JP2001116895A - 放射線物質貯蔵設備 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な構成で、コンクリートのひび割れの発
生を低減させ、その劣化を効果的に防止することによ
り、コンクリート製遮蔽体の放射線遮蔽能力を長期間に
わたって維持することができる放射性物質貯蔵設備を提
供する。 【解決手段】 コンクリートモジュール１０はキャニス
タ１１と遮蔽体１２を備える。遮蔽体１２とキャニスタ
１１との間には冷却空気領路１５が形成されている。ま
た、遮蔽体１２の厚み方向の中央部近傍には円筒状の断
熱材からなる層１４が形成され、遮蔽体を内周部１２ａ
と外周部１２ｂとに分割しており、この断熱材層１４に
よりコンクリート製の遮蔽体１２における内周部１２ａ
と外周部１２ｂ、それぞれの内外表面における温度差を
低減する。断熱材からなる層１４は、遮蔽体１２の内部
に必要に応じて複数配置しすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は放射性物質を密封し
た密封体から出る放射線を遮蔽するための放射性物体貯
蔵容器、放射性遮蔽構造物等の放射性物質貯蔵設備に関
し、詳細には熱による遮蔽体の劣化を防止し、耐久性に
優れた放射性物質貯蔵設備に関する。

【０００２】

【従来の技術】原子力発電所から発生する使用済燃料集
合体を、解体処理すると共にプルトニウム等の再度燃料
として使用できる有用物質を回収するため、再処理する
計画がある。従来、このような使用済燃料は、その再処
理を行うまでの間、原子炉の燃料集合体プール等に一次
保管されてきたが、年々増大する使用済燃料によりプー
ル等の保管設備の収容能力が限界に達するおそれがあ
る。そこで、再処理を行うまでの間、安全に、安価にか
つ取り出し可能な状態で使用済燃料を長期間保管できる
設備が必要となってきている。

【０００３】このような設備として空気による自然冷却
を行う乾式法の開発が進められ、プールに比べて運転コ
ストの低いことが注目されている。乾式法は、溶接密封
金属容器（以下、キャニスタという）を用いた方法と輸
送キャニスタに似た金属キャスク法との２つに大きく分
類される。キャニスタ方式は、さらに多数のキャニスタ
を１つの貯蔵設備で遮蔽するボールト方式と、１つのキ
ャニスタを１つのコンクリート構造物で遮蔽するサイロ
若しくはコンクリートキャスク方式とに分けられる。そ
れぞれの方式に一長一短があるが、低コストであること
から近年米国ではコンクリートキャスク方式が注目され
てきている。図３、及び図４は従来のコンクリートキャ
スク方式に使用されるコンクリートモジュールの水平方
向及び垂直方向の概略断面図を示している。

【０００４】このコンクリートモジュール３０は、キャ
ニスタ３１とコンクリート遮蔽体３２とから基本的に構
成されている。キャニスタ３１は使用済燃料集合体を複
数封入した溶接密封構造であり、封入した内部の放射性
物質が外部に漏洩しない構造を有し、円筒状に形成され
ている。このキャニスタ３１は円筒状のコンクリート製
の遮蔽体３２の中に装荷される。キャニスタ３１と遮蔽
体３２との間には冷却空気流路３３を形成する一定のギ
ャップが設けられている。この冷却空気流路３３に外部
空気を導入するために、遮蔽体３２の底部側には冷却空
気入口３４が設けられ、遮蔽体３２の上部側には冷却空
気出口３５が設けられている。また、遮蔽体３２の冷却
空気流路３３の内面には金属製のライナー３６が設けら
れている。

【０００５】通常、使用済燃料からは崩壊熱に伴う発熱
と放射線の発生を伴う。従って、このコンクリートモジ
ュール３０では使用済燃料の冷却、放射線の遮蔽、放射
性物質の密封性能が必要になる。コンクリートキャスク
方式では、冷却はキャニスタ３１と遮蔽体３２間の冷却
空気流路３３を流れる空気で、遮蔽は遮蔽体３２で、密
封はキャニスタ３１で担保する。また、コンクリートモ
ジュール３０の強度も遮蔽体３２で担保される。ここ
で、密封では絶対に放射性物質が外部に漏洩しないこ
と、遮蔽では貯蔵施設内や施設外の放射線量が法律に規
定された基準値以下であること、冷却では、貯蔵期間
中、キャニスタの表面温度やコンクリート製遮蔽体３２
の温度がキャニスタやコンクリートの性状に悪影響を与
えないようにすることが要求されている。

【０００６】ところで、従来のコンクリート製遮蔽体で
は、外表面は常温であるが、内表面は使用済燃料からの
崩壊熱により高温となり、内外表面における温度差が大
きくなって、熱応力（内部で圧縮応力、外部で引張応
力）が作用し、外周部での引張り応力がコンクリートの
引張り強度より大きくなることが多く、このため外部に
ひび割れが発生する要因となっている。過度にひび割れ
が発生した遮蔽体は放射線遮蔽性能が低下して、使用に
適さなくなるという問題があった。この熱によるひび割
れの影響を防止するため、例えば、周知の技術としてプ
レストレスト導入し熱応力による引張力をキャンセルす
る方法がある。また、特開平７−２７８９７号公報、同
８−４３５９１号公報には、キャニスタ或いはその金属
ライナーと遮蔽体との間に遮熱板を配置する構造が開示
されている。このような構造においては、プレストレス
導入工法は技術的には可能であるが高コストであり、遮
熱板によればコンクリート遮蔽体の内部温度の上昇をあ
る程度抑えることは期待できるが、内外面温度差に起因
するコンクリート遮蔽体のひび割れを防止することは困
難であるという問題があった。このため、低コストで、
遮蔽体を構成するコンクリートのひび割れをも防止し得
る、安全性、耐久性に優れた放射線物質貯蔵設備が切望
されていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような背
景に鑑みてなされたものであり、本発明の目的はコンク
リートのひび割れの発生を低減させて劣化を効果的に防
止することにより、コンクリート製遮蔽体の放射線遮蔽
能力を長期間にわたって維持することができる放射性物
質貯蔵設備を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者らは鋭意検討の
結果、コンクリート遮蔽体の厚みに対して略均等の位置
に断熱材からなる層を設けることで、前記問題を解決し
得ることを見出し、本発明を完成した。即ち、本発明の
放射線物質貯蔵設備は、放射性物質を密封した密封体の
外側をコンクリート製遮蔽体で囲み、該密封体と該遮蔽
体との間に空気流入空間を設け、該空気流入空間の内部
を流れる空気により放射性物質が発生する熱を除去する
放射性物質貯蔵設備であって、該遮蔽体を厚み方向に対
して略均等に分割し、分割した遮蔽体の間に、コンクリ
ートに比べて剛性の小さい断熱材からなる層を設けたこ
とを特徴とする。本発明の放射性物質貯蔵設備では、コ
ンクリートなどよりなる遮蔽体の内部に断熱材からなる
層が設けられており、これにより遮蔽体が略均等の厚み
に複数に分割され、分割された各々の遮蔽体の内外表面
における温度差を低減でき、特に、外周部の遮蔽体は温
度条件が内周部のものより格段に緩和されるため、遮蔽
体のひび割れを防止し、長期間にわたり放射線遮蔽性能
を維持することができる。ここで、前記断熱材からなる
層が、貫通する細孔を有し、該細孔を介して水分移動が
可能であることが断熱材の性能低下を防止する観点から
好ましい。また、前記放射性物質貯蔵設備において、密
封体との間に空気流入空間を形成する遮蔽体の表面が、
放射率の低い材料で構成されると遮蔽体に熱が吸収され
にくくなり、遮蔽体の温度上昇が抑制されて遮蔽体の内
外温度差が低減されるため好ましい。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下に、本発明を詳細に説明す
る。図１及び図２は本発明の第１の実施の形態に係る放
射性物質貯蔵設備であるコンクリートモジュール１０の
水平方向の概略図及び垂直方向の概略断面図を示す。こ
のコンクリートモジュール１０はキャニスタ１１とコン
クリート製遮蔽体１２から構成される。キャニスタ１１
は円筒状であり、内部には放射性物質が密封されてい
る。遮蔽体１２は厚さ方向の中央部近傍で２分割された
内周部１２ａと外周部１２ｂとから構成されている。内
周部１２ａはコンクリートで形成された有底円筒状の本
体１３と、本体１３の内周壁の内側に貼られたセラミッ
ク系断熱材等で形成された円形の断熱材１３ａと、断熱
材１３ａの内側に断熱材１３ａと同心円状に貼られた、
放射率の低い鉛やアルミニウム等で形成された金属製ラ
イナー１３ｂとから構成されている。なお、放射性物質
の発熱量が小さい場合は、断熱材１３ａはなくてもよ
い。

【００１０】外周部１２ｂはコンクリートで形成された
有底円筒状の本体からなり、内周部１２ａとの間には、
円筒形の断熱材からなる層（以下、適宜、断熱材層と称
する）１４が形成されている。外周部１２ｂと内周部１
２ａとは底部及び頂部において互いに連続した一体構造
となっている。

【００１１】遮蔽体１２の内径とキャニスタ１１の外径
との間の間隙は冷却空気流路１５として機能する。遮蔽
体１２の下側には、遮蔽体外部と冷却空気流路１５を連
通するための単数又は複数の冷却空気流路（入口）１６
が形成されている。この入口側の冷却空気流路１６は、
外側に水平に形成された第１水平部、第１水平部の内側
の端部から上に伸びる垂直部、及び垂直部の上側端部か
ら内側に水平に伸びる第２水平部から構成されている。
第１水平部の上面は第２水平部の下面と同一平面上に又
は第２水平部の下面の下側に位置し、これにより第２水
平部を通った放射線が屈曲部の壁面で反射されて外部に
漏洩しないようになっている。なお、各水平部は内側に
なるにつれて上に傾斜してもよい。遮蔽体１２の入口側
の冷却空気流路１６より上側の内部には図示しない複数
の突起が形成されており、この突起によりキャニスタ１
１が遮蔽体１２内に支持される。

【００１２】また、遮蔽体１２の上部には、遮蔽体１２
の下側に形成された冷却空気流路（入口側）１６に対向
する位置に冷却空気流路（出口側）１７が形成されてい
る。この冷却空気流路（出口側）１７は内側に水平に形
成された第１水平部、第１水平部の外側の端部から上に
伸びる垂直部、及び垂直部の上側端部から外側に水平に
伸びる第２水平部から構成されている。第１水平部の上
面は第２水平部の下面と同一平面上に又は第２水平部の
下面の下側に位置し、これにより第１水平部を通った放
射線が屈曲部の壁面で反射されて外部に漏洩しないよう
になっている。なお、各水平部は外側になるにつれて上
に傾斜してもよい。また、冷却空気流路（出口側）１７
の内側には金属ライナー１３ｂが貼られている。冷却空
気は冷却空気流路（入口側）１６から遮蔽体内部の下側
に導入され、冷却空気流路１５を通過する際に遮蔽体１
２内に装填されたキャニスタ１１を冷却し、温度上昇に
より遮蔽体１２内を上昇して、冷却空気流路（出口側）
１７から排気される。

【００１３】前述のように、遮蔽体１２の外周部１２ｂ
と内周部１２ａとの間には、円筒形の断熱材層１４が形
成されている。キャニスタ１１内の放射性物質から出る
崩壊熱は、下方の入口側の冷却空気流路１６、冷却空気
流路１５を経て、上方の出口側の冷却空気流路１７へと
流れる空気により冷却され、また、金属ライナー１３ｂ
から断熱材１３ａ、さらに本体１３即ち、遮蔽体内周部
１２ａに伝わる。さらに、断熱材層１４を介して遮蔽体
外周部１２ｂ内部を伝わり、外表面より放熱される。断
熱材層１４により遮蔽体１２が二層に分割されるため、
分割された各層自体の内外表面における温度差及び内周
部１２ａ外側面と外周部１２ｂ内側面との温度差が低減
され、特に、遮蔽体外周部１２ｂへの熱応力が著しく低
減されるため、遮蔽体１２のひび割れが防止され、これ
により遮蔽体１２の放射線遮蔽性能が長期にわたり維持
される。

【００１４】断熱材層１４を設ける位置としては、図１
に示すように、遮蔽体を二分割して、断熱材層を一層の
み設ける場合には、遮蔽体の厚み方向の中央部近傍であ
ることを要する。分割位置がキャニスター１１に近づき
すぎると、外周部１２ｂにおける内外面温度が大きくな
り、外側表面に近づきすぎると内周部１２ａにおける内
外温度差が大きくなり、いずれも好ましくない。なお、
本態様では、断熱材層１４はコンクリート遮蔽体１２内
部に一層設けられてらものを例示して詳述しているが、
この円筒状の断熱材層はコンクリート遮蔽体内部に複数
層配置することができ、複数層配置する場合には、先に
述べたのと同様の理由により、遮蔽体の厚みに対して略
均等の位置に配置されることが好ましい。

【００１５】ここで、断熱材層１４の厚みには特に制限
はなく、キャニスター１１内に保存される放射性物質の
温度、ひび割れ防止に必要なコンクリート遮蔽体の内外
面温度差に応じて適宜選択される。同様に、断熱材もま
た、熱伝導度、耐熱性等の観点から、適宜選択すること
ができ、断熱性の観点からは、耐熱性樹脂の発泡体であ
ってもよい。断熱材からなる層１４は材料として断熱性
の良好なものであれば、厚みを薄くすることができ、断
熱性の比較的低いものを用いる場合には、厚みを厚くす
ればよい。断熱材としては、コンクリート遮蔽体に比べ
て剛性の小さいものを用いるが、これは、遮蔽体内周部
１２ａ及び外周部１２ｂに二分割されたそれぞれの遮蔽
体自体や断熱材層１４そのものが熱により膨張、収縮す
る場合、遮蔽体内周部１２ａ及び外周部１２ｂに係る応
力を緩和し、応力によるひび割れの発生を効果的に防止
するためである。断熱材の材料としては、具体的には、
硬質ウレタンフォーム等が挙げられる。

【００１６】また、断熱材層１４には貫通する細孔を設
け、該細孔を介して水分移動を可能とすることが好まし
い。即ち、遮蔽体１２は通常、コンクリートにより構成
され、組織内を水分が移動することが可能であるが、遮
蔽体１２内部に断熱材層１４を設けると熱のみならず、
水分の移動も妨げられ、内周部１２ａに加熱された水分
が拡散せずに残存し、遮蔽体１２の組織に影響を与える
懸念がでてくる。このため、断熱材層１２に貫通する細
孔を設けることで水分の移動を妨げないようにすること
が耐久性、安全性の観点より好ましい。細孔は断熱材層
１２に穿孔して設けてもよく、また、断熱材として、連
通気泡を有する多孔質体を用いてもよい。

【００１７】さらに、コンクリートモジュール１０にお
いて、キャニスタ１１に面する遮蔽体１２ａの表面は放
射率の低い材料で構成することが、遮蔽体に吸収される
放射熱が少なくなり、表面温度の上昇を抑制させる観点
から望ましい。放射率の低い材料としては、鉛やアルミ
ニウム等が挙げられ、表面にこれらの材料からなる層を
形成することが好ましい。しかし、放射性物質の発熱量
や排気量に応じて壁表面の放射率を変えてもよい。

【００１８】本発明の遮蔽体を構成するコンクリートと
しては、公知のものを適宜、使用することができ、その
製造方法としては、例えば、ミキサーにセメント及び細
骨材・粗骨材を順次投入して数秒間空練りをした後、必
要に応じて、セメント分散材や減水剤等の添加剤を水と
ともに加えて練り混ぜ、得られたペースト状のコンクリ
ート組成物を所望の型枠に打設して製造する方法が挙げ
られる。

【００１９】ここで、使用可能なセメントとしては、普
通セメント、早強セメント、中庸熱ポルトランドセメン
ト等の各種ポルトランドセメントのほか、高炉セメン
ト、フライアッシュセメント、シリカフュームセメント
等の各種混合セメントを使用できる。また、必要に応じ
て、本発明の効果を損なわない範囲で、これらのセメン
トに、高炉スラグ微粉末、硅石粉、石灰石粉、シリカヒ
ューム微粉末等の無機質粉体を添加して用いることもで
きる。

【００２０】本発明によれば、遮蔽体の壁面及び内部に
断熱材層を設けるという簡単な構成で、遮蔽体を形成し
ているコンクリートのひび割れを長期間効果的に防止す
ることができ、放射線物質の保存、貯蔵などに使用する
モジュールとして有用である。

【発明の効果】本発明によれば、簡単な構成で、コンク
リートのひび割れの発生を低減させ、その劣化を効果的
に防止することにより、コンクリート製遮蔽体の放射線
遮蔽能力を長期間にわたって維持することができる放射
性物質貯蔵設備を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施の形態に係る放射性物質
貯蔵設備であるコンクリートモジュールの水平方向の概
略断面図を示す。

【図２】 図１のコンクリートモジュールの垂直方向の
概略断面図を示す。

【図３】 従来の放射性物質貯蔵設備であるコンクリー
トモジュールの水平方向の概略断面図を示す。

【図４】 図３のコンクリートモジュールの垂直方向の
概略断面図を示す。

【符号の説明】

１０ コンクリートモジュール １１ キャニスタ １２ 遮蔽体 １２ａ 遮蔽体内周部 １２ｂ 遮蔽体外周部 １４ 断熱材からなる層（断熱材層） １５ 間隙（冷却空気流路） １６ 入口側の冷却空気流路 １７ 出口側の冷却空気流路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 和泉 意登志 千葉県印西市大塚１丁目５番地１ 株式会 社竹中工務店技術研究所内 (72)発明者 樋口 祥明 千葉県印西市大塚１丁目５番地１ 株式会 社竹中工務店技術研究所内 (72)発明者 山本 雄一 東京都中央区銀座八丁目21番１号 株式会 社竹中工務店東京本店内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 放射性物質を密封した密封体の外側をコ
   ンクリート製遮蔽体で囲み、該密封体と該遮蔽体との間
   に空気流入空間を設け、該空気流入空間の内部を流れる
   空気により放射性物質が発生する熱を除去する放射性物
   質貯蔵設備において、該遮蔽体を厚み方向に対して略均
   等に分割し、分割した遮蔽体の間に、コンクリート製遮
   蔽体に比べて剛性の小さい断熱材からなる層を設けるこ
   とを特徴とする放射性物質貯蔵設備。
2. 【請求項２】 前記断熱材からなる層が、貫通する細孔
   を有し、該細孔を介して水分移動が可能であることを特
   徴とする請求項１に記載の放射性物質貯蔵設備。
3. 【請求項３】 前記空気流入空間を密封体との間に形成
   する遮蔽体の表面が、放射率の低い材料で構成されるこ
   とを特徴とする請求項１に記載の放射性物質貯蔵設備。