JP2001141885A - キャニスタおよびこれを備えたコンクリート製貯蔵容器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 放射性物質を長期間に亘って安全にかつ安定
して貯蔵可能なキャニスタ、およびこれを備えたコンク
リート製貯蔵容器を提供することにある。 【解決手段】 コンクリートにより形成されたほぼ筒状
の容器本体１２は円柱状の収納部２２を有し、この収納
部には、放射性物質が封入されたキャニスタ１４が収納
されている。キャニスタは金属製の密閉容器１５を有
し、密閉容器の周壁１７は、波状にプレス加工され軸方
向に延びた多数の凹凸を有している。容器本体の底部に
設けられた吸気口２６から導入された空気は、収納部の
内面とキャニスタの外面との間に規定された冷却空気流
路２４を流れて放射性物質から発生する熱を除去し、容
器本体の上部に設けられた排気口２８から排出される。

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、熱発生を伴う放
射性物質を封入した密閉金属容器、いわゆるキャニス
タ、およびこれを備えたコンクリート製貯蔵容器に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】原子炉の使用済燃料に代表される高放射
性物質は、解体処理されるとともに、プルトニウム等の
再度燃料として使用可能な有用物質を回収するため、再
処理される。そして、これらの使用済燃料は、再処理を
行うまでの間、密閉された状態で貯蔵されている。この
ような高放射性物質の貯蔵方法としては、貯蔵プール等
による湿式法、あるいは、キャスク等による乾式法が知
られている。

【０００３】乾式法は、水に代わり空気によって自然冷
却を行う貯蔵方法であり、湿式法に比較して運転コスト
が低いことから注目を集め、開発が進められている。ま
た、乾式法に用いるキャスクには種々の構造のものがあ
るが、コンクリート構造物によって使用済燃料を遮蔽す
るコンクリートキャスクは、低コストであることから特
に注目されている。コンクリートは、中性子遮蔽材とし
て優れ、他の遮蔽材よりも安価であるとともに、構造体
として必要な強度が得られる等の利点も備えている。

【０００４】このようなコンクリートキャスクは、上部
および底部が閉塞された筒状のコンクリート容器を備
え、このコンクリート容器内に、使用済燃料が封入され
た筒状の金属密閉容器、いわゆるキャニスタ、が収納さ
れている。

【０００５】一般に、キャニスタは、使用済燃料から発
生した崩壊熱により加熱され２００℃程度の高温となる
ため、コンクリートキャスクには、崩壊熱を除熱するた
めの除熱構造が設けられている。すなわち、コンクリー
ト容器の内周面とキャニスタの外面との間には、冷却空
気流路として機能する隙間が形成され、コンクリート容
器の底部には吸気口が、また、容器の上部には排気口が
それぞれ設けられている。そして、吸気口からコンクリ
ート容器内に導入された冷却空気としての外気を、冷却
空気流路を流して自然循環させ排気口から排出すること
により、キャニスタを除熱し冷却している。

【０００６】このように構成されたコンクリートキャス
クでは、上述した除熱構造により使用済燃料の冷却、コ
ンクリート層により放射線の遮蔽、キャニスタにより使
用済燃料の密封を担保している。そして、コンクリート
キャスクは、高放射性物質を長期間に亘って安全に、か
つ、安定して保管する必要があり、長期間に亘って高い
放射線遮蔽性能が要求される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、放射性
物質の遮蔽体であるコンクリートは、熱による影響を受
け易く、高温になると著しく強度が低下する。空気の自
然循環によりキャニスタおよびコンクリート容器を冷却
する構成の場合、コンクリート容器の最高温度は約９０
℃程度に達するため、長期間の使用により、コンクリー
ト中の水分が無くなり、コンクリート容器にクラックが
発生する恐れがある。また、キャニスタ自体も自然循環
冷却により外気に接触するため、コンクリートキャスク
を海岸付近に設置した場合、海塩粒子によりキャニスタ
の応力腐蝕割れを発生する恐れがある。

【０００８】そして、上記のようなコンクリート容器の
クラック、キャニスタの応力腐蝕割れ等が発生した場合
には、放射線の遮蔽、放射性物質の密閉を担保すること
ができず、コンクリートキャスクの安全性および健全性
を維持することが困難となる。

【０００９】この発明は以上の点に鑑みなされたもの
で、その目的は、放射性物質を長期間に亘って安全にか
つ安定して貯蔵可能なキャニスタ、およびこれを備えた
コンクリート製貯蔵容器を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明に係るキャニスタは、放射性物質が封入さ
れたほぼ筒状の金属製の密閉容器を備え、上記密閉容器
の周壁の表面は凹凸に塑性加工されていることを特徴と
している。

【００１１】この発明に係るキャニスタによれば、上記
密閉容器の周壁は、プレス加工により波状に形成され、
あるいは、転造加工により形成された螺旋状の凹凸を有
していることを特徴としている。

【００１２】上記のように構成されたキャニスタによれ
ば、密閉容器の周壁は凹凸を備えていため、平坦な表面
を有している場合に比較して、キャニスタの表面積が広
く、キャニスタの放熱性が向上する。これにより、キャ
ニスタから発生する崩壊熱を効率良く除熱することがで
き、キャニスタを収納したコンクリート製貯蔵容器の温
度上昇を抑制することが可能となる。

【００１３】また、この発明に係るキャニスタは、放射
性物質が封入されたほぼ筒状の金属製の密閉容器を備
え、上記密閉容器の周壁は、ショットピーニングにより
圧縮残留応力が付与された表面を有していることを特徴
としている。

【００１４】更に、この発明によれば、上記密閉容器の
周壁表面は、金属よりも放射率の高い材料、例えば、セ
ラミックスからなる球材を用いてショットピーニングさ
れ、上記周壁表面に上記セラミックスの被膜が被覆残留
していることを特徴としている。

【００１５】上記構成のキャニスタによれば、ショット
ピーニングを施すことにより、密閉容器の周壁表面に圧
縮残留応力を付与されていることから、キャニスタの耐
応力腐蝕割れ性が向上する。また、密閉容器の周壁表面
に金属よりも放射率の高いセラミックスの被膜が被覆残
留しているため、キャニスタの放熱性が向上し、キャニ
スタから発生する崩壊熱を効率良く除熱することが可能
となる。

【００１６】また、この発明に係るコンクリート製貯蔵
容器は、上述したキャニスタのいずれかが収納された収
納部を内部に有し、コンクリートにより形成されたほぼ
筒状の容器本体と、上記容器本体の底部に設けられた吸
気口、上記容器本体の上部に設けられた排気口、および
上記収納部の内面と上記密閉容器の外面との間に規定さ
れた冷却空気流路を有し、上記吸気口から容器本体内に
導入された空気を上記冷却空気流路に流して上記放射性
物質から発生する熱を除去し、上記排気口から排出する
除熱部と、を備えていることを特徴としている。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下図面を参照しながら、この発
明の第１の実施の形態に係るコンクリートキャスクにつ
いて詳細に説明する。

【００１８】図１に示すように、コンクリート製貯蔵容
器としてのコンクリートキャスク１０は、コンクリート
により形成され遮蔽構造体として機能する容器本体１２
を備え、この容器本体内には、キャニスタ１４が収納さ
れている。キャニスタ１４は、例えばステンレス等の金
属によって形成されているとともに、両端が閉塞した円
筒形状の密閉容器１５を有し、この密閉容器内には、バ
スケット１６により支持された状態で、使用済燃料集合
体１８が複数体封入されている。これらの使用済燃料集
合体１８は、例えば、原子炉の使用済燃料であり、崩壊
熱に伴う発熱と放射線の発生を伴う放射性物質を含んで
いる。そして、密閉容器１５は、封入された内部の放射
性物質が外部に漏洩しないよう、溶接密閉構造を有して
いる。

【００１９】図１ないし図３に示すように、密閉容器１
５の周壁１７は、金属板をプレス加工することにより波
状に塑性変形され、その外周面および内周面には、軸方
向に延びた多数の凹凸が形成されている。

【００２０】コンクリートキャスク１０の容器本体１２
は、図１および図２に示すように、底部の閉塞された円
筒形状を有し、例えば、高さ約６ｍ、直径約４ｍ程度に
形成され、また、コンクリートの壁厚は、約０．９ｍ程
度に形成されている。容器本体１２の上端開口は、外面
が炭素鋼板によって覆われたコンクリート製の蓋２０に
より閉塞されている。この蓋２０は、複数のボルト２１
により容器本体１２の上端にボルト止めされている。な
お、容器本体１２のコンクリート壁内には、図示しない
配筋が施されている。

【００２１】容器本体１２内には、容器本体の内周面お
よび蓋２０により、円柱形状の収納部２２が規定されて
いる。そして、この収納部２２内にキャニスタ１４が収
納されている。キャニスタ１４は、収納部２２の底面に
形成された複数のリブ３１上に載置されているととも
に、容器本体１２と同軸的に配置されている。また、キ
ャニスタ１４は、その外周面が容器本体１２の内周面と
の間に所定の隙間、例えば、１０ｃｍ程度の隙間を持っ
た状態で、収納部２２内に収納されている。

【００２２】そして、キャニスタ１４の外周面と容器本
体１２の内周面との間の上記隙間により、冷却空気が流
れる冷却空気流路２４が形成されている。この冷却空気
流路２４は、キャニスタ１４の外周面の全周に亘って、
かつ、外周面の軸方向全長に亘って形成されている。

【００２３】容器本体１２の底部には複数、例えば４つ
の吸気口２６が形成され、また、容器本体１２の上端部
には、同様に、４つの排気口２８が形成され、それぞれ
冷却空気流路２４に連通している。４つの吸気口２６
は、容器本体１２の円周方向に沿って互いに等間隔離間
して設けられ、容器本体１２の底部外周面に開口してい
る。また、排気口２８は、容器本体１２の円周方向に沿
って互いに等間隔離間して設けられ、容器本体１２の上
端部外周面に開口している。なお、これらの排気口２８
は、容器本体１２の上端縁と蓋２０とによって規定され
ている。

【００２４】これらの吸気口２６、排気口２８、および
冷却空気流路２４は、空気の自然循環冷却によりコンク
リートキャスク１０を除熱する除熱部を構成している。
すなわち、吸気口２６から容器本体１２内に導入された
冷却空気としての外気は、冷却空気流路２４を通ってキ
ャニスタ１４の周囲を流れ、その間、キャニスタ１４お
よび容器本体１２を除熱し冷却する。そして、キャニス
タ１４からの熱によって加熱され昇温した冷却空気は、
排気口２８から容器本体１２の外部に排出される。

【００２５】一方、容器本体１２の内周面には、炭素鋼
等の金属からなる円筒状のライナ３０が設けられてい
る。金属からなるライナ３０は、コンクリートに比較し
て伝熱性が高く、使用済燃料集合体１８から発生した熱
の伝熱を促進するとともに、使用済燃料集合体１８から
の放射線、主としてγ線、を遮蔽する機能を有してい
る。

【００２６】上記のように構成されたコンクリートキャ
スク１０によれば、容器本体１２内に収納されたキャニ
スタ１４の周壁１７は、波状に形成され多数の凹凸を備
えている。そのため、平坦な表面を有している場合に比
較して、キャニスタ１４の表面積が広く、キャニスタの
放熱性を高くすることができる。これにより、キャニス
タ１４から発生する崩壊熱を効率良く除熱することがで
き、容器本体１２のコンクリート壁の温度上昇を抑制す
ることが可能となる。従って、長期間の貯蔵において
も、容器本体１２におけるコンクリート壁の劣化、クラ
ック発生等を防止し、コンクリートキャスク１０の安全
性および健全性を長期に渡って良好に維持することがで
きる。同時に、キャニスタ１４の周壁１７をプレス加工
することにより、加工硬化等によるキャニスタの強度向
上を図ることができる。

【００２７】図４に示すように、この発明の第２の実施
の形態によれば、キャニスタ１４の密閉容器１５の周壁
１７は、機械加工として転造が施され、その外周面に、
螺旋状の凹凸が形成されている。この場合においても、
密閉容器１５の表面に凹凸を設けることにより表面積を
増大し、キャニスタ１４の放熱性向上を図ることがで
き、上記第１の実施の形態と同様の作用効果を得ること
ができる。

【００２８】図５に示すように、この発明の第３の実施
の形態によれば、キャニスタ１４の密閉容器１５は円筒
状の周壁１７を有し、この周壁１７の外周面は、ショッ
トブラストとして、球体を用いたショットピーニングが
施されている。特に、本実施の形態においては、アルミ
ナ等のセラミックスで形成された球材を用いてショット
ピーニングが行われている。

【００２９】上記のように、ショットピーニングを施す
ことにより、周壁１７の表面に圧縮残留応力を付与し、
密閉容器１５の耐応力腐蝕割れ性を向上することができ
る。図６は、金属表面の圧縮残留応力をＸ線で測定した
結果を、ショットピーニングを施した場合と施さない場
合とで比較して示している。この図から、ショットピー
ニングを施すことにより、金属表面から深さ約０．２ま
での領域に圧縮残留応力が付与されていることが解る。
なお、試験片としては２層ステンレス片（ＳＣＳ１４
Ａ）を用いた。

【００３０】また、図７は、金属表面の硬さを測定した
結果を、ショットピーニングを施した場合と施さない場
合とで比較して示している。この図から、ショットピー
ニングを施すことにより、金属表面から深さ約０．２ま
での領域で硬さが増加し、圧縮残留応力が付与されてい
ることが解る。なお、試験片としては２層ステンレス片
（ＳＣＳ１４Ａ）を用いた。

【００３１】一方、アルミナ等のセラミックスからなる
球材を用いて密閉容器１５の周壁１７をショットピーニ
ングした場合、周壁を構成する金属表面には、セラミッ
クスの破片が被覆残留する。そして、セラミックスの放
射率は０．８程度であり、金属の放射率０．２程度より
も高いため、セラミックスの破片が被覆残留することに
より、周壁１７の放射率を向上させることができる。

【００３２】図８は、ショットピーニング前後の金属表
面部の組織を比較して示すもので、ショットピーニング
により、金属表面に球材（研削材）の破片が残留してい
ることが解る。また、図９は、金属表面にアルミナ等を
被覆処理した場合としない場合との放射率を測定した結
果を比較して示すもので、アルミナ等を被覆処理するこ
とにより放射性が向上することが解る。

【００３３】従って、上記のように、アルミナ等のセラ
ミックスからなる球材を用いてショットピーニングした
密閉容器１５を用いることにより、キャニスタ１４の放
熱性が向上し、キャニスタ１４から発生する崩壊熱を効
率良く除熱することができ、容器本体１２のコンクリー
ト壁の温度上昇を抑制することができる。

【００３４】これにより、本実施の形態によれば、長期
間の貯蔵においても、キャニスタ１４における応力腐蝕
割れの発生、および容器本体１２におけるコンクリート
壁の劣化、クラック発生等を防止することができ、その
結果、放射性物質の密閉および放射線の遮蔽を確実に担
保し、コンクリートキャスク１０の安全性および健全性
を長期に渡って良好に維持することができる。

【００３５】なお、この発明は上述した実施の形態に限
定されることなく、この発明の範囲内で種々変形可能で
ある。例えば、キャニスタは、密閉容器の表面に凹凸を
有していれば放熱性を向上することができ、凹凸の形状
は必要に応じて種々変形可能である。また、ショットピ
ーニングに用いる球材の材料は、アルミナに限定される
ことなく、金属よりも高い放射率を有した材料であれば
種々選択可能である。

【００３６】

【発明の効果】以上詳述したように、この発明によれ
ば、キャニスタを構成する密閉容器の表面に凹凸を設け
ることにより放熱性向上を図り、放射性物質を長期間に
亘って安全にかつ安定して貯蔵可能なキャニスタおよび
これを備えたコンクリート製貯蔵容器を提供することが
できる。また、この発明によれば、キャニスタを構成す
る密閉容器の表面をショットピーニングすることによ
り、耐応力腐蝕割れ性の向上および放熱性の向上を図
り、放射性物質を長期間に亘って安全にかつ安定して貯
蔵可能なキャニスタおよびこれを備えたコンクリート製
貯蔵容器を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施の形態に係るコンクリー
トキャスクを一部破断して示す斜視図。

【図２】上記コンクリートキャスクの縦断面図。

【図３】上記コンクリートキャスクに収納されたキャニ
スタの密閉容器の周壁を示す斜視図。

【図４】この発明の第２の実施の形態に係るキャニスタ
の密閉容器の周壁を示す斜視図。

【図５】この発明の第３の実施の形態に係るキャニスタ
を示す斜視図。

【図６】金属表面の圧縮残留応力をＸ線で測定した結果
を、ショットピーニングを施した場合と施さない場合と
で比較して示す図。

【図７】金属表面の硬さを測定した結果を、ショットピ
ーニングを施した場合と施さない場合とで比較して示す
図。

【図８】ショットピーニング前後の金属表面部の組織を
比較して示す図。

【図９】金属表面をアルマイト処理した場合としない場
合との放射率を測定した結果を比較して示す図。

【符号の説明】

１０…コンクリートキャクス １２…容器本体 １４…キャニスタ １５…密閉容器 １７…周壁 １８…使用済燃料集合体 ２０…蓋 ２２…収納部 ２４…冷却空気流路 ２６…吸気口 ２８…排気口 ３０…ライナ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松永 健一 兵庫県神戸市兵庫区和田崎町一丁目１番１ 号 三菱重工業株式会社神戸造船所内 (72)発明者 村上 和夫 兵庫県神戸市兵庫区和田崎町一丁目１番１ 号 三菱重工業株式会社神戸造船所内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】放射性物質が封入されたほぼ筒状の金属製
   の密閉容器を備え、 上記密閉容器の周壁表面は、凹凸に塑性加工されている
   ことを特徴とするキャニスタ。
2. 【請求項２】上記密閉容器の周壁は、プレス加工により
   波状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載
   のキャニスタ。
3. 【請求項３】上記密閉容器の周壁表面は、転造加工によ
   り形成された螺旋状の凹凸を有していることを特徴とす
   る請求項１に記載のキャニスタ。
4. 【請求項４】放射性物質が封入されたほぼ筒状の金属製
   の密閉容器を備え、 上記密閉容器の周壁は、ショットピーニングにより圧縮
   残留応力が付与された表面を有していることを特徴とす
   るキャニスタ。
5. 【請求項５】上記密閉容器の周壁表面は、金属よりも放
   射率の高い材料からなる球材を用いてショットピーニン
   グされ、上記周壁表面に上記材料の被膜が被覆残留して
   いることを特徴とする請求項４に記載のキャニスタ。
6. 【請求項６】上記密閉容器の周壁表面は、セラミックス
   の球材を用いてショットピーニングされ、上記周壁表面
   に上記セラミックスの被膜が被覆残留していることを特
   徴とする請求項５に記載のキャニスタ。
7. 【請求項７】請求項１ないし６のいずれか１項に記載の
   キャニスタが収納された収納部を内部に有し、コンクリ
   ートにより形成されたほぼ筒状の容器本体と、 上記容器本体の底部に設けられた吸気口、上記容器本体
   の上部に設けられた排気口、および上記収納部の内面と
   上記密閉容器の外面との間に規定された冷却空気流路を
   有し、上記吸気口から容器本体内に導入された空気を上
   記冷却空気流路に流して上記放射性物質から発生する熱
   を除去し、上記排気口から排出する除熱部と、 を備えていることを特徴とするコンクリート製貯蔵容
   器。