JP2004037450A - 使用済み核燃料の移送手順中に放射線のシールドを最大にする装置及び方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】使用済み核燃料移送中の放射線シールドを最大化する装置及び方法を提供する。
【解決手段】使用済み核燃料をプールから移送する方法としては、空で密閉的にシールされたジャケット２０と、使用済み核燃料を入れる空洞３を有する装置をプール内に水没させる工程と使用済み核燃料を装置の空洞内に配置する工程と装置をプールから持ち上げる工程と装置をステージ領域に配置する工程とジャケットを中性子吸収液体で充填する工程と空洞からプールの水を排水する工程とステージ領域から装置を持ち上げる工程を有し、使用済み核燃料を移送する装置としては、使用済み核燃料を内部配置できる空洞を形成する円筒状の内側シェル３６とガンマ吸収材料を受け入れる環体を内側シェルと一緒に形成するように内側シェルと同心で取り巻く円筒状外側シェル３７と中性子吸収液体を保持するジャケットを形成するように第２のシェルと同心で取り巻くジャケットシェル２８とを有し、ジャケットが充填手段と排水手段を有する。
【選択図】 図２
【解決手段】使用済み核燃料をプールから移送する方法としては、空で密閉的にシールされたジャケット２０と、使用済み核燃料を入れる空洞３を有する装置をプール内に水没させる工程と使用済み核燃料を装置の空洞内に配置する工程と装置をプールから持ち上げる工程と装置をステージ領域に配置する工程とジャケットを中性子吸収液体で充填する工程と空洞からプールの水を排水する工程とステージ領域から装置を持ち上げる工程を有し、使用済み核燃料を移送する装置としては、使用済み核燃料を内部配置できる空洞を形成する円筒状の内側シェル３６とガンマ吸収材料を受け入れる環体を内側シェルと一緒に形成するように内側シェルと同心で取り巻く円筒状外側シェル３７と中性子吸収液体を保持するジャケットを形成するように第２のシェルと同心で取り巻くジャケットシェル２８とを有し、ジャケットが充填手段と排水手段を有する。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の背景】
本発明は使用済み核燃料の移送の分野に関し、特に、使用済み核燃料移送手順中に放射線のシールドを最大にすることに関する。
【０００２】
原子炉の作動においては、燃料組立体のエネルギが所定のレベルまで枯渇してしまった後に燃料組立体を除去するのが慣行である。商業的な核産業においては、燃料組立体は典型的には豊富なウラニウムで充填された長くて中空のジルカロイチューブの集合である。枯渇し引き続いて除去する時に、使用済み核燃料はまだ高い放射性を有し、かなりの熱を発生させ、その梱包、輸送及び貯蔵には大きな注意を払う必要がある。特に、使用済み核燃料は極めて危険な中性子及びガンマ光子を発生する。これらの中性子及びガンマ光子を常に封じ込めることが絶対に必要である。
【０００３】
原子炉の抜燃料時に、使用済み核燃料は貯蔵プール内に水没されたキャニスター内に配置される。貯蔵プールは使用済み核燃料の冷却を容易にし、発生した中性子及びガンマ光子の閉じ込めを補助する放射線シールドを提供する。一般に、キャニスターは平坦な底部を備えた円筒状のスチール製容器である。典型的なキャニスターはほぼ２４ＰＷＲの燃料組立体又は６０ＢＷＲの燃料組立体を保持することができる。使用済み核燃料で完全に充填されたとき、キャニスターはほぼ４５トンの重量を有する。しかし、キャニスターのみでは、その中に収容された使用済み核燃料により発生される中性子及びガンマ光子の十分な閉じ込めを提供しない。従って、装填されたキャニスターは、ある付加的な放射線シールド無しでは、貯蔵プールから更に搬送することができない。使用済み核燃料を「乾燥状態」で貯蔵するのが好ましいので、キャニスターは本質的に貯蔵プールから除去しなければならない。従って、使用済み核燃料の輸送及び長期間の乾燥貯蔵中に付加的な放射線シールドを提供する装置が必要である。
【０００４】
現況の設備においては、付加的な放射線シールドは装填されたキャニスターをキャスク（ｃａｓｋｓ）と呼ばれる大きな円筒状の容器内に配置することにより達成される。当業界で現在使用されている２つの形式のキャスク、即ち貯蔵キャスク及び移送キャスクがある。移送キャスクは使用済み核燃料のキャニスターをある位置から別の位置へ輸送するために使用され、一方、貯蔵キャスクは長期間にわたって使用済み核燃料を「乾燥状態」で貯蔵するために使用される。移送キャスク及び貯蔵キャスクの双方は、２つの原理を使用して、使用済み核燃料により発生された中性子及びガンマ放射線から環境をシールドするように設計される。
【０００５】
第１に、使用済み核燃料により発生されたガンマ放射線はその経路に質量体を置くことによりブロックされ、この場合ブロック用の質量体の密度及び厚さが大きいほど、ガンマ放射線の減衰が一層有効になる。有効なガンマ吸収材料の例はコンクリート、鉛及びスチールである。第２に、使用済み核燃料により発生された中性子はその経路に水素原子を含む材料を置くことによりブロックされる。従って、水素に富んだ任意の材料は有効な中性子シールドとなる。有効な中性子吸収材料の一例は水である。
【０００６】
上述の原理に従い、貯蔵キャスクはスチール、鉛、コンクリート及び環境的に適した水素含有材料で作られた大きくて重い構造となるように設計される。しかし、貯蔵キャスクを設計するに当たっての焦点が使用済み核燃料の長期間貯蔵に対する十分な放射線シールドを提供することであるため、寸法及び重量はしばしば二次的な考察となる（全く考慮しない場合もある）。ガンマ及び中性子吸収材料の厚さを最大化する結果、貯蔵キャスクの重量及び寸法はしばしば持ち上げ及び取り扱いに関連する問題を生じさせる。典型的には、貯蔵キャスクの重量はほぼ１５０トンであり、１５フィート（約４５０ｃｍ）よりも高い高さを有する。共通の問題は、貯蔵キャスクがしばしば大半の核パワー設備のクレーンの能力にとっては重過ぎ、従って持ち上げることができないことである。別の共通の問題は、貯蔵キャスクが貯蔵プール内に配置するには大き過ぎることである。従って、使用済み核燃料を貯蔵キャスク内に貯蔵するためには、装填されたキャニスターを貯蔵プールから取り出し、ステージ領域において準備し、貯蔵キャスクへ輸送しなければならない。付加的な放射線シールドはこの手順のすべてのステージにわたって必要である。
【０００７】
装填されたキャニスターの貯蔵プールからの取り出し及び貯蔵キャスクへの輸送は移送キャスクにより容易化される。装填されたキャニスターを輸送するために移送キャスクを利用する設備においては、空のキャニスターが開いた移送キャスク内に配置される。次いで、キャニスター及び移送キャスクを貯蔵プール内に水没させる。使用済み核燃料の各組立体が枯渇すると、組立体を炉から取り出し、貯蔵プール内に降ろされて水没したキャニスター（移送キャスク内にある）内に配置する。次いで、装填されたキャニスターに蓋をし、使用済み核燃料及びプールからの水を包囲する。移送キャスクがプールから取り出された後には、包囲された水は使用済み核燃料に対する中性子放射線シールドを提供する。次いで、キャニスター及び移送キャスクをクレーンによりプールから取り出してステージ領域へ下ろし、「乾燥状態」での貯蔵のために使用済み核燃料を準備する。ステージ領域に置いた後、キャニスター内に含まれた水をキャニスターから汲み出す。これは抜水と呼ばれる。抜水後、使用済み核燃料は乾燥させられる。乾燥後、キャニスターをヘリウム如き不活性ガスで充填する。次いで、キャニスターをシールし、キャニスター及び移送キャスクを設備のクレーンにより再度持ち上げ、貯蔵キャスクへ輸送する。移送キャスクは貯蔵キャスクの頂上に配置され、キャニスターは移送キャスクの底開口を通して貯蔵キャスク内へ降下される。
【０００８】
設備のクレーン（又は他の装置）により移送キャスクを持ち上げ、取り扱わねばならないので、移送キャスクは貯蔵キャスクよりも一層小さく、一層軽くなるように設計される。移送キャスクは、貯蔵プール内に入るのに十分なほど小さく、また、使用済み核燃料のキャニスターを装填したときに、その重量がクレーンの定格重量制限を越えないのに十分なほど軽くなければならない。更に、移送キャスクは隔離された使用済み核燃料により発生された中性子及びガンマ放射線の双方のための十分な放射線シールドを提供する重要な機能を依然として遂行しなければならない。従って、移送キャスクは鉛の如きガンマ吸収材料で作られ、中性子吸収材料を収容する。キャニスター内でシールされたプールの水はある中性子シールドを提供するが、この水はステージ領域で最終的に排水される。従って、多くの移送キャスクは中性子吸収材料の別個の層を有するか又は装填されたキャニスターを内部に位置させる移送キャスクの空洞を包囲する水で充填された環体を有する。
【０００９】
先に述べたように、中性子及びガンマ吸収材料の厚さ及び密度が大きいほど、それにより提供される放射線シールドが一層大きくなる。しかし、移送キャスクを作るために使用される材料の密度及び（又は）厚さを増大させると、キャスクの重量も増大してしまう。従って、移送キャスクにより提供される放射線シールドの程度は移送キャスクの重量に直接関係する。放射線シールドが大きいほど、キャスクの重量が一層大きくなる。
【００１０】
しかし、移送キャスクの許容可能な重量は設備のクレーン（又は他の持ち上げ装置）の持ち上げ能力により制限される。クレーンにより取り扱われる荷重は移送キャスク自体の重量のみならず移送キャスクのペイロード即ち有効荷重（即ちキャニスター及びその中味）の重量をも含む。移送キャスクは、すべての取り扱い過程中にクレーンにより取り扱われる総荷重が典型的には１００ないし１２５トンであるクレーンの定格重量制限を越えないように、設計しなければならない。従って、移送キャスクの許容できる重量は有効荷重だけ小さい設備のクレーンの定格能力に等しい。更に、移送キャスクとその有効荷重との組み合わせ重量が設備のクレーンの定格持ち上げ能力に等しい場合に、移送キャスクにより提供できる可能な放射線シールドがその特定の有効荷重のための最大値にあることに留意することが重要である。その理由は、ガンマ及び中性子吸収材料の厚さがそのクレーン及びその有効荷重のための最大値にあるからである。
【００１１】
移送キャスクの有効荷重の重量が輸送手順の異なるステージ中に変化するので、移送キャスクの許容できる重量は任意の持ち上げ工程での移送キャスクの最大有効荷重の重量だけ小さな設備のクレーンの定格能力に等しい。移送キャスクの有効荷重の重量は、移送キャスク及びキャニスターが貯蔵プール外へ持ち上げられたとき（このときには、キャニスターは使用済み核燃料及び水で満タンである）に、最大となる。従って、従来の方法によれば、移送キャスクの許容できる重量を計算するのはこのステージにおいてである。次いで、移送キャスクは設計制限としてこの許容できる重量を使用して構成される。
【００１２】
しかし、移送キャスクがステージ領域に置かれたとき、プールの水がキャニスターから除去される。キャニスターの抜水の完了時に、移送キャスクの有効荷重の重量はクレーンの定格能力以下に減少し、輸送手順の残りにわたってそれを維持する。従って、移送キャスクにより提供される放射線シールド能力は、その重量が利用可能なクレーンの能力を包含する一層重い移送キャスクと比べた場合、この手順の残りにわたって同等以下である。しかし、一層重い移送キャスクは全体の輸送手順にわたって使用することができない。その理由は、一層重いキャスクとその有効荷重との組み合わせ重量が貯蔵プールからの移送キャスクの初期の持ち上げ工程中にクレーンの定格持ち上げ能力を越えてしまうからである。従って、放射線シールドの最大量は移送及び乾燥貯蔵手順のすべての工程にわたって提供されない。
【００１３】
有効荷重が抜水により軽くされた後に使用済み核燃料のキャニスターを一層重い移送キャスクへ移送することは可能であるが、これは付加的な時間、費用、努力、空間及び設備を必要とする。付加的な移送はまた人間に曝される放射線の量及び取り扱い事故の可能性を増大させる。
【００１４】
従って、移送キャスクの有効荷重の重量が変化した場合であっても、貯蔵プールから長期の乾燥貯蔵のための貯蔵キャスクへの使用済み核燃料の移送のすべてのステージ中に最大量の放射線シールドを提供できる移送キャスクの必要性が存在する。また、移送キャスクの有効荷重が変化する場合であっても、移送手順のすべてのステージ中に最大量の放射線シールドを提供する、使用済み核燃料のキャニスターを貯蔵プールから長期乾燥貯蔵のための貯蔵キャスクへ移送する方法の必要性も存在する。
【００１５】
【発明の概要】
本発明の目的は、装置の有効荷重の重量が変化する場合であっても、使用済み核燃料移送手順のすべてのステージ中に最大量の放射線シールドを提供できる装置を提供することである。
【００１６】
本発明の別の目的は、移送手順サイクル時間を実質上増大させることなく、変化した有効荷重のための放射線シールドの量を最大化するために容易かつ迅速に重量を変化できる、使用済み核燃料を移送するための装置を提供することである。
【００１７】
本発明の更に別の目的は、低能力クレーンにより持ち上げ及び輸送できる、使用済み核燃料を移送するための装置を提供し、しかも、移送手順のすべてのステージ中に十分な放射線シールドを提供することである。
【００１８】
本発明の更に他の目的は、装置の有効荷重の重量が変化する場合であっても、移送手順のすべてのステージ中に最大量の放射線シールドを提供する、使用済み核燃料のキャニスターを移送するための方法を提供することである。
【００１９】
本発明の他の目的は、工程のすべてのステージ中に十分な放射線シールドを提供する、低能力クレーンを有する核パワー設備において使用済み核燃料のキャニスターを移送するための方法を提供することである。
【００２０】
これら及び他の目的は本発明により達成され、１つの態様においては、本発明は、使用済み放射性核燃料を移送するための装置であって、使用済み核燃料を内部に配置できる空洞を形成する円筒状の内側シェルと；ガンマ吸収材料を受け入れるようになった環体を内側シェルとともに形成するように内側シェルと同心でこれを取り巻く円筒状の外側シェルと；中性子吸収液体を保持するためのジャケットを形成するように外側シェルと同心でこれを取り巻くジャケットシェルと；を有し、ジャケットが充填手段と排水手段とを有することを特徴とする装置である。
【００２１】
排水手段及び充填手段は、使用済み核燃料移送工程中に中性子吸収液体でジャケットを充填及び排水できるようになっていることが好ましい。好ましくは、装置のジャケットシェルは頂部と底部とを有し、充填手段はジャケットシェルの頂部に又はその近傍に位置し、排水手段はジャケットシェルの底部に又はその近傍に位置する。
【００２２】
充填手段は好ましくは密閉的にシールできる１又はそれ以上の穴である。また、好ましくは、排水手段は開弁できかつ密閉的にシールできる１又はそれ以上の排水弁である。
【００２３】
ガンマ吸収材料は好ましくは鉛であり、中性子吸収液体は好ましくは水である。内側シェル及び外側シェルは好ましくはカーボンスチールで構成される。また、装置が更にジャケット内に位置する複数のラジアル板を有し、ラジアル板が外側シェルとジャケットシェルとを接続するのが好ましい。好ましくは、ジャケットシェルはカーボンスチールで構成される。また好ましくは、環体はガンマ吸収材料で満たされる。
【００２４】
別の態様においては、本発明は、使用済み核燃料をプールから移送する方法であって、キャニスターをプールの水で満たすように、空で密閉的にシールされたジャケットと、空洞と、空洞内の、使用済み核燃料を受け入れるためのキャニスターとを有する装置をプール内に水没させる工程と；使用済み核燃料をキャニスター内に配置する工程と；移送キャスクをプールから持ち上げる工程と；移送キャスクをステージ領域に配置する工程と；ジャケットに中性子吸収液体を充填する工程と；キャニスターからプールの水を排水して移送キャスクの重量を減少させる工程と；ステージ領域から装置を持ち上げる工程と；を有することを特徴とする方法である。
【００２５】
好ましくは、この方法は更に中性子吸収液体をジャケットから排水する工程と；ジャケットを密閉的にシールする工程と；使用済み核燃料の別の装填のために移送キャスクをプール内に水没させる工程と；を有する。
【００２６】
ジャケットの底部に又はその近傍に位置する排水手段を作動させることにより、ジャケットを排水するのが好ましい。好ましくは、排水手段は、移送キャスクがプール内にあるときに、およびジャケットが充填された後に密閉的にシールされる１又はそれ以上の排水弁である。
【００２７】
また好ましくは、ジャケットは、ジャケットの頂部に又はその近傍に位置する充填手段を介して中性子吸収液体を導入することにより、充填される。充填手段は、移送キャスクがプール内にあるときに、およびジャケットが充填された後に密閉的にシールされる１又はそれ以上の穴とすることができる。
【００２８】
方法は好ましくは更に、プールの水が排水された後に、キャニスターを不活性ガスで充填し戻す工程を有する。また、方法は貯蔵キャスクの上方に移送キャスクを位置決めする工程と；移送キャスクから貯蔵キャスクへキャニスターを移送する工程と；を有するのが好ましい。代わりに、方法は、輸送キャスクの上方に移送キャスクを位置決めする工程と；移送キャスクから輸送キャスクへキャニスターを移送する工程と；を有することができる。
【００２９】
図１は本発明の装置の実施の形態を示し、円筒状の移送キャスク１０はジャケットシェル２８により画定される排水可能なジャケットを有する。キャスクの蓋１１は装填工程中に取り外すことができる。キャスクの蓋１１は空洞３（図２）への接近を容易にするための蓋開口３８を有する。底蓋１２は、底フランジ３４の穴を通って延びかつ底蓋１２にネジ係合する複数のボルト４１により、底フランジ３４に固定される。クレーンを取付けるためのハンドル４を設ける。
【００３０】
移送キャスク１０及びジャケットシェル２８は頂部及び底部を有する。明細書全体にわたって使用するが、「頂部」は頂フランジ３５の付近に最も近いジャケットシェル２８及びキャスク１０の端部を言い、一方、「底部」は底フランジ３４の付近に最も近いジャケットシェル２８及びキャスク１０の端部を言う。
【００３１】
図２を参照すると、移送キャスク１０は円筒状の内側シェル３６を有する。底蓋１２と共に、円筒状の内側シェル３６は空洞３を形成し、キャスクの蓋１１を取り外したときに、使用済み核燃料のキャニスターをこの空洞内に配置できる。移送キャスク１０は更に、内側シェル３６と同心でこれを取り巻く円筒状の外側シェル３７を有する。内側シェル３６及び外側シェル３７の双方はカーボンスチールで作られる。内側シェル３６及び外側シェル３７は頂フランジ３５及び底フランジ３４に溶着され、コンクリート、鉛又はスチールの如きガンマ吸収材料を保持できる環体１９を形成する。鉛が好ましい。その理由は、使用済み核燃料が空洞３内に配置された後に、鉛が放射性の使用済み核燃料のためのガンマシールドを最も有効に提供するからである。
【００３２】
移送キャスク１０は更にジャケットシェル２８を有する。ジャケットシェル２８は外側シェル３７と同心でこれを取り巻く。ジャケットシェル２８は頂部表面４０を有する。ジャケットシェル２８の底部は底フランジ３４に溶着され、一方、頂部表面４０は外側シェル３７に溶着され、ここで「ジャケット２０」と呼ぶ第２の環体２０を形成する。ジャケット２０は、使用済み核燃料が空洞３内に配置された後に放射性の使用済み核燃料のための中性子シールドの層を提供する水の如き中性子吸収液体を受け入れるようになっている。
【００３３】
ジャケット２０の容易な充填及び排水を容易にするため、ジャケットシェル２８は更に、１又はそれ以上の排水弁３１及び１又はそれ以上の充填穴３０を有する。充填穴３０は頂部表面４０に位置し、頂部表面４０を通って延び、ジャケット２０内への開口を提供する。排水穴３０は、乾燥貯蔵のために使用済み核燃料のキャニスターを準備するのに必要なサイクル時間を実質上増大させない時間量でジャケット２０に水を充填するために使用できるのに十分な大きさを有する。充填穴３０は適正な寸法のプラグをその中へ挿入することにより閉鎖して密閉的にシールすることができる。
【００３４】
排水弁３１はジャケットシェル２８の底部又はその近傍に位置し、ジャケット２０（即ち、第２の環体）に流体接続する。排水弁３１は開位置及び閉位置の双方を有するようになっている。閉じたとき、排水弁３１は密閉的にシールされる。開いたとき、ジャケット２０内に収容された流体は排水弁３１を通って自由に流れることができ、従って、ジャケット２０内に収容されたいかなる水をも排水する。排水弁３１の寸法及び最大流量は、ジャケット２０が水で充填されたときに、乾燥貯蔵のために使用済み核燃料のキャニスターを準備するのに必要なサイクル時間を実質上増大させることなく、完全に排水できるように選択される。更に、排水弁３１及び充填穴３０が密閉的にシールされたとき、ジャケット２０もまた密閉的にシールされる。
【００３５】
ジャケットシェル２８の底部又はその近傍での排水弁３１の位置決め及びジャケットシェル２８の頂部又はその近傍での充填穴３０の位置決めは、移送キャスク１０を直立位置に維持した状態で（即ち、その底端上に載置した状態で）、ジャケット２０を容易に充填又は排水するのを可能にする。従って、移送キャスク１０が使用済み核燃料のキャニスターを輸送するために使用されているとき、輸送時間を実質上増大させることなく、ジャケット２０を充填又は排水できる。更に、排水穴３０及び排水弁３１の位置決めは、特殊なポンプ設備を使用することなく、ジャケット２０の排水及び充填を可能にする。
【００３６】
更に、移送キャスク１０は外側シェル３７からジャケットシェル２８へ半径方向に延びる複数のラジアル板２９を有する。ラジアル板は移送キャスク１０のまわりで円周方向に位置する。各ラジアル板２９は一側で外側シェル３７に溶着され、他側でジャケットシェル２８に溶着される。ラジアル板２９は改善された熱伝導のためのフィンとして作用する。
【００３７】
図３を参照すると、移送キャスク１０は、キャスクの蓋１１を取り外したときに、使用済み核燃料で充填されたキャニスター２３を空洞３（図２）内に受け取ることができるようになっている。キャニスター２３はキャニスター蓋１８を有する。キャニスター２３が移送キャスク１０内に置かれた後、キャスクの蓋１１を頂フランジ３５に固定することができる。キャスクの蓋１１は、キャスクの蓋１１の穴を通してボルト５１を延長させかつ頂フランジ３５にボルトをネジ係合させることにより、頂フランジ３５に固定される。移送キャスク１０及びその有効荷重（即ち、キャニスター２３及びその内容物）はパワー設備のクレーン３２により持ち上げられ、取り扱われる。クレーン３２はハンドル４に係合することにより移送キャスク１０及びその有効荷重を持ち上げ、取り扱う。蓋の開口３８は、キャスクの蓋１１が頂フランジ３５に固定されている間、キャニスター２３のある取り扱い操作を遂行するためにキャニスター２３への接近を提供する。
【００３８】
図４は、移送キャスクの有効荷重が移送手順中に変化する場合であっても、貯蔵プールから長期乾燥貯蔵のために貯蔵キャスクへ使用済み核燃料のキャニスターを移送するすべてのステージの間、最大量の放射線シールドを提供する、本発明の方法の実施の形態のフローチャートである。図４のステップを図１−３に示す装置の実施の形態に関連して説明する。
【００３９】
図４に示す本発明の方法に係る原子炉の抜燃料及び使用済み核燃料の貯蔵においては、キャニスター２３が最初に、その蓋１８のない状態で移送キャスク１０の空洞３内に置かれる。この時点で、移送キャスク１０のジャケット２０は空であり、排水弁３１を閉じ、プラグで排水穴３０をシールすることにより、密閉的にシールされている。環体１９が鉛で満たされている。次いで、移送キャスク１０及び開いたキャニスター２３を貯蔵プール内に水没させて、ステップ４００を完了させる。
【００４０】
原子炉が核燃料を使い果たすと、使用済み核燃料が炉から取り出され、貯蔵プール内へ下降され、キャニスター２３内に置かれて、ステップ４１０を完了させる。キャニスター２３が完全に装填された後、蓋１８がキャニスター２３に固定され、その中にプールからの使用済み核燃料及び水の双方を包囲する。クレーン３２がプール内へ下降され、移送キャスク１０のハンドル４に固定される。ハンドル４に固定された後、クレーン３２はキャスク１０及びその現在の有効荷重を貯蔵プールから持ち上げて、ステップ４２０を完了させる。移送キャスク１０は、移送手順のこのステージで、移送キャスク１０とその有効荷重との組み合わせ重量がクレーン３２の定格持ち上げ能力に等しいか又はそれよりも少なくなるように、設計される。
【００４１】
貯蔵プール外へ持ち上げられた後、クレーン３２は移送キャスク１０及びその有効荷重をステージ領域内へ置き、ステップ４３０を完了させる。この時点で、キャニスター２３は使用済み核燃料に加えて水を収容している。先に説明したように、このプールの水は、それがキャニスター２３内にある限り、中性子吸収層として作用する。中性子シールドを与えるにも拘らず、このプールの水は、乾燥状態で使用済み核燃料を貯蔵するために、キャニスター２３から除去しなければならず、それにより与えられるいかなる中性子シールドも排除される。しかし、本発明の方法によれば、プールの水がキャニスター２３から排出される前に、ジャケット２０が水で充填される。ジャケット２０は、充填穴３０からプラグを取り外し、そこを通して水を供給することにより、水で充填され、ステップ４４０を完了させる。
【００４２】
ジャケット２０が水で充填されたとき、充填穴３０はそのプラグで再度シールされる。この時点で、キャニスター２３内に収容されたプールの水は排出され、ステップ４５０を完了させる。ジャケット２０内の水はこのとき移送手順の残りのための必要な中性子シールドを提供する。その中に収容された使用済み核燃料は乾燥させられ、次いで、キャニスター２３はヘリウムの如き不活性ガスで充填し戻される。次いで、キャスクの蓋１１を移送キャスク１０に固定する。
【００４３】
次いで、移送キャスク１０をクレーン３２により持ち上げ、ステップ４６０を完了させる。使用済み核燃料を長期間貯蔵しようとする場合は、移送キャスク１０はクレーン３２により輸送され、貯蔵キャスクの上方で位置決めされ、ステップ４７０を完了させる。貯蔵キャスクの上方で適正に位置決めされた後、底蓋１２を取り外し、キャニスター２３を貯蔵キャスク内へ下降させ、ステップ４８０を完了させる。代わりに、同様の手順を使用して使用済み核燃料を長距離にわたって移動させるための輸送キャスクへ使用済み核燃料を輸送するために、移送キャスク１０を使用することができる。
【００４４】
キャニスター２３を移送キャスク１０から取り出した後、上述の手順を再度遂行するために移送キャスク１０を再使用することができる。移送キャスク１０を再使用しようとする場合は、排水弁３１を開くことにより、水がジャケット２０から排水される。次いで、キャスクの蓋１１を取り外し、排水弁３１を閉位置へ移動させ、ジャケット２０を密閉的にシールする。次いで、手順をやり直す。
【００４５】
本発明の方法及び装置は、移送手順のすべてのステージにおいて、移送キャスクとその荷重との組み合わせ重量をクレーンの定格持ち上げ能力にほぼ等しくさせることができる。これは望ましい。その理由は、移送キャスクの重量が大きいほど、放射線シールドの量が一層大きくなるからである。例えば、ステップ４２０で持ち上げられるときに、使用済み核燃料及びプールの水で装填されたキャニスターの重量が４５トンであると仮定する。クレーンの定格持ち上げ能力が１２５トンである場合、このステージで放射線シールドを最大化するためには、移送キャスクの重量は８０トンでなければならない。ここで、移送キャスクが置かれ、プールの水がキャニスターから除去された後の、キャニスター及びその内容物の重量が２５トンであると仮定する。移送キャスクとその有効荷重との組み合わせ重量はこのステージではたったの１０５トンとなる。これは、クレーンの定格持ち上げ能力よりも２０トン少ない。利用できるクレーンの能力のこの２０トンは、従来の方法を使用した場合は、移送手順の残りのために使用されず、最大量の放射線シールド以下となってしまう。しかし、本発明によれば、２０トンの水がジャケットに加えられて、移送キャスクとその有効荷重との組み合わせ重量を増大させ、その組み合わせ重量がクレーンの持ち上げ能力に等しくなるようにする。従って、全体の移送手順中、その有効荷重及びそのクレーンに対して可能な放射線シールドを最大能力に保つ。
【００４６】
本発明は移送キャスクを構成するために使用すべきガンマ吸収材料の一層厚い層を可能にする。例えば、ステップ４２０中、クレーンの能力を１２５トンと仮定し、移送キャスクの有効荷重（キャニスター、使用済み核燃料及びプールの水の重量）を４５トンと仮定する。これは、移送キャスクの重量のために８０トンを残す。移送キャスクはガンマ及び中性子の双方の放射線シールドを提供しなければならない。キャニスター内に捕捉されたプールの水は十分な中性子シールドを提供するが、この水は使用済み核燃料を乾燥状態で貯蔵するために排水しなければならない。従来のキャスクはガンマ吸収材料の層と中性子吸収材料の別の層とを常に有しており、そのため、これら両方の層の重量が８０トン以下とすべき従来の移送キャスクの設計に含まれる。プールの水をキャニスターから排水した後に十分な中性子シールドを提供するために２０トンの中性子吸収材料の層が必要な場合、合計６０トンが移送キャスクの残りを作るために利用できる。移送キャスクのカーボンスチールのフレームの重量が１５トンであると仮定すると、従来の移送キャスクについてガンマ吸収層を形成するために使用できるのは残り４５トンである。
【００４７】
しかし、本発明によれば、クレーンの持ち上げ作動中のどの時期においても、移送キャスクが閉じ込められたプールの水及び中性子吸収液体の別個の層の双方を有することはない。これは、移送キャスクの設計において一層大きな重量のガンマ吸収材料の使用を可能にする。移送キャスクとその有効荷重との組み合わせ重量がステップ４２０での持ち上げ中に（ジャケットが空なので）最も重くならないため、ガンマ吸収材料層の重量はこのステップで計算されない。代りに、ガンマ吸収材料層の許容できる重量は、プールの水がキャニスターから排水され、ジャケットが水で満たされてしまったときの、ステップ４６０での持ち上げに対して計算される。ステップ４５０中、２０トンのプールの水がキャニスターから排水されてしまったと仮定すると、ステップ４６０中では、移送キャスクの有効荷重の重量は２５トンとなる。クレーンの定格持ち上げ能力が１２５トンであると仮定すると、移送キャスクの許容可能な重量は１００トンとすることができる。上述のように、十分な中性子シールドを提供するために２０トンの中性子吸収液体が必要であり、カーボンスチールフレームの重量が１５トンであると仮定すると、本発明を使用した場合は、ガンマシールド層を構成するために６５トンが残される。これは、同じ有効荷重に対して、従来技術で許される単なる４５トンとは対立する。ガンマシールド層を一層重くできるので、この層はまた一層厚くでき、従って、一層大きなガンマ放射線シールドを提供する。
【００４８】
本発明の別の利点は、使用済み核燃料の荷重を移送するために、先には使用できなかった一層低い能力のクレーンを使用できることである。クレーンが１００トンの定格持ち上げ能力を有し、安全規格が２０トンの中性子吸収材料の層及び３５トンのガンマ吸収材料の層を移送キャスクに持たせることを要求する場合、及び、移送キャスクのカーボンスチールのフレームの重量が１５トンである場合、移送キャスクの総重量は少なくとも７０トンでなければならない。しかし、ステップ４２０でのキャニスター及びその内容物（即ち、使用済み核燃料及びプールの水）の重量が４５トンである場合は、移送キャスクとその有効荷重との組み合わせ重量はクレーンの持ち上げ能力を越え、この場合、従来の手順及び装置を使用して使用済み核燃料を移送するために１００トンの能力のクレーンを使用することができない。
【００４９】
本発明を利用するパワー設備に対して同じ数を使用し、移送キャスクのジャケットがステップ４２０中は空であると仮定すると、移送キャスクの重量は５０トンとなり、移送キャスク（５０トン）とその有効荷重（４５トン）との組み合わせ重量はたったの９５トンであり、この重量は１００トンの能力のクレーンにより持ち上げることができる。ステップ４５０中に２０トンの水がキャニスターから除去され、２０トンの水がジャケットに付加されると仮定すると、移送キャスクとその有効荷重との組み合わせ重量は１００トンのクレーンの定格持ち上げ能力以下のままである。従って、本発明を使用すると、使用済み核燃料の移送を遂行できなかった一層小さなクレーンでの移送が可能になる。
【００５０】
上述の説明は本発明の単なる例示的な実施の形態を開示し、記述する。当業者なら理解できるように、本発明はその精神又は本質的な特徴から逸脱することなく他の特定の形として具体化できる。従って、本発明の開示は本発明の範囲を例示する意図のものであって、それを制限する意図のものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】排水可能なジャケットを備えた移送キャスクである本発明の装置の実施の形態の斜視図である。
【図２】排水可能なジャケットを備えた移送キャスクである本発明の装置の実施の形態の部分断面斜視図である。
【図３】内部に位置した使用済み核燃料のキャニスターを有する排水可能なジャケットを備えた移送キャスクの部分断面斜視図である。
【図４】移送キャスクの有効荷重の重量が移送手順中に変化する場合であっても、貯蔵プールから長期乾燥貯蔵のために貯蔵キャスクへ使用済み核燃料のキャニスターを移送するすべてのステージの間、最大量の放射線シールドを提供する、本発明の方法の実施の形態のフローチャートである。
【符号の説明】
３ 空洞
１０ 移送キャスク
１９ 環体
２０ ジャケット
２３ キャニスター
２８ ジャケットシェル
２９ ラジアル板
３０ 充填穴
３１ 排水弁
３２ クレーン
３６ 内側シェル
３７ 外側シェル
【発明の背景】
本発明は使用済み核燃料の移送の分野に関し、特に、使用済み核燃料移送手順中に放射線のシールドを最大にすることに関する。
【０００２】
原子炉の作動においては、燃料組立体のエネルギが所定のレベルまで枯渇してしまった後に燃料組立体を除去するのが慣行である。商業的な核産業においては、燃料組立体は典型的には豊富なウラニウムで充填された長くて中空のジルカロイチューブの集合である。枯渇し引き続いて除去する時に、使用済み核燃料はまだ高い放射性を有し、かなりの熱を発生させ、その梱包、輸送及び貯蔵には大きな注意を払う必要がある。特に、使用済み核燃料は極めて危険な中性子及びガンマ光子を発生する。これらの中性子及びガンマ光子を常に封じ込めることが絶対に必要である。
【０００３】
原子炉の抜燃料時に、使用済み核燃料は貯蔵プール内に水没されたキャニスター内に配置される。貯蔵プールは使用済み核燃料の冷却を容易にし、発生した中性子及びガンマ光子の閉じ込めを補助する放射線シールドを提供する。一般に、キャニスターは平坦な底部を備えた円筒状のスチール製容器である。典型的なキャニスターはほぼ２４ＰＷＲの燃料組立体又は６０ＢＷＲの燃料組立体を保持することができる。使用済み核燃料で完全に充填されたとき、キャニスターはほぼ４５トンの重量を有する。しかし、キャニスターのみでは、その中に収容された使用済み核燃料により発生される中性子及びガンマ光子の十分な閉じ込めを提供しない。従って、装填されたキャニスターは、ある付加的な放射線シールド無しでは、貯蔵プールから更に搬送することができない。使用済み核燃料を「乾燥状態」で貯蔵するのが好ましいので、キャニスターは本質的に貯蔵プールから除去しなければならない。従って、使用済み核燃料の輸送及び長期間の乾燥貯蔵中に付加的な放射線シールドを提供する装置が必要である。
【０００４】
現況の設備においては、付加的な放射線シールドは装填されたキャニスターをキャスク（ｃａｓｋｓ）と呼ばれる大きな円筒状の容器内に配置することにより達成される。当業界で現在使用されている２つの形式のキャスク、即ち貯蔵キャスク及び移送キャスクがある。移送キャスクは使用済み核燃料のキャニスターをある位置から別の位置へ輸送するために使用され、一方、貯蔵キャスクは長期間にわたって使用済み核燃料を「乾燥状態」で貯蔵するために使用される。移送キャスク及び貯蔵キャスクの双方は、２つの原理を使用して、使用済み核燃料により発生された中性子及びガンマ放射線から環境をシールドするように設計される。
【０００５】
第１に、使用済み核燃料により発生されたガンマ放射線はその経路に質量体を置くことによりブロックされ、この場合ブロック用の質量体の密度及び厚さが大きいほど、ガンマ放射線の減衰が一層有効になる。有効なガンマ吸収材料の例はコンクリート、鉛及びスチールである。第２に、使用済み核燃料により発生された中性子はその経路に水素原子を含む材料を置くことによりブロックされる。従って、水素に富んだ任意の材料は有効な中性子シールドとなる。有効な中性子吸収材料の一例は水である。
【０００６】
上述の原理に従い、貯蔵キャスクはスチール、鉛、コンクリート及び環境的に適した水素含有材料で作られた大きくて重い構造となるように設計される。しかし、貯蔵キャスクを設計するに当たっての焦点が使用済み核燃料の長期間貯蔵に対する十分な放射線シールドを提供することであるため、寸法及び重量はしばしば二次的な考察となる（全く考慮しない場合もある）。ガンマ及び中性子吸収材料の厚さを最大化する結果、貯蔵キャスクの重量及び寸法はしばしば持ち上げ及び取り扱いに関連する問題を生じさせる。典型的には、貯蔵キャスクの重量はほぼ１５０トンであり、１５フィート（約４５０ｃｍ）よりも高い高さを有する。共通の問題は、貯蔵キャスクがしばしば大半の核パワー設備のクレーンの能力にとっては重過ぎ、従って持ち上げることができないことである。別の共通の問題は、貯蔵キャスクが貯蔵プール内に配置するには大き過ぎることである。従って、使用済み核燃料を貯蔵キャスク内に貯蔵するためには、装填されたキャニスターを貯蔵プールから取り出し、ステージ領域において準備し、貯蔵キャスクへ輸送しなければならない。付加的な放射線シールドはこの手順のすべてのステージにわたって必要である。
【０００７】
装填されたキャニスターの貯蔵プールからの取り出し及び貯蔵キャスクへの輸送は移送キャスクにより容易化される。装填されたキャニスターを輸送するために移送キャスクを利用する設備においては、空のキャニスターが開いた移送キャスク内に配置される。次いで、キャニスター及び移送キャスクを貯蔵プール内に水没させる。使用済み核燃料の各組立体が枯渇すると、組立体を炉から取り出し、貯蔵プール内に降ろされて水没したキャニスター（移送キャスク内にある）内に配置する。次いで、装填されたキャニスターに蓋をし、使用済み核燃料及びプールからの水を包囲する。移送キャスクがプールから取り出された後には、包囲された水は使用済み核燃料に対する中性子放射線シールドを提供する。次いで、キャニスター及び移送キャスクをクレーンによりプールから取り出してステージ領域へ下ろし、「乾燥状態」での貯蔵のために使用済み核燃料を準備する。ステージ領域に置いた後、キャニスター内に含まれた水をキャニスターから汲み出す。これは抜水と呼ばれる。抜水後、使用済み核燃料は乾燥させられる。乾燥後、キャニスターをヘリウム如き不活性ガスで充填する。次いで、キャニスターをシールし、キャニスター及び移送キャスクを設備のクレーンにより再度持ち上げ、貯蔵キャスクへ輸送する。移送キャスクは貯蔵キャスクの頂上に配置され、キャニスターは移送キャスクの底開口を通して貯蔵キャスク内へ降下される。
【０００８】
設備のクレーン（又は他の装置）により移送キャスクを持ち上げ、取り扱わねばならないので、移送キャスクは貯蔵キャスクよりも一層小さく、一層軽くなるように設計される。移送キャスクは、貯蔵プール内に入るのに十分なほど小さく、また、使用済み核燃料のキャニスターを装填したときに、その重量がクレーンの定格重量制限を越えないのに十分なほど軽くなければならない。更に、移送キャスクは隔離された使用済み核燃料により発生された中性子及びガンマ放射線の双方のための十分な放射線シールドを提供する重要な機能を依然として遂行しなければならない。従って、移送キャスクは鉛の如きガンマ吸収材料で作られ、中性子吸収材料を収容する。キャニスター内でシールされたプールの水はある中性子シールドを提供するが、この水はステージ領域で最終的に排水される。従って、多くの移送キャスクは中性子吸収材料の別個の層を有するか又は装填されたキャニスターを内部に位置させる移送キャスクの空洞を包囲する水で充填された環体を有する。
【０００９】
先に述べたように、中性子及びガンマ吸収材料の厚さ及び密度が大きいほど、それにより提供される放射線シールドが一層大きくなる。しかし、移送キャスクを作るために使用される材料の密度及び（又は）厚さを増大させると、キャスクの重量も増大してしまう。従って、移送キャスクにより提供される放射線シールドの程度は移送キャスクの重量に直接関係する。放射線シールドが大きいほど、キャスクの重量が一層大きくなる。
【００１０】
しかし、移送キャスクの許容可能な重量は設備のクレーン（又は他の持ち上げ装置）の持ち上げ能力により制限される。クレーンにより取り扱われる荷重は移送キャスク自体の重量のみならず移送キャスクのペイロード即ち有効荷重（即ちキャニスター及びその中味）の重量をも含む。移送キャスクは、すべての取り扱い過程中にクレーンにより取り扱われる総荷重が典型的には１００ないし１２５トンであるクレーンの定格重量制限を越えないように、設計しなければならない。従って、移送キャスクの許容できる重量は有効荷重だけ小さい設備のクレーンの定格能力に等しい。更に、移送キャスクとその有効荷重との組み合わせ重量が設備のクレーンの定格持ち上げ能力に等しい場合に、移送キャスクにより提供できる可能な放射線シールドがその特定の有効荷重のための最大値にあることに留意することが重要である。その理由は、ガンマ及び中性子吸収材料の厚さがそのクレーン及びその有効荷重のための最大値にあるからである。
【００１１】
移送キャスクの有効荷重の重量が輸送手順の異なるステージ中に変化するので、移送キャスクの許容できる重量は任意の持ち上げ工程での移送キャスクの最大有効荷重の重量だけ小さな設備のクレーンの定格能力に等しい。移送キャスクの有効荷重の重量は、移送キャスク及びキャニスターが貯蔵プール外へ持ち上げられたとき（このときには、キャニスターは使用済み核燃料及び水で満タンである）に、最大となる。従って、従来の方法によれば、移送キャスクの許容できる重量を計算するのはこのステージにおいてである。次いで、移送キャスクは設計制限としてこの許容できる重量を使用して構成される。
【００１２】
しかし、移送キャスクがステージ領域に置かれたとき、プールの水がキャニスターから除去される。キャニスターの抜水の完了時に、移送キャスクの有効荷重の重量はクレーンの定格能力以下に減少し、輸送手順の残りにわたってそれを維持する。従って、移送キャスクにより提供される放射線シールド能力は、その重量が利用可能なクレーンの能力を包含する一層重い移送キャスクと比べた場合、この手順の残りにわたって同等以下である。しかし、一層重い移送キャスクは全体の輸送手順にわたって使用することができない。その理由は、一層重いキャスクとその有効荷重との組み合わせ重量が貯蔵プールからの移送キャスクの初期の持ち上げ工程中にクレーンの定格持ち上げ能力を越えてしまうからである。従って、放射線シールドの最大量は移送及び乾燥貯蔵手順のすべての工程にわたって提供されない。
【００１３】
有効荷重が抜水により軽くされた後に使用済み核燃料のキャニスターを一層重い移送キャスクへ移送することは可能であるが、これは付加的な時間、費用、努力、空間及び設備を必要とする。付加的な移送はまた人間に曝される放射線の量及び取り扱い事故の可能性を増大させる。
【００１４】
従って、移送キャスクの有効荷重の重量が変化した場合であっても、貯蔵プールから長期の乾燥貯蔵のための貯蔵キャスクへの使用済み核燃料の移送のすべてのステージ中に最大量の放射線シールドを提供できる移送キャスクの必要性が存在する。また、移送キャスクの有効荷重が変化する場合であっても、移送手順のすべてのステージ中に最大量の放射線シールドを提供する、使用済み核燃料のキャニスターを貯蔵プールから長期乾燥貯蔵のための貯蔵キャスクへ移送する方法の必要性も存在する。
【００１５】
【発明の概要】
本発明の目的は、装置の有効荷重の重量が変化する場合であっても、使用済み核燃料移送手順のすべてのステージ中に最大量の放射線シールドを提供できる装置を提供することである。
【００１６】
本発明の別の目的は、移送手順サイクル時間を実質上増大させることなく、変化した有効荷重のための放射線シールドの量を最大化するために容易かつ迅速に重量を変化できる、使用済み核燃料を移送するための装置を提供することである。
【００１７】
本発明の更に別の目的は、低能力クレーンにより持ち上げ及び輸送できる、使用済み核燃料を移送するための装置を提供し、しかも、移送手順のすべてのステージ中に十分な放射線シールドを提供することである。
【００１８】
本発明の更に他の目的は、装置の有効荷重の重量が変化する場合であっても、移送手順のすべてのステージ中に最大量の放射線シールドを提供する、使用済み核燃料のキャニスターを移送するための方法を提供することである。
【００１９】
本発明の他の目的は、工程のすべてのステージ中に十分な放射線シールドを提供する、低能力クレーンを有する核パワー設備において使用済み核燃料のキャニスターを移送するための方法を提供することである。
【００２０】
これら及び他の目的は本発明により達成され、１つの態様においては、本発明は、使用済み放射性核燃料を移送するための装置であって、使用済み核燃料を内部に配置できる空洞を形成する円筒状の内側シェルと；ガンマ吸収材料を受け入れるようになった環体を内側シェルとともに形成するように内側シェルと同心でこれを取り巻く円筒状の外側シェルと；中性子吸収液体を保持するためのジャケットを形成するように外側シェルと同心でこれを取り巻くジャケットシェルと；を有し、ジャケットが充填手段と排水手段とを有することを特徴とする装置である。
【００２１】
排水手段及び充填手段は、使用済み核燃料移送工程中に中性子吸収液体でジャケットを充填及び排水できるようになっていることが好ましい。好ましくは、装置のジャケットシェルは頂部と底部とを有し、充填手段はジャケットシェルの頂部に又はその近傍に位置し、排水手段はジャケットシェルの底部に又はその近傍に位置する。
【００２２】
充填手段は好ましくは密閉的にシールできる１又はそれ以上の穴である。また、好ましくは、排水手段は開弁できかつ密閉的にシールできる１又はそれ以上の排水弁である。
【００２３】
ガンマ吸収材料は好ましくは鉛であり、中性子吸収液体は好ましくは水である。内側シェル及び外側シェルは好ましくはカーボンスチールで構成される。また、装置が更にジャケット内に位置する複数のラジアル板を有し、ラジアル板が外側シェルとジャケットシェルとを接続するのが好ましい。好ましくは、ジャケットシェルはカーボンスチールで構成される。また好ましくは、環体はガンマ吸収材料で満たされる。
【００２４】
別の態様においては、本発明は、使用済み核燃料をプールから移送する方法であって、キャニスターをプールの水で満たすように、空で密閉的にシールされたジャケットと、空洞と、空洞内の、使用済み核燃料を受け入れるためのキャニスターとを有する装置をプール内に水没させる工程と；使用済み核燃料をキャニスター内に配置する工程と；移送キャスクをプールから持ち上げる工程と；移送キャスクをステージ領域に配置する工程と；ジャケットに中性子吸収液体を充填する工程と；キャニスターからプールの水を排水して移送キャスクの重量を減少させる工程と；ステージ領域から装置を持ち上げる工程と；を有することを特徴とする方法である。
【００２５】
好ましくは、この方法は更に中性子吸収液体をジャケットから排水する工程と；ジャケットを密閉的にシールする工程と；使用済み核燃料の別の装填のために移送キャスクをプール内に水没させる工程と；を有する。
【００２６】
ジャケットの底部に又はその近傍に位置する排水手段を作動させることにより、ジャケットを排水するのが好ましい。好ましくは、排水手段は、移送キャスクがプール内にあるときに、およびジャケットが充填された後に密閉的にシールされる１又はそれ以上の排水弁である。
【００２７】
また好ましくは、ジャケットは、ジャケットの頂部に又はその近傍に位置する充填手段を介して中性子吸収液体を導入することにより、充填される。充填手段は、移送キャスクがプール内にあるときに、およびジャケットが充填された後に密閉的にシールされる１又はそれ以上の穴とすることができる。
【００２８】
方法は好ましくは更に、プールの水が排水された後に、キャニスターを不活性ガスで充填し戻す工程を有する。また、方法は貯蔵キャスクの上方に移送キャスクを位置決めする工程と；移送キャスクから貯蔵キャスクへキャニスターを移送する工程と；を有するのが好ましい。代わりに、方法は、輸送キャスクの上方に移送キャスクを位置決めする工程と；移送キャスクから輸送キャスクへキャニスターを移送する工程と；を有することができる。
【００２９】
図１は本発明の装置の実施の形態を示し、円筒状の移送キャスク１０はジャケットシェル２８により画定される排水可能なジャケットを有する。キャスクの蓋１１は装填工程中に取り外すことができる。キャスクの蓋１１は空洞３（図２）への接近を容易にするための蓋開口３８を有する。底蓋１２は、底フランジ３４の穴を通って延びかつ底蓋１２にネジ係合する複数のボルト４１により、底フランジ３４に固定される。クレーンを取付けるためのハンドル４を設ける。
【００３０】
移送キャスク１０及びジャケットシェル２８は頂部及び底部を有する。明細書全体にわたって使用するが、「頂部」は頂フランジ３５の付近に最も近いジャケットシェル２８及びキャスク１０の端部を言い、一方、「底部」は底フランジ３４の付近に最も近いジャケットシェル２８及びキャスク１０の端部を言う。
【００３１】
図２を参照すると、移送キャスク１０は円筒状の内側シェル３６を有する。底蓋１２と共に、円筒状の内側シェル３６は空洞３を形成し、キャスクの蓋１１を取り外したときに、使用済み核燃料のキャニスターをこの空洞内に配置できる。移送キャスク１０は更に、内側シェル３６と同心でこれを取り巻く円筒状の外側シェル３７を有する。内側シェル３６及び外側シェル３７の双方はカーボンスチールで作られる。内側シェル３６及び外側シェル３７は頂フランジ３５及び底フランジ３４に溶着され、コンクリート、鉛又はスチールの如きガンマ吸収材料を保持できる環体１９を形成する。鉛が好ましい。その理由は、使用済み核燃料が空洞３内に配置された後に、鉛が放射性の使用済み核燃料のためのガンマシールドを最も有効に提供するからである。
【００３２】
移送キャスク１０は更にジャケットシェル２８を有する。ジャケットシェル２８は外側シェル３７と同心でこれを取り巻く。ジャケットシェル２８は頂部表面４０を有する。ジャケットシェル２８の底部は底フランジ３４に溶着され、一方、頂部表面４０は外側シェル３７に溶着され、ここで「ジャケット２０」と呼ぶ第２の環体２０を形成する。ジャケット２０は、使用済み核燃料が空洞３内に配置された後に放射性の使用済み核燃料のための中性子シールドの層を提供する水の如き中性子吸収液体を受け入れるようになっている。
【００３３】
ジャケット２０の容易な充填及び排水を容易にするため、ジャケットシェル２８は更に、１又はそれ以上の排水弁３１及び１又はそれ以上の充填穴３０を有する。充填穴３０は頂部表面４０に位置し、頂部表面４０を通って延び、ジャケット２０内への開口を提供する。排水穴３０は、乾燥貯蔵のために使用済み核燃料のキャニスターを準備するのに必要なサイクル時間を実質上増大させない時間量でジャケット２０に水を充填するために使用できるのに十分な大きさを有する。充填穴３０は適正な寸法のプラグをその中へ挿入することにより閉鎖して密閉的にシールすることができる。
【００３４】
排水弁３１はジャケットシェル２８の底部又はその近傍に位置し、ジャケット２０（即ち、第２の環体）に流体接続する。排水弁３１は開位置及び閉位置の双方を有するようになっている。閉じたとき、排水弁３１は密閉的にシールされる。開いたとき、ジャケット２０内に収容された流体は排水弁３１を通って自由に流れることができ、従って、ジャケット２０内に収容されたいかなる水をも排水する。排水弁３１の寸法及び最大流量は、ジャケット２０が水で充填されたときに、乾燥貯蔵のために使用済み核燃料のキャニスターを準備するのに必要なサイクル時間を実質上増大させることなく、完全に排水できるように選択される。更に、排水弁３１及び充填穴３０が密閉的にシールされたとき、ジャケット２０もまた密閉的にシールされる。
【００３５】
ジャケットシェル２８の底部又はその近傍での排水弁３１の位置決め及びジャケットシェル２８の頂部又はその近傍での充填穴３０の位置決めは、移送キャスク１０を直立位置に維持した状態で（即ち、その底端上に載置した状態で）、ジャケット２０を容易に充填又は排水するのを可能にする。従って、移送キャスク１０が使用済み核燃料のキャニスターを輸送するために使用されているとき、輸送時間を実質上増大させることなく、ジャケット２０を充填又は排水できる。更に、排水穴３０及び排水弁３１の位置決めは、特殊なポンプ設備を使用することなく、ジャケット２０の排水及び充填を可能にする。
【００３６】
更に、移送キャスク１０は外側シェル３７からジャケットシェル２８へ半径方向に延びる複数のラジアル板２９を有する。ラジアル板は移送キャスク１０のまわりで円周方向に位置する。各ラジアル板２９は一側で外側シェル３７に溶着され、他側でジャケットシェル２８に溶着される。ラジアル板２９は改善された熱伝導のためのフィンとして作用する。
【００３７】
図３を参照すると、移送キャスク１０は、キャスクの蓋１１を取り外したときに、使用済み核燃料で充填されたキャニスター２３を空洞３（図２）内に受け取ることができるようになっている。キャニスター２３はキャニスター蓋１８を有する。キャニスター２３が移送キャスク１０内に置かれた後、キャスクの蓋１１を頂フランジ３５に固定することができる。キャスクの蓋１１は、キャスクの蓋１１の穴を通してボルト５１を延長させかつ頂フランジ３５にボルトをネジ係合させることにより、頂フランジ３５に固定される。移送キャスク１０及びその有効荷重（即ち、キャニスター２３及びその内容物）はパワー設備のクレーン３２により持ち上げられ、取り扱われる。クレーン３２はハンドル４に係合することにより移送キャスク１０及びその有効荷重を持ち上げ、取り扱う。蓋の開口３８は、キャスクの蓋１１が頂フランジ３５に固定されている間、キャニスター２３のある取り扱い操作を遂行するためにキャニスター２３への接近を提供する。
【００３８】
図４は、移送キャスクの有効荷重が移送手順中に変化する場合であっても、貯蔵プールから長期乾燥貯蔵のために貯蔵キャスクへ使用済み核燃料のキャニスターを移送するすべてのステージの間、最大量の放射線シールドを提供する、本発明の方法の実施の形態のフローチャートである。図４のステップを図１−３に示す装置の実施の形態に関連して説明する。
【００３９】
図４に示す本発明の方法に係る原子炉の抜燃料及び使用済み核燃料の貯蔵においては、キャニスター２３が最初に、その蓋１８のない状態で移送キャスク１０の空洞３内に置かれる。この時点で、移送キャスク１０のジャケット２０は空であり、排水弁３１を閉じ、プラグで排水穴３０をシールすることにより、密閉的にシールされている。環体１９が鉛で満たされている。次いで、移送キャスク１０及び開いたキャニスター２３を貯蔵プール内に水没させて、ステップ４００を完了させる。
【００４０】
原子炉が核燃料を使い果たすと、使用済み核燃料が炉から取り出され、貯蔵プール内へ下降され、キャニスター２３内に置かれて、ステップ４１０を完了させる。キャニスター２３が完全に装填された後、蓋１８がキャニスター２３に固定され、その中にプールからの使用済み核燃料及び水の双方を包囲する。クレーン３２がプール内へ下降され、移送キャスク１０のハンドル４に固定される。ハンドル４に固定された後、クレーン３２はキャスク１０及びその現在の有効荷重を貯蔵プールから持ち上げて、ステップ４２０を完了させる。移送キャスク１０は、移送手順のこのステージで、移送キャスク１０とその有効荷重との組み合わせ重量がクレーン３２の定格持ち上げ能力に等しいか又はそれよりも少なくなるように、設計される。
【００４１】
貯蔵プール外へ持ち上げられた後、クレーン３２は移送キャスク１０及びその有効荷重をステージ領域内へ置き、ステップ４３０を完了させる。この時点で、キャニスター２３は使用済み核燃料に加えて水を収容している。先に説明したように、このプールの水は、それがキャニスター２３内にある限り、中性子吸収層として作用する。中性子シールドを与えるにも拘らず、このプールの水は、乾燥状態で使用済み核燃料を貯蔵するために、キャニスター２３から除去しなければならず、それにより与えられるいかなる中性子シールドも排除される。しかし、本発明の方法によれば、プールの水がキャニスター２３から排出される前に、ジャケット２０が水で充填される。ジャケット２０は、充填穴３０からプラグを取り外し、そこを通して水を供給することにより、水で充填され、ステップ４４０を完了させる。
【００４２】
ジャケット２０が水で充填されたとき、充填穴３０はそのプラグで再度シールされる。この時点で、キャニスター２３内に収容されたプールの水は排出され、ステップ４５０を完了させる。ジャケット２０内の水はこのとき移送手順の残りのための必要な中性子シールドを提供する。その中に収容された使用済み核燃料は乾燥させられ、次いで、キャニスター２３はヘリウムの如き不活性ガスで充填し戻される。次いで、キャスクの蓋１１を移送キャスク１０に固定する。
【００４３】
次いで、移送キャスク１０をクレーン３２により持ち上げ、ステップ４６０を完了させる。使用済み核燃料を長期間貯蔵しようとする場合は、移送キャスク１０はクレーン３２により輸送され、貯蔵キャスクの上方で位置決めされ、ステップ４７０を完了させる。貯蔵キャスクの上方で適正に位置決めされた後、底蓋１２を取り外し、キャニスター２３を貯蔵キャスク内へ下降させ、ステップ４８０を完了させる。代わりに、同様の手順を使用して使用済み核燃料を長距離にわたって移動させるための輸送キャスクへ使用済み核燃料を輸送するために、移送キャスク１０を使用することができる。
【００４４】
キャニスター２３を移送キャスク１０から取り出した後、上述の手順を再度遂行するために移送キャスク１０を再使用することができる。移送キャスク１０を再使用しようとする場合は、排水弁３１を開くことにより、水がジャケット２０から排水される。次いで、キャスクの蓋１１を取り外し、排水弁３１を閉位置へ移動させ、ジャケット２０を密閉的にシールする。次いで、手順をやり直す。
【００４５】
本発明の方法及び装置は、移送手順のすべてのステージにおいて、移送キャスクとその荷重との組み合わせ重量をクレーンの定格持ち上げ能力にほぼ等しくさせることができる。これは望ましい。その理由は、移送キャスクの重量が大きいほど、放射線シールドの量が一層大きくなるからである。例えば、ステップ４２０で持ち上げられるときに、使用済み核燃料及びプールの水で装填されたキャニスターの重量が４５トンであると仮定する。クレーンの定格持ち上げ能力が１２５トンである場合、このステージで放射線シールドを最大化するためには、移送キャスクの重量は８０トンでなければならない。ここで、移送キャスクが置かれ、プールの水がキャニスターから除去された後の、キャニスター及びその内容物の重量が２５トンであると仮定する。移送キャスクとその有効荷重との組み合わせ重量はこのステージではたったの１０５トンとなる。これは、クレーンの定格持ち上げ能力よりも２０トン少ない。利用できるクレーンの能力のこの２０トンは、従来の方法を使用した場合は、移送手順の残りのために使用されず、最大量の放射線シールド以下となってしまう。しかし、本発明によれば、２０トンの水がジャケットに加えられて、移送キャスクとその有効荷重との組み合わせ重量を増大させ、その組み合わせ重量がクレーンの持ち上げ能力に等しくなるようにする。従って、全体の移送手順中、その有効荷重及びそのクレーンに対して可能な放射線シールドを最大能力に保つ。
【００４６】
本発明は移送キャスクを構成するために使用すべきガンマ吸収材料の一層厚い層を可能にする。例えば、ステップ４２０中、クレーンの能力を１２５トンと仮定し、移送キャスクの有効荷重（キャニスター、使用済み核燃料及びプールの水の重量）を４５トンと仮定する。これは、移送キャスクの重量のために８０トンを残す。移送キャスクはガンマ及び中性子の双方の放射線シールドを提供しなければならない。キャニスター内に捕捉されたプールの水は十分な中性子シールドを提供するが、この水は使用済み核燃料を乾燥状態で貯蔵するために排水しなければならない。従来のキャスクはガンマ吸収材料の層と中性子吸収材料の別の層とを常に有しており、そのため、これら両方の層の重量が８０トン以下とすべき従来の移送キャスクの設計に含まれる。プールの水をキャニスターから排水した後に十分な中性子シールドを提供するために２０トンの中性子吸収材料の層が必要な場合、合計６０トンが移送キャスクの残りを作るために利用できる。移送キャスクのカーボンスチールのフレームの重量が１５トンであると仮定すると、従来の移送キャスクについてガンマ吸収層を形成するために使用できるのは残り４５トンである。
【００４７】
しかし、本発明によれば、クレーンの持ち上げ作動中のどの時期においても、移送キャスクが閉じ込められたプールの水及び中性子吸収液体の別個の層の双方を有することはない。これは、移送キャスクの設計において一層大きな重量のガンマ吸収材料の使用を可能にする。移送キャスクとその有効荷重との組み合わせ重量がステップ４２０での持ち上げ中に（ジャケットが空なので）最も重くならないため、ガンマ吸収材料層の重量はこのステップで計算されない。代りに、ガンマ吸収材料層の許容できる重量は、プールの水がキャニスターから排水され、ジャケットが水で満たされてしまったときの、ステップ４６０での持ち上げに対して計算される。ステップ４５０中、２０トンのプールの水がキャニスターから排水されてしまったと仮定すると、ステップ４６０中では、移送キャスクの有効荷重の重量は２５トンとなる。クレーンの定格持ち上げ能力が１２５トンであると仮定すると、移送キャスクの許容可能な重量は１００トンとすることができる。上述のように、十分な中性子シールドを提供するために２０トンの中性子吸収液体が必要であり、カーボンスチールフレームの重量が１５トンであると仮定すると、本発明を使用した場合は、ガンマシールド層を構成するために６５トンが残される。これは、同じ有効荷重に対して、従来技術で許される単なる４５トンとは対立する。ガンマシールド層を一層重くできるので、この層はまた一層厚くでき、従って、一層大きなガンマ放射線シールドを提供する。
【００４８】
本発明の別の利点は、使用済み核燃料の荷重を移送するために、先には使用できなかった一層低い能力のクレーンを使用できることである。クレーンが１００トンの定格持ち上げ能力を有し、安全規格が２０トンの中性子吸収材料の層及び３５トンのガンマ吸収材料の層を移送キャスクに持たせることを要求する場合、及び、移送キャスクのカーボンスチールのフレームの重量が１５トンである場合、移送キャスクの総重量は少なくとも７０トンでなければならない。しかし、ステップ４２０でのキャニスター及びその内容物（即ち、使用済み核燃料及びプールの水）の重量が４５トンである場合は、移送キャスクとその有効荷重との組み合わせ重量はクレーンの持ち上げ能力を越え、この場合、従来の手順及び装置を使用して使用済み核燃料を移送するために１００トンの能力のクレーンを使用することができない。
【００４９】
本発明を利用するパワー設備に対して同じ数を使用し、移送キャスクのジャケットがステップ４２０中は空であると仮定すると、移送キャスクの重量は５０トンとなり、移送キャスク（５０トン）とその有効荷重（４５トン）との組み合わせ重量はたったの９５トンであり、この重量は１００トンの能力のクレーンにより持ち上げることができる。ステップ４５０中に２０トンの水がキャニスターから除去され、２０トンの水がジャケットに付加されると仮定すると、移送キャスクとその有効荷重との組み合わせ重量は１００トンのクレーンの定格持ち上げ能力以下のままである。従って、本発明を使用すると、使用済み核燃料の移送を遂行できなかった一層小さなクレーンでの移送が可能になる。
【００５０】
上述の説明は本発明の単なる例示的な実施の形態を開示し、記述する。当業者なら理解できるように、本発明はその精神又は本質的な特徴から逸脱することなく他の特定の形として具体化できる。従って、本発明の開示は本発明の範囲を例示する意図のものであって、それを制限する意図のものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】排水可能なジャケットを備えた移送キャスクである本発明の装置の実施の形態の斜視図である。
【図２】排水可能なジャケットを備えた移送キャスクである本発明の装置の実施の形態の部分断面斜視図である。
【図３】内部に位置した使用済み核燃料のキャニスターを有する排水可能なジャケットを備えた移送キャスクの部分断面斜視図である。
【図４】移送キャスクの有効荷重の重量が移送手順中に変化する場合であっても、貯蔵プールから長期乾燥貯蔵のために貯蔵キャスクへ使用済み核燃料のキャニスターを移送するすべてのステージの間、最大量の放射線シールドを提供する、本発明の方法の実施の形態のフローチャートである。
【符号の説明】
３ 空洞
１０ 移送キャスク
１９ 環体
２０ ジャケット
２３ キャニスター
２８ ジャケットシェル
２９ ラジアル板
３０ 充填穴
３１ 排水弁
３２ クレーン
３６ 内側シェル
３７ 外側シェル
Claims (20)
- 使用済みの放射性核燃料を移送する装置において、
使用済み核燃料を内部に配置できる空洞を形成する円筒状の内側シェルと；
ガンマ吸収材料を受け入れるようになった環体を上記内側シェル内とともに形成するように当該内側シェルと同心でこれを取り巻く円筒状の外側シェルと；
中性子吸収液体を保持するためのジャケットを形成するように上記外側シェルと同心でこれを取り巻くジャケットシェルと；
を有し、上記ジャケットシェルが充填手段と排水手段とを有することを特徴とする装置。 - 上記ジャケットシェルが頂部と底部とを有し、上記充填手段が当該ジャケットシェルの上記頂部に又はその近傍に位置し、上記排水手段が該ジャケットシェルの上記底部に又はその近傍に位置することを特徴とする請求項１に記載の装置。
- 上記充填手段が密閉的にシールできる１又はそれ以上の穴であることを特徴とする請求項２に記載の装置。
- 上記排水手段が開弁でき、かつ密閉的にシールできる１又はそれ以上の排水弁であることを特徴とする請求項２に記載の装置。
- 上記排水手段及び上記充填手段が、使用済み核燃料移送工程中に中性子吸収液体で上記ジャケットを充填及び排水できるようになっていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
- ガンマ吸収材料が鉛であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
- 上記内側シェル及び上記外側シェルがカーボンスチールで構成されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
- 上記ジャケット内に位置する複数のラジアル板を更に有し、上記ラジアル板が当該外側シェル及びジャケットシェルを接続することを特徴とする請求項１に記載の装置。
- 上記ジャケットシェルがカーボンスチールで構成されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
- 中性子吸収液体が水であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
- 上記環体がガンマ吸収材料で充填されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
- 使用済み核燃料をプールから移送する方法において、
キャニスターを上記プールの水で満たすように、空で密閉的にシールされたジャケットと、空洞と、上記空洞内の、使用済み核燃料を受け入れるための上記キャニスターとを有する移送キャスクを当該プール内に水没させる工程と；
使用済み核燃料を上記キャニスター内に配置する工程と；
上記キャニスターに蓋を固定する工程と；
上記移送キャスクを上記プールから持ち上げる工程と；
上記移送キャスクをステージ領域に配置する工程と；
上記ジャケットに中性子吸収液体を充填する工程と；
上記キャニスターから上記プールの水を排水して上記移送キャスクの重量を減少させる工程と；
上記ステージ領域から上記移送キャスクを持ち上げる工程と；
を有することを特徴とする方法。 - 上記ジャケットから中性子吸収液体を排水する工程と；
上記ジャケットを密閉的にシールする工程と；
使用済み核燃料の別の装填のために上記空洞内に空の上記キャニスターを有する上記移送キャスクを上記プールに水没させる工程と；
を更に有することを特徴とする請求項１２に記載の方法。 - 上記ジャケットが当該ジャケットの底部の近傍に位置する排水手段を作動させることにより排水されることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
- 上記排水手段は、上記移送キャスクが上記プール内にあるときに、および上記ジャケットが充填された後に密閉的にシールされる１又はそれ以上の排水弁であることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
- 上記ジャケットが当該ジャケットの頂部の近傍に位置する充填手段を通して中性子吸収液体を導入することにより充填されることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
- 上記充填手段は、上記移送キャスクが上記プール内にあるときに、および上記ジャケットが充填された後に密閉的にシールされる１又はそれ以上の穴であることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
- 上記プールの水が排水された後に、不活性ガスで上記キャニスターを充填し戻す工程を更に有することを特徴とする請求項１２に記載の方法。
- 貯蔵キャスクの上方に上記移送キャスクを位置決めする工程と；
上記移送キャスクから上記貯蔵キャスクへ上記キャニスターを移送する工程と；
を更に有することを特徴とする請求項１２に記載の方法。 - 輸送キャスクの上方に上記移送キャスクを位置決めする工程と；
上記移送キャスクから上記輸送キャスクへ上記キャニスターを移送する工程と；
を更に有することを特徴とする請求項１２に記載の方法。
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