JP2001264492A - オーバーパック及びその溶接方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高レベル放射性廃棄物を密閉収容するオーバ
ーパック及びその溶接作業を大幅に簡略化できる新規な
オーバーパック及びその溶接方法の提供。 【解決手段】 高レベル放射性廃棄物を実質的に収容す
べく周囲に耐食層６を備えた有底円筒状の容器本体２
と、その頂部に突き合わせ溶接される断面コ字形の蓋部
３と、この蓋部３上に被せられるキャップ４とから構成
する。これによって、容器本体２と蓋部３の溶接、及び
キャップ４と耐食層６との溶接がいずれも周方向の突き
合わせ溶接（周継手）となる上に、容器本体２と蓋部３
の溶接深さが浅くなるため、溶接作業を大幅に簡略化で
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、核燃料再処理工場
で発生した高レベル放射性廃棄物を地層処分する際に用
いられる金属製のオーバーパック及びその溶接方法に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、原子力発電所から出た使用済燃
料は、核燃料再処理工場に送られ、ここでウランやプル
トニウムといった再利用可能な燃料が取り出された後、
高レベル放射性廃棄物としてガラス原料と共に高温で溶
かし合わされてからステンレスの容器（キャニスター）
中で固められてガラス固化体として安定化される。その
後、この高レベル放射性廃棄物は、一定期間地上の貯蔵
設備に貯蔵されることによって自然冷却された後、地下
数百〜数千ｍの地層の岩盤中に埋設されて長期間あるい
は半永久的に地層処分することが計画されている。

【０００３】そして、このような高レベル放射性廃棄物
を地層処分するにあたっては、処分後に地震や地層圧等
による破損、あるいは地下水による腐食等によって高レ
ベル放射性廃棄物が容器外へ漏れ出さないように万全を
期すために、さらに堅牢なカーボンスチール製の密閉容
器であるオーバーパック内に収容・密閉してから処分す
ることが考えられている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
高レベル放射性廃棄物を処分するためのオーバーパッ
ク、及びその密閉収容方法としては、例えば、図３
（１）に示すように、肉厚が数十ｍｍ〜数百ｍｍで上方
が開口したカーボンスチール製の容器本体ａを用意し、
この容器本体ａ内に、図示しない緩衝材と共に高レベル
放射性廃棄物を詰め込んだキャニスターｂを収納した
後、その上部開口部ｃに同じくカーボンスチール製の落
し蓋ｄを嵌め込んでから図３（２）に示すように、その
落し蓋ｄと上部開口部ｃ間に形成されるリング状の狭開
先ｆを利用して両者を溶接（肉盛溶接）することで容器
本体ａと落し蓋ｄを一体化してその内部に高レベル放射
性廃棄物を密閉収容する方法が考えられている。

【０００５】また、さらに容器本体ａ等の耐食性を高め
るために、その周囲にステンレススチール等の耐食層を
備える場合には、図３（３）に示すように、この落し蓋
ｄを溶接した後に、同じくステンレススチール製のキャ
ップｈを被せた後、図３（４）に示すように、このキャ
ップｈと容器本体ａ側の耐食層ｇの頂部との突き合わせ
部を周方向に沿って溶接することで容器本体ａ及び落し
蓋ｄの表面全体を耐食性の金属で被覆する方法が考えら
れている。

【０００６】しかしながら、このように容器本体ａの上
部開口部ｃに落し蓋ｄを嵌め込んでから両者を溶接する
方法では、溶接時間が長くなってしまい処理効率が悪い
といった欠点がある。

【０００７】すなわち、この落し蓋ｄと容器本体ａの溶
接は、通常、ＴＩＧ溶接によって行われることになる
が、この落し蓋ｄは、岩盤圧力に対して十分な耐久力を
発揮するために容器本体ａの胴の板厚よりもかなりの板
厚（例えば、数百ｍｍ以上）が必要となる。そのため、
その落し蓋ｄの周囲に形成される狭開先も必然的に深く
て大きいものとなることから、溶接範囲が広く、また肉
盛金属の量も多くなって溶接時間が長くなってしまうと
いった欠点がある。

【０００８】また、溶接の範囲が広くなることにより、
その落し蓋ｄと容器本体ａの溶接部に大きな溶接歪みが
発生し、溶接後に焼鈍等の熱処理が必要となってくる場
合も考えられる。

【０００９】そこで、本発明はこのような課題を有効に
解決するために案出されたものであり、その目的は、高
レベル放射性廃棄物を密閉収容する際のオーバーパック
及びその溶接作業を大幅に簡略化することができる新規
なオーバーパック及びその溶接方法を提供するものであ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は請求項１及び２に示すように、高レベル放射
性廃棄物を密閉収容するためのオーバーパックにおい
て、上記高レベル放射性廃棄物を実質的に収容すべく周
囲にチタン等の耐食層を備えた炭素鋼等からなる有底円
筒状の容器本体と、この容器本体内を密閉すべくその頂
部に突き合わせ溶接される断面コ字形の蓋部と、この蓋
部上に被せられると共に上記容器本体の耐食層側に突き
合わせ溶接されるチタン製等のキャップとからなるオー
バーパックである。

【００１１】そして、このような構成をしたオーバーパ
ックの溶接方法としては、請求項３に示すように、上記
容器本体内に高レベル放射性廃棄物を収容した後、その
高レベル放射性廃棄物を密閉すべくその容器本体の開口
部端に上記蓋部を突き合わせてからその突き合わせ部を
レーザー溶接によって溶接し、その後、その蓋部上に上
記キャップを被せてからその下端部をレーザー溶接によ
って上記容器本体側の耐食層側に突き合わせ溶接するよ
うにしたものである。

【００１２】これによって、容器本体と蓋部の溶接、及
びキャップと耐食層との溶接がいずれも周方向の突き合
わせ溶接（周継手）となる上に、容器本体と蓋部の溶接
深さが浅くなるため、溶接時間を大幅に短縮することが
できる。また、本体及び耐食層ともにレーザー溶接を採
用することにより、溶接作業を簡略化することが可能と
なって溶接効率が大幅に向上する。

【００１３】

【発明の実施の形態】次に、本発明を実施する好適一形
態を添付図面を参照しながら説明する。

【００１４】図１は、本発明に係るオーバーパック１の
実施の一形態を示したものである。

【００１５】図示するように、このオーバーパック１
は、上述した高レベル放射性廃棄物のガラス固化体等を
収容したキャニスターｂを収容するための容器本体２
と、この容器本体２上に溶接される蓋部３と、この蓋部
３上に被せられるキャップ４とから構成されている。

【００１６】先ず、この容器本体２は、上方に円形の開
口部５を備えた厚肉の有底円筒状に形成されており、炭
素鋼（カーボンスチール）等の比較的安価で堅牢な金属
材料から形成されている。また、さらに、その周囲に
は、上部開口部５付近を除いて、チタン等の耐食性金属
からなる耐食層６が一体的に接合されている。ここで、
容器本体２の大きさやその肉厚としては、収容するキャ
ニスターのサイズや地層処分深さ等によって異なってく
るため特に限定するものではないが、現在考えられてい
るものとしては、外径約１〜２ｍ、高さ１．５〜３ｍ程
度、肉厚数十ｍｍ〜数百ｍｍ程度である。また、この耐
食層６の接合方法としては、容器本体２の肉厚が数十ｍ
ｍ程度であれば、容器本体２自体をクラッド鋼を円筒状
に加工することによって、また、数百ｍｍの厚肉であれ
ば、カーボンスチール上に爆着、あるいは耐食性金属を
肉盛溶接等によって接合する方法が考えられている。ま
た、耐食層６自体の厚さも特に限定するものではない
が、耐食性に優れたチタンを用いた場合には、数ｍｍ〜
十数ｍｍ程度で十分であると考えられる。尚、上述した
ように、この耐食層６は容器本体２の周囲、すなわち、
その底面及び周面全体に形成されることになるが、後述
する容器本体２と蓋部３との溶接性を考慮して容器本体
２の上端面付近はその周方向に亘って全く被覆されてい
ない状態となっている。

【００１７】次に、蓋部３は、容器本体２と同じ外径を
有する下向き断面コ字形をした円筒形に形成されてお
り、同じく炭素鋼等の比較的安価で堅牢な金属材料から
形成されている。

【００１８】また、キャップ４は、底面のみが開口した
円筒状に形成されており、その内径は上記蓋部３の外径
と略一致していると共に、外径は上記耐食層６と略一致
した大きさとなっている。また、その高さは、上記蓋部
３の高さに加えて容器本体２の露出部分の高さと略一致
する高さとなっている。尚、このキャップ４の材質も耐
食層６と同じ材料であれば、特に限定するものではない
が、耐食層６としては地下水等に対して優れた耐食性を
有するチタンを用いることが好ましいことから、このキ
ャップ４自体もチタンから構成することが望ましい。

【００１９】次に、このような構成をしたオーバーパッ
ク１の溶接方法、すなわち高レベル放射性廃棄物の密閉
収容方法について説明する。

【００２０】先ず、図２（１）に示すように、予めその
周囲に耐食層６が形成された容器本体２を用意し、その
内部に高レベル放射性廃棄物を密閉収容したキャニスタ
ｂを収納した後、その上部開口部５に蓋部３を被せ、両
者の外径が相互に一致するように正確に位置決めを行
う。例えば、上部開口部５に端面上に蓋部３の下端面を
載せてから、あるいはその直前に蓋部３の位置を前後左
右に微調整することで位置決めを行う。尚、この時、予
め蓋部３又は上部開口部５の内周面に相手方に突出する
ガイドやキー溝等を形成しておけば両者の位置決めを容
易に行うことができる。

【００２１】次に、このようにして蓋部３を上部開口部
５上に精度良く被せたならば、図２（２）に示すよう
に、その両者の突き合わせ端面をその周方向に沿って突
き合わせ溶接（周継手溶接）する。このとき、溶接深
さ、すなわち突き合わせ端面の厚さが薄い場合には、従
来のＴＩＧ溶接等によって一気に溶接することが可能で
あるが、上述したように、この部分の溶接深さは、少な
くとも数十ｍｍ以上あることからＴＩＧ溶接等によって
一気に突き合わせ溶接することは不可能である。また、
その突き合わせ部に予め開先等を形成して多層溶接する
方法では、従来考えられている方法以上の溶接時間や手
間が掛かってしまうおそれがあり、本発明の目的を十分
に達成することができない。そのため、本発明方法にあ
っては、この突き合わせ溶接方法として、レーザー溶接
や電子ビーム溶接を用いるようにしたものであり、これ
によって短時間で良好な突き合わせ溶接を行うことがで
きる。特に、レーザー溶接を用いればそのレーザーの出
力を電気的に調整することで溶接深さや幅等を精度良く
調整できる上に、電子ビーム溶接のような真空状態を形
成する必要がないことからより簡易に溶接作業を行うこ
とが可能となる。また、この突き合わせ部の肉厚は、一
般に底面や上面の肉厚よりも薄い（１／３〜１／２程
度）ことから、その溶接歪みも従来方法に比較して少な
いため、歪み除去等のための熱処理等が不要となる。

【００２２】これによって、キャニスターｂ（高レベル
放射性廃棄物）が容器本体２内に完全に密閉収容されて
保護された状態になるため、地震や地層圧によるキャニ
スターｂの破損による高レベル放射性廃棄物の漏出を確
実に防止することができる。

【００２３】そして、このようにして容器本体２と蓋部
３との突き合わせ溶接が完了したならば、図２（３）に
示すように、この蓋部３上にキャップ４を被せた後、同
図（４）に示すように、容器本体２側の耐食層６の上端
部とキャップ４との突き合わせ部を同じく突き合わせ溶
接（周継手）する。この場合の溶接方法としては、その
肉厚が容器本体２に比べて大幅に薄いことから従来のＴ
ＩＧ溶接等によって行うことが可能であるが、容器本体
２側をレーザー溶接によって行うため、別々の溶接機を
用意する必要性に乏しく、そのままレーザー溶接によっ
て行うことが好ましい。特に、耐食層６としてチタンを
用いた場合にはレーザー溶接によればより優れた溶接効
果を得ることができる。尚、これらの一連の作業は、作
業の安全性や被爆の都合上、作業員が直接行うことがで
きないため、隔離遮蔽されたセル内でクレーンや自動溶
接機等を用いて遠隔操作によって行われる。

【００２４】これによって、容器本体２と蓋部３全体を
耐食層６とキャップ４で覆い隠すことができるため、キ
ャニスターｂは勿論、容器本体２と蓋部３自体も地下水
等の浸入による腐食等を長期間に亘って防止することが
できる。

【００２５】このように本発明は、特に蓋部３を下向き
断面コ字形に形成し、容器本体２の周面側でレーザー溶
接法を用いて突き合わせ溶接（周継手溶接）するように
したことから、従来考えられているようなオーバーパッ
ク及び溶接方法に比べて溶接作業時間を大幅に短縮する
ことができると共に、狭開先等を形成するための手間を
省略できるため、溶接作業効率を大幅に向上することが
できる。特に、本発明は処分深度が浅く（例えば３００
ｍ）、容器本体２の周壁厚が薄いオーバーパックの場合
に、より顕著な効果を発揮することができる。

【００２６】また、容器本体２と蓋部３との溶接及び耐
食層６とキャップ４との溶接のいずれも周方向の継手溶
接となるため、溶接機の構造もより単純化することが可
能となり、溶接機の製作に要するコストも低減すること
が可能となる。

【００２７】尚、本実施の形態では、耐食層６及びキャ
ップ４としてチタンを用いたが、耐食性金属として代表
的なステンレススチール鋼やインコネル鋼等を用いた場
合であっても同様な目的、作用・効果を得ることができ
ることは勿論である。また、上述したように、これらの
溶接作業及び運搬作業等は全て遠隔操作で行われること
から、それら各部材に運搬用の吊り耳等を必要に応じて
据え付けるようにしても良い。

【００２８】

【発明の効果】以上要するに本発明によれば、高レベル
放射性廃棄物を密閉収容する際の溶接時間を大幅に短縮
することができると共に溶接作業や溶接機械等も簡略化
することが可能となる。この結果、溶接効率が大幅に向
上するため、高レベル放射性廃棄物に要する処理コスト
を当初の予算よりも大幅に削減することが可能となる等
といった優れた効果を発揮することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るオーバーパックの実施の一形態を
示す分解斜視図である。

【図２】本発明方法に係るオーバーパックの溶接方法の
実施の一形態を示す説明図である。

【図３】従来のオーバーパックの構造及びその溶接方法
の一例を示す説明図である。

【符号の説明】

１ オーバーパック ２ 容器本体 ３ 蓋部 ４ キャップ ５ 上部開口部 ６ 耐食層 ｂ キャニスター（高レベル放射性廃棄物）

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ２１Ｆ 5/12

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高レベル放射性廃棄物を密閉収容するた
   めのオーバーパックにおいて、上記高レベル放射性廃棄
   物を実質的に収容すべく周囲に耐食層を備えた有底円筒
   状の容器本体と、この容器本体内を密閉すべくその頂部
   に突き合わせ溶接される断面コ字形の蓋部と、この蓋部
   上に被せられると共に上記容器本体の耐食層側に突き合
   わせ溶接されるキャップとからなることを特徴とするオ
   ーバーパック。
2. 【請求項２】 上記容器本体及び蓋部が炭素鋼からなる
   と共に、上記耐食層及びキャップがチタンからなること
   を特徴とする請求項１に記載のオーバーパック。
3. 【請求項３】 請求項１又は２に記載のオーバーパック
   の溶接方法において、上記容器本体内に高レベル放射性
   廃棄物を収容した後、その高レベル放射性廃棄物を密閉
   すべくその容器本体の開口部端に上記蓋部を突き合わせ
   てからその突き合わせ部をレーザー溶接によって溶接
   し、その後、その蓋部上に上記キャップを被せてからそ
   の下端部をレーザー溶接によって上記容器本体側の耐食
   層側に突き合わせ溶接するようにしたことを特徴とする
   オーバーパックの溶接方法。