ティ１０２内の切削を行う。この場合も、上記同様に胴
本体１０１を９０度回転させながら加工を繰り返す。つ
ぎに、同図（ｄ）に示すように、スピンドルユニット１
４４にスペーサ１５５をかませることで当該スピンドル
ユニットの位置を高くする。そして、当該位置にてフェ
ースミル１４７を軸方向に送り、キャビティ１０２内の
切削を行う。これを９０度回転させながら繰り返すこと
で、角パイプ１を挿入するのに必要な形状がほぼ完成す
る。なお、ダミーパイプ１３３を挿入する部分の切削
も、同図（ｄ）に示すのと同様にして行えばよい。但
し、スピンドルユニット１４４の高さを調整するスペー
サ厚は、ダミーパイプ１３３の一辺と同じにする。

【００４７】キャスク１００に収容する使用済み燃料集
合体は、核分裂性物質および核分裂生成物などを含み、
放射線を発生すると共に崩壊熱を伴うため、キャスク１
００の除熱機能、遮蔽機能および臨界防止機能を貯蔵期
間中（約６０年）、確実に維持する必要がある。この実
施の形態１にかかるキャスク１００では、胴本体１０１
のキャビティ１０２内を機械加工して角パイプ１で構成
したバスケット１３０の外側を密着状態か、それに近い
状態（空間領域なし）で挿入するようにしているので、
角パイプ１と胴本体１０１との伝熱面を広大にできる。
さらに、胴本体１０１と外筒１０５との間に内部フィン
１０７を設けているので、燃料棒からの熱は、角パイプ
１或いは充填したヘリウムガスを通じて胴本体１０１に
伝導し、主に内部フィン１０７を通じて外筒１０５から
放出されることになる。以上から、崩壊熱の除熱を効率
的に行うことができるので、崩壊熱量が同じであればキ
ャビティ１０２内の温度を従来よりも低く保つことがで
きる。

【００４８】また、使用済み燃料集合体から発生するγ
線は、炭素鋼あるいはステンレス鋼からなる胴本体１０
１、外筒１０５、蓋部１０９などにおいて遮蔽される。
また、中性子はレジン１０６によって遮蔽され、放射線
業務従事者に対する被ばく上の影響をなくすようにして
いる。具体的には、表面線当量率が２ｍＳｖ／ｈ以下、
表面から１ｍの線量当量率が１００μＳｖ／ｈ以下にな
るような遮蔽機能が得られるように設計する。さらに、
セル１３１を構成する角パイプ１には、ボロン入りのア
ルミニウム合金を用いているので、中性子を吸収して使
用済み燃料集合体が臨界に達するのを防止することがで
きる。

【００４９】以上、この実施の形態３にかかるキャスク
１００によれば、胴本体１０１のキャビティ１０２内を
機械加工しバスケット１３０の外周を構成する角パイプ
１を密着状態で挿入するようにしたので、角パイプ１か
らの熱伝導率を向上させることができる。また、キャビ
ティ１０２内の空間領域をなくすことができるから、胴
本体１０１をコンパクトかつ軽量にすることができる。
なお、この場合であっても、角パイプ１の収容数が減少
することはない。逆に、胴本体１０１の外径を図１２に
示すキャスクと同じにすれば、それだけセル数を確保で
きるから、使用済み燃料集合体の収納数を増加すること
ができる。具体的に当該キャスク１００では、使用済み
燃料集合体の収容数を６９体にでき且つキャスク本体１
１６の外径を例えば２５６０ｍｍ、重量を１２０ｔｏｎ
に抑えることができる。

【００５０】また、角パイプ１の角部分をシャープエッ
ジ２としたので、キャスク１００が落下あるいは転倒し
てバスケット１３０に荷重が加わった場合であっても、
角パイプ１の特定部分に対する応力集中を低減すること
ができる。このため、角パイプ１の構造上の健全性が維
持されるので、キャスク１００の信頼性も向上する。

【００５１】

【発明の効果】以上説明したように、この発明にかかる
キャスク用角パイプ（請求項１）によれば、角パイプの
角部分をシャープエッジにしているから、角パイプの特
定部分に対する応力集中を低減して性能劣化を抑制する
ことができる。

【００５２】また、この発明にかかるキャスク用角パイ
プ（請求項２）によれば、前記シャープエッジの半径
を、角パイプの板厚の少なくとも半分以下にした。ま
た、この発明にかかるキャスク用角パイプ（請求項４）
によれば、シャープエッジを面取形状とし、その面取寸
法を角パイプの板厚の少なくとも半分以下とした。この
ため、加わった荷重が比較的素直に隣接する角パイプに
伝わることになるから、角パイプの特定部分に対する応
力集中を低減して性能劣化を抑制することができる。ま
た、前記シャープエッジの半径あるいは面取寸法は、
０．５ｍｍ以下とするのが好ましい（請求項３および
５）。

【００５３】また、この発明にかかるバスケット（請求
項６）では、上記角パイプを柱状にまとめ、使用済み燃
料集合体を収容するセルを格子状に形成したので、当該
バスケットを構成する角パイプの特定部分に対する応力
集中を抑制することができる。このため、キャスクの落
下や転倒に対する角パイプの健全性が維持され、ひいて
はバスケットの信頼性を高めることができる。

【００５４】また、この発明にかかるバスケット（請求
項７）では、角パイプを柱状にまとめ、使用済み燃料集
合体を収容するセルを格子状に形成すると共に、角パイ
プの角部分に囲まれて形成される空間に補助体を挿入し
たので、当該補助体を介して荷重を伝えることができ
る。このため、角パイプの特定部分に対する応力集中を
抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態１にかかる角パイプを示
す径方向断面図である。

【図２】角パイプの当接状態を示す径方向断面図であ
る。

【図３】この発明の実施の形態１にかかる角パイプの変
形例を示す径方向断面図である。

【図４】この発明の実施の形態２にかかるバスケットを
示す径方向断面図である。

【図５】この発明の実施の形態３にかかるキャスクを示
す斜視図である。

【図６】図５に示したキャスクの構成を示す軸方向断面
図である。

【図７】図５に示したキャスクの構成を示す径方向断面
図である。

【図８】角パイプの製造方法を示すフローチャートであ
る。

【図９】角パイプの挿入方法を示す斜視図である。

【図１０】キャビティの加工装置を示す概略斜視図であ
る。

【図１１】キャビティの加工方法を示す概略説明図であ
る。

【図１２】キャスクの一例を示す斜視図である。

【図１３】図１２に示したキャスクの構成を示す径方向
断面図である。

【図１４】角パイプの当接状態を示す径方向断面図であ
る。

【符号の説明】

１角パイプ２シャープエッジ１００キャスク１０１胴本体１０２キャビティ１０４底板１０５外筒１０６レジン１０７内部フィン１０８熱膨張しろ１０９蓋部１１０一次蓋１１１二次蓋１１５補助遮蔽体１１６キャスク本体１１７トラニオン１１８緩衝体１３０バスケット１３１セル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の角パイプをまとめることで格子状
セルを有するバスケットを構成すると共に当該格子状セ
ル内にそれぞれ使用済み燃料集合体を収容するものであ
り、前記角パイプの角部分をシャープエッジに成形した
ことを特徴とするキャスク用角パイプ。
【請求項２】前記シャープエッジの半径が、角パイプ
の板厚の少なくとも半分以下であることを特徴とする請
求項１に記載のキャスク用角パイプ。
【請求項３】前記シャープエッジの半径が０．５ｍｍ
以下であることを特徴とする請求項１に記載のキャスク
用角パイプ。
【請求項４】前記シャープエッジが面取形状であり、
その面取寸法が角パイプの板厚の少なくとも半分以下で
あることを特徴とする請求項１に記載のキャスク用角パ
イプ。
【請求項５】前記シャープエッジが面取形状であり、
その面取寸法が０．５ｍｍ以下であることを特徴とする
請求項１に記載のキャスク用角パイプ。
【請求項６】上記請求項１〜５のいずれか一つに記載
した角パイプを柱状にまとめて使用済み燃料集合体を収
容するセルを格子状に形成すると共に、これらをキャス
ク内に配置して用いることを特徴とするバスケット。
【請求項７】角パイプを柱状にまとめて使用済み燃料
集合体を収容するセルを格子状に形成すると共に、角パ
イプの角部分に囲まれて形成される空間に補助体を挿入
し、これらをキャスク内に配置して用いることを特徴と
するバスケット。