JP2004271435A

JP2004271435A - 使用済核燃料集合体の格納容器

Info

Publication number: JP2004271435A
Application number: JP2003064966A
Authority: JP
Inventors: Taiichiro Ito; 大一郎伊藤; Akihiko Terada; 明彦寺田; Koichi Fujinami; 幸一藤波
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Priority date: 2003-03-11
Filing date: 2003-03-11
Publication date: 2004-09-30

Abstract

【課題】バスケットを小型化し、使用済核燃料集合体の装荷数の増大を図る。
【解決手段】円筒状容器１と、円筒状容器の円筒断面を中性子吸収材からなる隔壁３により仕切って格子状の収納区画４を形成するバスケット２とを備え、収納区画４が相互に隣り合う部位の隔壁３を二重にして水ギャップ５を形成してなるＰＷＲ型の使用済核燃料集合体を収納する格納容器において、円筒容器１の中心部における水ギャップ（ａ０）よりも、円筒容器１の周辺部における水ギャップ（ａ２）を狭く形成することにより、水ギャップの位置に応じて臨界防止上から見て最適な寸法を選択することにより、有効な臨界防止効果を確保して円筒容器１の内径を小さくする。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、使用済核燃料集合体を貯蔵又は運搬する際に用いる格納容器に係り、特に、格納容器内における臨界防止を図るために使用済核燃料集合体相互を隔離するバスケットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
使用済核燃料集合体は、一般に、キャスクと称される金属製の格納容器に格納して貯蔵ないし輸送される。また、コンクリート製の格納容器の場合は、格納容器内にキャニスタと称される金属製の容器を収納し、そのキャニスタ内に使用済核燃料集合体を収納して貯蔵ないし輸送される。
【０００３】
このような格納容器に複数の使用済核燃料集合体を格納すると、使用済核燃料集合体から放出される中性子等の作用により臨界状態に達する可能性があることから、これを防止するために、使用済核燃料集合体同士の間隔を空けて収納したり、使用済核燃料集合体同士の間に中性子吸収能を有する隔壁を配置する必要がある。
【０００４】
そこで、従来、円筒状容器の円筒断面を中性子吸収材からなる隔壁により仕切って格子状の収納区画を形成可能なバスケットを、キャスクやキャニスタ（以下、キャスクと総称する。）内に挿入し、格子状の収納区画に１体ずつ使用済核燃料集合体を装荷するようにしている。例えば、バスケットは、中性子吸収物質を含む部材により形成された複数の角パイプを束ねたり、中性子吸収物質を含む部材を有する金属板を組み合わせて形成される（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００５】
ここで、バスケットの臨界防止能は、収納区画の隔壁の中性子吸収能と、装荷される使用済核燃料集合体同士の距離により定まり、隔壁に含まれる中性子吸収材の量が多いほど、また使用済核燃料集合体同士の間隔が大きいほど臨界防止に有利である。中性子吸収量は、バスケットを構成する材料により決まり、使用済核燃料集合体同士の距離はバスケットの板厚と水ギャップにより決まる。
【０００６】
バスケットの材料としては、アルミニウム又はアルミニウム合金、あるいはステンレス合金に、中性子吸収能を有するボロン又はボロン化合物を添加したものが提案されている。また、中性子吸収材を添加していない金属材（例えば、ステンレス合金等）に中性子吸収材を張り付けてバスケットを形成することも知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００７】
一方、ＰＷＲ（加圧水型原子炉）の使用済核燃料集合体の場合は、ＢＷＲ（沸騰水型原子炉）の使用済核燃料集合体の場合に比べて、使用済核燃料集合体同士の間隔を大きくすることが要求される。この要求に応えるために、バスケットの隔壁の板厚を厚くすると経済的でないことから、収納区画の隔壁を二重にして間隙（水ギャップと称する。）を設けることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００１−１０８７８８号公報
【特許文献２】
米国特許公報第６０４７１０号
【特許文献３】
特開平２−１７６４９８号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来のＰＷＲ用バスケットによれば、収納区画の隔壁を二重にして、格子間に水ギャップを設けているため、そのギャップの分だけキャスクの円筒断面の有効利用率が低下し、キャスクの外径が大きくなるという問題がある。
【００１０】
一方、発電所等の取扱い場所における要求から、キャスクの重量及び寸法が制限されることも多い。
【００１１】
そこで、本発明は、バスケットを小型化でき、使用済核燃料集合体の装荷数の増大を図ることを課題とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、臨界防止における水ギャップの効果について検討したところ、矩形断面の使用済核燃料集合体の全周が他の使用済核燃料集合体により囲まれている場合、その他の使用済核燃料集合体との間の水ギャップは臨界防止上から有効に働くことが判明した。特に、キャスクの円筒断面内の中心部に配置される使用済核燃料集合体の周囲の水ギャップは、臨界防止上最も有効に働く。これに対して、円筒断面の周辺部に配置される使用済核燃料集合体の場合は、矩形断面の１面ないし２面にしか、他の使用済核燃料集合体が配置されないことがある。この場合は、それらの面に配置される使用済核燃料集合体との水ギャップは有効に作用しないことが判明した。
【００１３】
このような知見に基づいて、本発明は、上記の課題を解決するため、円筒状容器と、前記円筒状容器の円筒断面を中性子吸収材からなる隔壁により仕切って格子状の収納区画を形成するバスケットとを備え、前記収納区画が相互に隣り合う部位の隔壁を二重にして水ギャップを形成してなるＰＷＲ型の使用済核燃料集合体を収納する格納容器において、前記円筒容器の中心部における水ギャップよりも、前記円筒容器の周辺部における水ギャップを狭く形成してなることを特徴とする。
【００１４】
すなわち、円筒容器の周辺部における水ギャップを狭くすることにより、その分だけバスケットを小型化することができ、これに応じてキャスクの外径を小さくすることができる。また、キャスクの外径が同じであれば、使用済核燃料集合体の装荷数を増大できる。
【００１５】
この場合において、バスケットの収納区画を、円筒状容器の円形断面の直径に関して線対称に配置し、その直径方向の両端に位置する収納区画と、この収納区画の円筒容器の中心側に位置する収納区画との隔壁を一重にすることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態について、図１〜図２を用いて説明する。図１は、本発明を適用してなる一実施形態のキャスクに収納されたバスケットの断面を示している。図２は、図１のバスケットの一部の詳細構成図である。
【００１７】
図１に示すように、キャスクを構成する円筒状容器１内に、使用済核燃料集合体を収納する格子状の収納区画が形成されたバスケット２が装着されている。バスケット２は、隔壁３により仕切られた格子状の収納区画４を複数備えて形成されている。隔壁３の材料には、アルミニウム又はアルミニウム合金、あるいはステンレス合金に、中性子吸収能を有するボロン又はボロン化合物を添加したものを適用することができる。収納区画４は、円筒状容器１の円形断面の中心を通る直交２軸Ｘ，Ｙに対して線対称に配置されている。図示例では、２４個の収納区画４を備えた例を示している。いま、Ｘ軸上に位置する隔壁行をＸ０、これに平行で周辺に向かってＸ軸から離れる順に隔壁行をＸ１、Ｘ２とし、同様にＹ軸上に位置する隔壁列をＹ０、これに平行で周辺に向かってＹ軸から離れる順に隔壁列をＹ１、Ｙ２として説明する。
【００１８】
図示のように、隔壁行Ｘ０、Ｘ１及び隔壁列Ｙ０、Ｙ１に配置される隔壁３は、水ギャップ５を有する二重隔壁として形成され、隔壁行Ｘ２及び隔壁列Ｙ２に配置される隔壁３は、水ギャップを有しない一重隔壁として形成されている。図２に、二重隔壁の典型的な一実施形態の構成図を斜視図により示す。同図は、図の上下方向を円筒状容器１の軸方向に一致させて示している。バスケット２を構成する格子状の隔壁３は、短冊状の平板１１を井桁状に組上げて形成され、二重隔壁は２枚の平板１１を水ギャップ５を隔てて配置して形成される。各平板１１の側縁に、他の平板１１を挿入可能な幅の切欠き１２が設けられ、その切欠き１２の部位で各平板１１同士を組み合わせるようになっている。
【００１９】
ここで、本発明に係る特徴について説明する。図１において、隔壁行Ｘ０及び隔壁列Ｙ０に配置される二重隔壁の水ギャップ５の寸法をａ０、隔壁行Ｘ１及び隔壁列Ｙ１の水ギャップ５の寸法をａ１、隔壁行Ｘ２及び隔壁列Ｙ２の水ギャップ５の寸法をａ２とすると、ａ０≧ａ１≧ａ２に設定する。図示例では、ａ０＝ａ１（＝例えば、４５ｍｍ）、ａ２＝０に設定されている。なお、ａ２＝０の場合は二重隔壁にする必要はなく、図２の平板１１を１枚用いた一重隔壁とする。
【００２０】
すなわち、臨界防止における水ギャップの効果について検討した結果、キャスクの円筒断面内の中央部に配置される使用済核燃料集合体については、周囲に配置される他の使用済核燃料集合体の数が多く、それらからの影響が大きいことから、水ギャップを設けることによる臨界防止効果が大きいことが判明した。また、円筒断面の周辺部に配置される使用済核燃料集合体については、周囲に配置される他の使用済核燃料集合体の数が少なくなるから、水ギャップを設けることによる臨界防止効果が小さいことが判明した。例えば、図１の例の場合、中心部の４個の収納区画４に格納される使用済核燃料集合体は、他の使用済核燃料集合体から受ける影響が最も大きい。その４個の収納区画４の周囲に隣接する１０個の収納区画４に格納される使用済核燃料集合体は、他の使用済核燃料集合体から受ける影響が次に大きい。最周辺部に配置される４個の収納区画４に格納される使用済核燃料集合体は、円筒容器１の中心側に配置される使用済核燃料集合体からの影響を受けるだけであるから、最も影響が小さい。これらの知見から、円筒容器１の中心部における水ギャップ５の寸法ａ０よりも、その周辺部の水ギャップ５の寸法ａ１を狭くすることができる。さらに、円筒容器１の周辺部における水ギャップ５の寸法ａ２を狭くすることができる。
【００２１】
このように、水ギャップの位置に応じて、臨界防止上から見て最適な寸法を選択することにより、有効な臨界防止効果を確保し、かつ円筒容器１の内径を小さくできることになる。特に、図２の実施形態では、最外周部に配置される水ギャップの寸法ａ２を０にしても臨界防止効果を確保するができることから、少なくともその分だけ円筒容器１の内径を小さくできる。また、場合によっては、中心部の水ギャップを大きくすることにより、その領域において必要な臨界防止能を確保することも可能であり、設計の自由度が増すことになる。
【００２２】
以上説明したように、本実施形態によれば、バスケット２の外径を小さくすることができ、これを収納するキャスクやキャニスタの外径を小型化でき、重量を低減することができる。
【００２３】
また、一部の隔壁を一重にできるから、平板１１の材料費、及び切欠き１２の加工費等を軽減できる。
【００２４】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、バスケットを小型化でき、使用済核燃料集合体の装荷数の増大を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用してなる一実施形態のキャスクに収納されたバスケットの断面を示す図である。
【図２】図１のバスケットの一部の詳細構成図である。
【符号の説明】
１円筒容器
２バスケット
３隔壁
４収納区画
５水ギャップ
１１平板
１２切欠き

Claims

円筒状容器と、前記円筒状容器の円筒断面を中性子吸収物質を含む部材からなる隔壁により仕切って格子状の収納区画を形成するバスケットとを備え、前記収納区画が相互に隣り合う部位の隔壁を二重にして水ギャップを形成してなるＰＷＲ型の使用済核燃料集合体を収納する格納容器において、前記円筒容器の中心部における水ギャップよりも、前記円筒容器の周辺部における水ギャップを狭く形成してなることを特徴とする使用済核燃料集合体の格納容器。
前記収納区画は、前記円筒状容器の円形断面の直径に関して線対称に配置され、該直径方向の両端に位置する前記収納区画と該収納区画の円筒容器の中心側に位置する前記収納区画との隔壁は一重であることを特徴とする請求項１に記載の使用済核燃料集合体の格納容器。