JP2006266993A - キャスクの構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 キャスクのレジンカバーの構造に際して、必要な強度を確保でき、かつ、溶接量及び取扱作業量の少ない構造を提供し、以てキャスクの製造コストの低減を図る。
【解決手段】 中性子遮蔽材であるレジンを充填するためにキャスクの上部及び底部に設けられた凹部２０内を、あらかじめリブ２４, ２５により複数の小区画に分けて、それぞれの区画内に柱状ステー２６を少なくとも１本固定する。その後に、レジンを充填してから、柱状ステー２６と当接する位置に貫通孔２７を有する一枚板のレジンカバー２８を上面から取り付けて、柱状ステー２６が貫通孔２７に嵌入する部分を溶接により固定する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、使用済核燃料を輸送・貯蔵する放射性物質の遮蔽容器であるキャスクの構造に関するものである。

原子力発電炉で一定期間使用された核燃料（使用済燃料）は、炉心から取出された後、冷却のため使用済燃料用の水プールに一時的に保管される。そして、所定の冷却期間が終了した後は、使用済燃料は再処理工場において再処理され、回収されたウランとプルトニウムは燃料として加工されて、再び原子力発電炉において使用されることになっている。

この使用済燃料は、その中に含まれる核燃料物質の崩壊に伴い中性子線などの放射線と崩壊熱とを発するため、その輸送や貯蔵を行う際には、その周囲の環境や人体に被害をもたらさないように、キャスクと呼ばれる肉厚の鋼鉄製の遮蔽容器に収納される。

キャスクの構造を図４に示す。使用済燃料２はキャスク１の胴本体４の内部にあるバスケット３により仕切られた空間に１体ずつ収納されており、胴本体４の上部開口は、使用済燃料２からの放射性物質の漏洩を防ぐために、一次蓋７及び二次蓋８により二重に密封されている。

このキャスク１には、使用済燃料２から放出される中性子線を遮蔽して、人体への被ばくを防ぐ役割を有する中性子遮蔽体が、図５に示すように、二次蓋の内部９、胴本体４の外側部５及び胴本体４の底部１２の３つの部分に分けて充填されており、それぞれ二次蓋レジンカバー１０、外筒６及び底面レジンカバー１１でその外面を覆うことにより保護されている。なお、この中性子遮蔽体には、軽量で水素含有率が高いという理由から、エポキシ樹脂を主成分とするレジンが用いられている。（例えば、特許文献１を参照。）
これらの二次蓋レジンカバー１０、外筒６及び底面レジンカバー１１には、その外側からはキャスクの取扱時に発生する機械的な荷重が、その内側からはレジンから放出される水蒸気などのガスによる内圧が、それぞれ加わることが想定されている。

従って、レジンが損傷を受けることがないように、レジンを保護する二次蓋レジンカバー１０、外筒６及び底面レジンカバー１１は、いずれも上記の内外圧に対して、所定の強度を有するものでなければならない。

ここで、胴本体４の外側部のレジン５を保護する外筒６は、鋼板により製作された円筒状の形状を有するものであり、レジン５は胴本体４と外筒により区画された空間に充填されるので、レジン５の充填量を損なうことなく外筒６の肉厚を増やすことにより、外筒６の内外から加わる圧力に対して、所定の強度を確保することができる。

二次蓋レジンカバー１０と底面レジンカバー１１については、肉厚を増やすとキャスク１の全長が長くなり、また、重量も増加することから好ましくない。

そこで、二次蓋レジンカバー１０と底面レジンカバー１１については、補強材（リブ）を用いて強度を確保する構造が採用されている。

具体的には、図６に示すように、二次蓋の上部及び胴本体の底部に設けられた凹部１３内を、リブにより複数の小区画に分割して、それぞれについて個別にレジンカバーを取り付ける、というものである。

このレジンカバーの構造を、図７及び図８に基づいて説明する。

図７は、レジンが充填される凹部１３の構造を、簡略化して表したものである。

凹部２０の内部は、その中央部に固定した円筒状のリブ２１と、その外側に放射状に配置・固定した板状のリブ２２とにより、複数の小区画に分けられている。レジンカバー２３は、それぞれの小区画の径方向断面に対応した形状に分けて製作される。レジンカバー２３は、全ての小区画にレジンを充填してから、該当する小区画を形成しているリブ２１, ２２に接する部分を溶接して固定される。

図８は、レジンカバー２３を固定した場合における凹部２０の縦断面を示したものである。リブ２１, ２２の上部には、図９に示すように、レジンカバー２３を支持することができるように段差部２２ａが設けられており、レジンカバー２３は当該段差部２２aと接する部分Ｍを溶接することにより固定される。

以上のように、レジンカバー１０, １１は、複数枚のレジンカバー２３から構成され、それぞれがリブ２１, ２２を通じて凹部１３の下面に固定されるため、単に１枚板のレジンカバーの外周を溶接して取り付けた場合よりも、内外からの圧力に対する強度が増加することになる。
特開２０００−２７５３９１号公報

しかし、このような従来のレジンカバーの構造では、複数枚のレジンカバーをそれぞれ所定の位置に取り付けて、その全周をリブに溶接しなければならないため、溶接量及び取扱作業量が増加して、結果としてキャスクの製造コストが高くなってしまうという問題があった。

また、レジンカバーの溶接量が増加したことで、溶接で発生する熱によるレジンカバーの変形が大きくなり、その面精度が悪くなるという問題も引き起こしていた。

従って、必要な強度を確保でき、しかも溶接量が少なく、取り付けの簡単なレジンカバーの構造が要望されていた。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、簡易な構造であって、しかも必要な強度を確保できるレジンカバーの構造を提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するための請求項１に係るキャスクは、有底筒形の胴本体の上部開口を内蓋と外蓋とで二重に閉止し、更に、前記外蓋の上面に形成された凹部と前記胴本体の底面に形成された凹部に、それぞれ中性子遮蔽材であるレジンを充填してカバーで閉止したキャスクにおいて、前記レジンを収容する凹部には、放射状に板状のリブが固定されて小区画が形成されており、更に、前記小区画内に柱状ステーが前記リブの高さを超えて固定され、前記凹部の全面を覆う前記カバーに前記柱状ステーの頭部が嵌入する貫通孔が開口され、前記カバーで前記凹部を覆い、前記柱状ステーの頭部を前記貫通孔に嵌入した状態で前記カバーと前記柱状ステーとを溶接固定したことを特徴としている。

従来のレジンカバーの構造では、複数枚のレジンカバーをそれぞれリブに溶接する必要があり、そのため溶接量の増加を招いていたが、請求項１に係る発明では、複数本の柱状ステーとの嵌入部の溶接となるため、全体の溶接量を少なくすることができる。

また、レジンカバーを１枚板の部材として製作できるため、その取り付け作業量を減らすことができる。

更に、溶接量が少なくなることで、レジンカバーに加わる熱量が減少するため熱変形が小さくなることから、レジンカバーの面精度を向上させることができる。

また、請求項２に係るキャスクは、小区画を形成するリブに貫通孔が設けられていることを特徴とするものである。

レジンは、リブと柱状ステーとが固定された後に、凹部に流動状態で充填されるが、小区画ごとに充填したのでは作業量が増加してしまう。そのため、隣接する小区画と連通する貫通孔を、リブに設けることにより、一部の小区画に充填されたレジンを全部の小区画に容易に行き渡らせることができる。

上記のように本発明は、１枚板のレジンカバーを柱状ステーの頭部との溶接により固定して、溶接量及び取り付け作業量を少なくすることができるため、キャスクの製造コストを低減することができるレジンカバーの構造を提供できる。

本発明に係るキャスクの構造を、図４及び図５に基づいて説明する。

図４は、本発明に係るキャスクの構造を示したものである。図５は、当該キャスクの縦断面を示したものである。

図４に示すように、キャスク１は鉄鋼製の鍛造品である有底筒形で肉厚の胴本体４をその内部に有しており、その胴本体４の中には、アルミニウム製のバスケット３により仕切られた区画に、使用済燃料２が１体ずつ収納されている。胴本体４は、使用済燃料２からの放射性物質の漏洩を防ぐために、一次蓋７及び二次蓋８をそれぞれ胴本体４の上部開口に溶接することにより二重密封構造となっている。

図５に示すように、胴本体４においては、使用済燃料２から放出される中性子線を遮蔽するために、中性子遮蔽体であるレジンの層が、二次蓋の内部９、胴本体４の外側部５及び胴本体４の底部１２の３つの部分に設置されており、それぞれ二次蓋レジンカバー１０、外筒６及び底面レジンカバー１１によりその外面を保護されている。

なお、この中性子遮蔽体には、軽量で水素含有率が高いという理由から、エポキシ樹脂を主成分とするレジンが用いられている。

本発明に係るレジンカバーの構造について、図１及び図２を参照して説明する。

図１は、レジンが充填される凹部１３の構造を、簡略化して表したものである。

凹部２０の内部が、その中央部に固定した円筒状のリブ２４と、その外側に放射状に配置・固定された板状のリブ２５とにより、複数の小区画に分けられているのは、従来の構造と同じである。ここで、上記のリブ２４, ２５は、従来の構造におけるリブ２１, ２２から段差部２２aを除いた形状になっている。

それぞれの小区画の内部には、少なくとも１本の柱状ステー２６が垂直に固定されている。この柱状ステー２６の長さは、凹部２０の深さと同一となっている。

レジンカバー２８は凹部２０を閉止するような外径を有する１枚の板材で製作され、凹部２０に取り付けられた際に柱状ステー２６と当接する位置には、当該柱状ステー２６が嵌入できる径を有する貫通孔２７が設けられている。

図２は、レジンカバー２８を取り付けた後の、凹部２０の縦断面を示したものである。

レジンカバー２８は、リブ２４, ２５の上に乗った状態であり、柱状ステー２６の頭部が貫通孔２７に嵌入している部分Ｎを溶接して固定される。従って、レジンカバー２８とリブ２４, ２５とは溶接されないため、従来の構造より溶接量が少なくなる。

なお、柱状ステー２６の断面形状は、図１のような円形に限られるものではない。

上記の構造においては、レジンカバー２８に加わる内圧に対しては柱状ステー２６が、外圧に対してはリブ２５が、それぞれ対応するため、従来の構造より溶接量が少なくても、必要な強度を確保することができる。

また、レジンカバー２８は一枚板の構造となるため、取扱いが容易となり、取り付け作業量を減少させることができる。

更に、溶接量の減少によりレジンカバー２８に加わる熱量が少なくなり熱変形が小さくなるため、レジンカバー２８の面精度が向上する。

以上より、本発明により、キャスク１の製造コストの低減を図ることができる。

図１に示す構造においては、凹部２０内部に設けられている扇形の小区画は、互いにリブ２５を境として隣接している。このリブ２５に、図３に示すように、小区画同士を連通する連通孔２５aを設けることにより、１つの小区画にレジンを充填すれば、隣接する他の小区画へも同時に充填することができる。そのため、複数の小区画ごとにレジンを充填する必要がなくなり、作業量の低減を図ることができる。

なお、リブ２５には、連通孔２５aの代わりに、その下端部に切り欠き部２５bを設けてもよい。

これらの連通孔２５aや切り欠き部２５bの加工の程度は、リブ２５の強度に大きな影響を与えない範囲で行うことが好ましい。

本発明に係るレジンカバーの構造の説明図である。 図１においてレジンカバーを取り付けた後の縦断面図である。 連通孔又は切り欠き部を設けたリブである。 キャスクの構造を示す鳥瞰図である。 キャスクの縦断面図である。 二次蓋内のレジン部（ａ）及び胴本体底面のレジン部（ｂ）の断面図である。 従来のレジンカバーの構造の説明図である。 図７においてレジンカバーを取り付けた後の縦断面図である。 段差付きの板状リブである。

符号の説明

1 キャスク
2 使用済燃料
3 バスケット
４ 胴本体
５ 側部レジン
６ 外筒
７ 一次蓋
８ 二次蓋
９ 二次蓋内レジン
１０ 二次蓋レジンカバー
１１ 底面レジンカバー
１２ 底部レジン
１３ レジン充填凹部
２０ レジン充填凹部の模式図
２１ 段差付き円筒状リブ
２２ 段差付き板状リブ
２２a 段差部
２３ 分割レジンカバー
２４ 円筒状リブ
２５ 板状リブ
２５a 連通孔
２５b 切り欠き部
２６ 柱状ステー
２７ 貫通孔
２８ レジンカバー
Ｍ 従来のレジンカバーの溶接部
Ｎ 本発明に係るレジンカバーの溶接部

Claims (2)

1. 有底筒形の胴本体の上部開口を内蓋と外蓋とで二重に閉止し、
   更に、前記外蓋の上面に形成された凹部と前記胴本体の底面に形成された凹部に、それぞれ中性子遮蔽材であるレジンを充填してカバーで閉止したキャスクの構造において、
   前記レジンを収容する凹部には、放射状に板状のリブが固定されて小区画が形成されており、更に、前記小区画内に柱状ステーが前記リブの高さを超えて固定され、
   前記凹部の全面を覆う前記カバーに前記柱状ステーの頭部が嵌入する貫通孔が開口され、
   前記カバーで前記凹部を覆い、前記柱状ステーの頭部を前記貫通孔に嵌入した状態で前記カバーと前記柱状ステーとを溶接固定したことを特徴とするキャスクの構造。
2. 前記リブは、隣接する小区画を連通する貫通孔を有することを特徴とする、請求項１に記載のキャスクの構造。

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