JP2007024755A - キャスクおよびキャスクの取扱方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 所定の遮へい性能を維持しつつ、軽量化を図ることができ、しかも収容可能な使用済燃料の体数を制限する要因とならず、遮へい材、特に中性子遮へい材の総量を少なくしてコストを低減するキャスクおよびキャスクの取扱方法。
【解決手段】 使用済燃料を輸送または貯蔵するためのキャスクは、内部に使用済燃料を収容するための収容部１０Ａが形成された有底筒状の胴部１０と、この胴部１０の上部開口を密封し、胴部１０に収容された使用済燃料からの放射線を遮へいする一次蓋１１および二次蓋１２とを備え、二次蓋１２上に、放射線を遮へいする少なくとも複数枚の貯蔵用遮へい蓋１３を、積層状態に設置可能に構成した。
【選択図】 図１

Description

本発明は、原子炉の炉心から発生する使用済燃料を収容するキャスクおよびキャスクの取扱方法に関するものである。

原子力発電所の原子炉炉心で一定期間使用された後、炉心より取り出された使用済燃料は、発電所内の使用済燃料貯蔵プールに一時保管されて冷却される。所定の冷却期間が終了した使用済燃料は、ウラン、プルトニウム等の再利用可能な核燃料物質を回収するため、放射線の遮へい性能を有したキャスクに収容され、トレーラや船舶等で再処理施設に輸送される。なお、使用済燃料は、再処理施設に輸送される前に、原子力発電所内外の中間貯蔵施設において、キャスクに収容された状態で保管されることもある。

一般的に、キャスクは、使用済燃料を収容する収容部が形成された胴部と、この胴部の上部開口に取り付けられる一次蓋および二次蓋とから構成されており、胴部に一次蓋および二次蓋を封止することにより、キャスクの密封状態が維持されるように構成されている。
なお、貯蔵施設の天井部の遮へい負担を軽減する目的で、貯蔵期間中に二次蓋の上に三次蓋が取り付けられるものも提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開平１１−２８７８９３号公報

ところで、使用済燃料に含まれる放射性核種は、それぞれの半減期に応じて時間の経過とともに崩壊し、ガンマ線の発生数も経過時間とともに指数関数的に減少する。また、中性子発生数も同様の傾向となる。
しかしながら、従来のキャスクでは、貯蔵期間中の放射線源の減衰を考慮せずに保守側の線源強度を想定して、一次蓋および二次蓋の厚さが設定され、また、三次蓋の厚さが設定されていた。このため、キャスクの重量が増加するという問題があった。
このことは、収容可能な使用済燃料の体数を制限する要因となり、また、遮へい材、特に中性子遮へい材の総量が増加するためコスト高の要因ともなっていた。

本発明の目的は、所定の遮へい性能を維持しつつ、軽量化を図ることができ、しかも収容可能な使用済燃料の体数を制限する要因とならず、遮へい材、特に中性子遮へい材の総量を少なくしてコストを低減することができるキャスクおよびキャスクの取扱方法を提供することにある。

前記した目的を達成するため、本発明では、使用済燃料を収容する胴部の上部開口を密封して放射線を遮へいする二次蓋上に、放射線を遮へいする少なくとも複数枚の貯蔵用遮へい蓋を、積層状態に設置可能に構成したので、収容する使用済燃料の放射線線量当量率にあわせて貯蔵用遮へい蓋を複数枚積層して取り付けることができ、放射線を好適に遮へいすることができる。つまり、例えば、貯蔵当初は、所定期間貯蔵後に比べて放射線線量当量率が高いので、積層する貯蔵用遮へい蓋の枚数を多くしておき、所定期間貯蔵後に放射線線量当量率が低下したときに、貯蔵用遮へい蓋の枚数を減ずるようにすることができる。つまりこのような取り扱いを可能とするキャスクによれば、一次蓋および二次蓋を当初から分厚く形成する必要が無くなるので、重量を減少させることができる。また、キャスクの胴部の底部に窪み部を設けて、この窪み部に放射線を遮へいする底部遮へい材を取り付け取り外し可能に設けることで、キャスクの底部側の放射線を適宜遮へいすることができる。さらに、胴部の底部を包む下部緩衝体と、胴部の上端および二次蓋を包む上部緩衝体とに中性子遮へい材を配置することで、輸送時の放射線遮へいに優れたキャスクが得られる。
また、本発明のキャスクの取扱方法では、原子炉建屋から中間貯蔵施設、さらには再処理施設にキャスクを輸送する過程、あるいは中間貯蔵施設でキャスクを貯蔵する過程で、放射線を好適に遮へいすることができる。

本発明によれば、所定の遮へい性能を維持しつつ、軽量化を図ることができ、しかも収容可能な使用済燃料の体数を制限する要因とならず、遮へい材、特に中性子遮へい材の総量を少なくしてコストを低減することができるキャスクおよびキャスクの取扱方法が得られる。

次に、本発明のキャスクを適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
（第１実施形態）
本実施形態のキャスクＣは、キャスク本体Ｃ１（図１参照）と緩衝体２０，２０（図８参照）とを備える。図１に示すように、キャスク本体Ｃ１は、有底円筒状の胴部１０と、この胴部１０の上部開口に取り付けられる一次蓋１１および二次蓋１２と、二次蓋１２の上に複数枚積層可能に取り付けられる貯蔵用遮へい蓋１３（１３ａ〜１３ｄ）とを備えて構成される。また、胴部１０の底部には底部遮へい材１４が取り付け可能である。緩衝体２０，２０は、図８に示すように、キャスク本体Ｃ１の上部と下部とを覆う状態に取り付けられ、キャスク本体Ｃ１を衝撃から保護するようになっている。

胴部１０は、炭素鋼等の材料からなり、有底円筒状を呈している。胴部１０の内部には、使用済燃料（不図示、以下同じ）を収容するための収容部１０Ａが形成されている。収容部１０Ａには、使用済燃料が保持されるバスケット１０Ｂが設けられている。胴部１０の周壁１０Ｃには、放射線を遮へいする遮へい体１０Ｄが周方向全体に埋設されている。また、胴部１０の周壁１０Ｃの上部および下部には、キャスク本体Ｃ１の吊上げ吊下し等に使用するトラニオン１０Ｅが周方向に所定の間隔を置いて上下で計８個設けられている。

一次蓋１１および二次蓋１２は炭素鋼等の材料からなり、胴部１０の上部開口を密封してキャスクＣの輸送時および貯蔵時の密封境界を形成する。
一次蓋１１は、図２に示すように、胴部１０の開口を塞ぐ状態に、胴部１０の上部開口縁に形成された上下二段からなる段部の下段１０ａに載置されて、ボルト１０ｂによって取り付けられる。二次蓋１２は、一次蓋１１を覆う状態に前記段部の上段１０ｃに載置されて、ボルト１０ｄによって取り付けられる。ここで、前記段部の下段１０ａと一次蓋１１との間、段部の上段１０ｃと二次蓋１２との間、あるいは一次蓋１１と二次蓋１２との間には、図示しないリング状のシール部材が配置される。なお、一次蓋１１および二次蓋１２は、後記するようにキャスクＣが取り扱われる過程において、下段１０ａ、上段１０ｃに仮置き状態で載置されることがある。つまり、一次蓋１１および二次蓋１２は、キャスクＣの取扱作業中等において、一時的に放射線を遮へいする目的で使用される。これにより、作業環境等における放射線線量当量率を低減することができる。

（貯蔵用遮へい蓋）
貯蔵用遮へい蓋１３（１３ａ〜１３ｄ）は、炭素鋼等の材料からなり、相互に径の異なる円板状の板から構成されている。貯蔵用遮へい蓋１３は、図３に示すように、放射線を遮へいすることが可能な中性子遮へい材１３Ａを内包した構造を有している。なお、貯蔵用遮へい蓋１３の厚さ、中性子遮へい材１３Ａの材質や厚さは、収容する使用済燃料の種類や貯蔵建屋の遮へい能力等を考慮して適宜設定することができる。中性子遮へい材１３Ａとしては、例えば、ポリプロピレンやポリエチレン等の高分子の樹脂にホウ素を混入したもの、または、ホウ酸水等の中性子減速材（水素、炭素等）と中性子吸収材（ホウ素等）を含むものを使用することができる。そして、貯蔵用遮へい蓋１３は、図２に示すように、複数枚積層されるときに、二次蓋１２から離れるものほど面積の小さいものが順次積層されて、全体として側面視で階段状に積層されるように構成されている。これにより、キャスク本体Ｃ１の中心Ｏに近い位置ほど、積層される貯蔵用遮へい蓋１３（１３ａ〜１３ｄ）の枚数が多くなり、中心Ｏに近い位置ほど放射線の遮へい能力が高くなるようにされている。貯蔵用遮へい蓋１３のうち、二次蓋１２の直上に位置する貯蔵用遮へい蓋１３ａは、胴部１０の上端部に対してボルト１０ｅにより取り付けられ、また、その他の貯蔵用遮へい蓋１３ｂ〜１３ｄは、取付部材１３ｅによって、下側に位置するそれぞれの貯蔵用遮へい蓋１３ａ，１３ｂ，１３ｃの上面に取り付けられる。これにより、地震等における貯蔵用遮へい蓋１３の横ずれを防止した貯蔵を実現できる。

図４は本実施形態のキャスク本体Ｃ１に所定の使用済燃料を収容したときの、二次蓋１２の上における半径方向の放射線線量当量率の分布を表した例であり、縦軸は放射線線量当量率、横軸はキャスク本体Ｃ１の中心Ｏからの距離である。同図に示すように、放射線線量当量率は、中心Ｏ（距離０）で最大となり、中心Ｏから離れるにしたがってしだいに小さくなって表れている。すなわち、二次蓋１２の周辺における必要遮へい厚さは、中心部よりも薄くて済むということがこのグラフにより分かる。本実施形態の貯蔵用遮へい蓋１３は、前記のように、階段状に積層されて中心Ｏに近い部位ほど分厚くされて放射線の遮へい能力が高くされているので、図４に示した特性と合致したものとなり、放射線の遮へいを良好に行うことができる。したがって、このような貯蔵用遮へい蓋１３を用いることにより放射線遮へい能力の高いキャスク本体Ｃ１が得られる。

ここで、前記のように、使用済燃料に含まれる放射線核種はそれぞれの半減期に応じて時間の経過とともに崩壊することから、例えば、軽水炉の使用済燃料におけるガンマ線発生数（個／秒）は、図５に示すように、時間の経過とともに指数関数的に減少する。図５において、縦軸はガンマ線発生数（相対値）、横軸は使用済燃料を取り出した後の経過期間（冷却期間（年））である。
したがって、二次蓋１２の上に積層可能に取り付けられる貯蔵用遮へい蓋１３は、貯蔵期間（貯蔵期間の情報）に応じて減少する放射線線量当量率に対応させて、積層枚数を減じるように取り扱うことで、キャスク本体Ｃ１の取り扱いや状況等に応じて適切な枚数を設置できる。つまり、貯蔵当初の放射線線量当量率の高い時期は放射線線量当量率に対応させて、貯蔵用遮へい蓋１３を複数枚積層して対処し、その後、貯蔵期間に応じて、貯蔵用遮へい蓋１３の積層枚数を減じるようにするという貯蔵手法を採ることができる。これにより、一次蓋１１および二次蓋１２では放射線の遮へい性能が不十分な場合でも、貯蔵用遮へい蓋１３を積層することで対応することができる。したがって、一次蓋１１および二次蓋１２を分厚く形成する必要がなくなり、その分、軽量化を図ることができる。また、状況に応じて適切な枚数の貯蔵用遮へい蓋１３とすることができるので、例えば、貯蔵期間に応じて二次蓋１２の上から外した貯蔵用遮へい蓋１３を、他のキャスク本体Ｃ１の貯蔵にまわして使用することができ、複数のキャスク本体Ｃ１間で貯蔵用遮へい蓋１３を共用することができて、経済的である。

また、キャスクＣ（キャスク本体Ｃ１）の取扱手法としては、貯蔵期間毎に貯蔵用遮へい蓋１３の積層枚数を予め設定しておいて、その設定にしたがって貯蔵期間毎に所定の枚数の貯蔵用遮へい蓋１３となるように二次蓋１２の上から貯蔵用遮へい蓋１３を減じるようにする手法を採ることもできる。この場合、例えば、貯蔵期間と放射線線量当量率との関係から、貯蔵当初の放射線線量当量率別に作られた図示しないマップに基づいて、貯蔵期間毎の貯蔵用遮へい蓋１３の積層枚数を設定することができる。一例として、貯蔵期間を５つの期間に分けた場合、各貯蔵期間において積層枚数を次のように設定することができる。
（期間１）０年〜ａ年は、４枚の貯蔵用遮へい蓋１３（１３ａ〜１３ｄ）を積層する。
（期間２）ａ＋１年〜ｂ年は、３枚の貯蔵用遮へい蓋１３（１３ａ〜１３ｃ）を積層する。
（期間３）ｂ＋１年〜ｃ年は、２枚の貯蔵用遮へい蓋１３（１３ａ，１３ｂ）を積層する。
（期間４）ｃ＋１年〜ｄ年は、１枚の貯蔵用遮へい蓋１３（１３ａ）のみを積層する。
（期間５）ｄ〜最終年は、貯蔵用遮へい蓋１３（１３ａ）を取り外す。すなわち、一次蓋１１および二次蓋１２のみで放射線を遮へいする。
このようにすることで、貯蔵期間毎の積層枚数の設定を簡易に行うことができる。
また、各貯蔵期間において放射線線量当量率の測定結果（測定結果の情報）に基づいて積層枚数の検討を合わせて行うことにより、より一層確実な放射線の遮へいを行うことができる。
なお、貯蔵前に測定した放射線線量当量率の測定結果によっては、貯蔵開始時点、つまり貯蔵期間が０年でも貯蔵用遮へい蓋１３が不要になる場合もあり得る。この場合には、一次蓋１１および二次蓋１２で対応することができるので、貯蔵用遮へい蓋１３を他のキャスク本体Ｃ１の貯蔵にまわすことができる。

（底部遮へい材）
底部遮へい材１４は、図６に示すように、炭素鋼等の材料からなる有底円筒状の容器１４ａに、中性子遮へい材１４ｂが設けられた構成となっている。中性子遮へい材１４ｂとしては、前記貯蔵用遮へい蓋１３で使用したものと同様の材料等を使用することができる。このような底部遮へい材１４は、胴部１０（図１参照、以下同じ）の底部に形成された窪み部１０Ｆ内に全体が収容されるようになっており、そのための構成として、底部遮へい材１４の高さ寸法Ｈ１が窪み部１０Ｆの窪み寸法Ｈ２よりも小さく形成されている。これにより、図６に二点鎖線で示すように、窪み部１０Ｆ内に底部遮へい材１４が収容されて取り付けられると、底部遮へい材１４は、その底面１４ｄが胴部１０の底面１０ｆよりも上方に位置することとなる。言い換えれば、底部遮へい材１４の底面１０ｆが窪み部１０Ｆ内に位置することとなる。このような底部遮へい材１４は、ボルト１４ｃにより窪み部１０Ｆに取り付けられる。

底部遮へい材１４は、原子炉建屋等において、図７（ａ）（ｂ）に示すように、通常、キャスク本体Ｃ１が横置きにされた状態で、胴部１０の底部の窪み部１０Ｆに取り付けられる。取り付けにあたっては、原子炉建屋の受入エリア等に設けられた天井クレーン等にワイヤＷで吊り下げられた取付具３０等が用いられる。取付具３０は、ワイヤＷが接続される基部３１と、この基部３１の側方に一体的に突設された保持部３２とを有しており、基部３１側から保持部３２を通じて底部遮へい材１４の保持穴１４ｅ（図６参照）に挿入されたボルト３３により、保持部３２の側面に対して底部遮へい材１４が取り付けられるようになっている。保持部３２は、窪み部１０Ｆ内に挿入可能な形状および寸法を備えて形成されている。
このような、取付具３０は、保持部３２に底部遮へい材１４を取り付けた状態で、ワイヤＷにより吊設移動されるときの姿勢が垂直の状態に保たれるように、ワイヤＷの取り付け位置が調整されてバランスがとられている。これにより、底部遮へい材１４を窪み部１０Ｆに取り付ける際に、底部遮へい材１４の窪み部１０Ｆとの対向面が、窪み部１０Ｆに片当り等を生じて傷つくことがない。
なお、このような取付具３０により、窪み部１０Ｆ内に配置された底部遮へい材１４は、取付具３０に保持された状態のまま、図示しない取付具３０に設けられた挿通孔を通じて挿入された前記ボルト１４ｃ（図６参照）により、窪み部１０Ｆに固定される。そして、固定後にボルト３３が外されて、底部遮へい材１４から取付具３０が引き離される。

図７（ｃ）に示すように、窪み部１０Ｆに底部遮へい材１４が取り付けられた状態では、前記したように、底部遮へい材１４は、その底面１４ｄが胴部１０の底面１０ｆよりも上方（この場合は底部遮へい材１４から見て、図中左方となる収容部１０Ａ側）に位置することとなるので、図７（ｄ）に示すように、胴部１０を横置きから縦置きにした場合には、底部遮へい材１４の底面１４ｄと床面Ｇ等との間に隙間Ｓが形成されることとなり、底部遮へい材１４が床面Ｇ等からの外力を受けないため構造を簡素化できる。
また、図７（ｅ）に示すように、緩衝体２０を胴部１０の下部に取り付けたときにも、緩衝体２０の対向面２０ａと底部遮へい材１４の底面１４ｄとの間には、やはり隙間Ｓが形成されることとなるので、底部遮へい材１４が緩衝体２０に密着することが防止される。

（緩衝体）
緩衝体２０は、図８に示すように、胴部１０の底部を包む状態に取り付けられた下部緩衝体２０Ａと、胴部１０の上端および二次蓋１２を包む状態に取り付けられた上部緩衝体２０Ｂとを備えて構成される。
下部緩衝体２０Ａおよび上部緩衝体２０Ｂには、キャスク本体Ｃ１との対向部位に放射線を遮へいすることが可能な中性子遮へい材２１がそれぞれ配置されている。中性子遮へい材２１は前記した貯蔵用遮へい蓋１３で用いたもの（符合１３Ａ、図３参照）と同様のもの等が用いられる。本実施形態では、下部緩衝体２０Ａおよび上部緩衝体２０Ｂが同一形状もしくはほぼ同じ形状とされているので、ここでは、下部緩衝体２０Ａについて説明する。図９に示すように、下部緩衝体２０Ａは、断面が凹形状に形成されており、外殻部分がステンレス鋼製等からなり、内部に木材もしくは木質ボード等が充填されて構成されている。中性子遮へい材２１は、中央に形成された凹部２２に配置されている。下部緩衝体２０Ａは、凹部２２を胴部１０（図８参照）の底部（上部緩衝体２０Ｂでは上部）に嵌めることによって、胴部１０の底部から下部の周面を包む状態に保持して、万一の落下時の衝撃を十分に緩和する役割をなす。
なお、下部緩衝体２０Ａおよび上部緩衝体２０Ｂは、万一の落下に対してキャスク本体Ｃ１（図８参照）の一部が着床するのを防ぐために、落下に対して許容変形量内で衝撃が吸収されるようになっている。

このような緩衝体２０は、原子炉建屋等において、図１０（ａ）（ｂ）に示すように、キャスク本体Ｃ１が横置きにされた状態で、キャスク本体Ｃ１の胴部１０の底部および上部に取り付けられる（図では底部側のみ図示）。取り付けにあたっては、原子炉建屋の搬出エリア等に設けられた天井クレーン等にワイヤＷで吊り下げられて行われる。なお、緩衝体２０はキャスク本体Ｃ１に図示しないボルト等により固定される。

図１１（ａ）〜（ｃ）に変形例の緩衝体２０’を用いたキャスク本体Ｃ１への取り付けを示す。この例の緩衝体２０’では、中性子遮へい材２１が別体に構成され、キャスク本体Ｃ１に対して、これらが順次に取り付けられるようになっている。つまり、図１１（ａ）に示すように、はじめにキャスク本体Ｃ１に対して中性子遮へい材２１がワイヤＷ等に吊り下げられて、胴部１０の底部（上部、以下同じ）に図示しないボルト等により固定される。その後、図１１（ｂ）に示すように、ワイヤＷ等に吊り下げられて緩衝体２０’が胴部１０の底部に近づけられ、図１１（ｃ）に示すように、中性子遮へい材２１が取り付けられた上から胴部１０の底部に図示しないボルト等により固定される。このような変形例によれば、緩衝体２０’と中性子遮へい材２１とが別々になるので、緩衝体２０’と中性子遮へい材２１とを個々に管理することができ、緩衝体２０’が破損等した場合には、緩衝体２０’のみを交換することで対処することができて経済的である。

次に、このようなキャスクＣの取扱について図１２〜図１４を参照して説明する（適宜その他各図参照）。一般的に、キャスクＣは、図１２に示すように、原子力発電所５０で使用済燃料を内部に収容した後に、トレーラＴや船舶（不図示）により中間貯蔵施設５１に輸送されて貯蔵され、所定の貯蔵期間後に、再処理施設５２へ輸送されるが、ここでは、主として原子力発電所５０および中間貯蔵施設５１における取り扱いについて、以下詳細に説明する。
図１３（ａ）に示すように、製造工場で製造されたキャスク本体Ｃ１や図示しないキャスク保管庫等に保管されていたキャスク本体Ｃ１（Ａ１）が、トレーラＴ等により原子力発電所の原子炉建屋に運び込まれる（Ｂ１）。ここで、Ｂ１において、キャスク本体Ｃ１は、トレーラＴ上に横置きにされて輸送されてくるので、この状態で、胴部１０の底部に底部遮へい材１４が取り付けられる。ちなみに、これ以降の図示しない使用済燃料の装荷においては、キャスク本体Ｃ１が縦置きの状態で取り扱われるため、この時点で底部遮へい材１４を取り付けることが有効である。

Ｂ２において、原子炉建屋に設けられた天井クレーンの吊下アームがキャスク本体Ｃ１のトラニオン１０Ｅに保持され、キャスク本体Ｃ１が立て起こしされて図示しない使用済燃料の装荷エリアに搬送される。装荷エリアでの詳細は図示しないが、装荷エリアでは、一次蓋１１および二次蓋１２が外され、キャスク本体Ｃ１の収容部１０Ａに使用済燃料が装荷された後に一次蓋１１が仮締めされる。このとき、図示しない作業被ばく防止用の放射線遮へい機能を備えた追加遮へい体が一次蓋１１の上に続けて装着される。この追加遮へい体は、一次蓋１１が密封されるまで装着されるので、その間、放射線を好適に遮へいすることができる。なお、この追加遮へい体は、通常、１枚用いられ、一次蓋１１の直上や胴部１０の上端に装着されるが、本実施形態の貯蔵用遮へい蓋１３のように、複数枚積層配置される構造とすることができる。
その後、一次蓋１１が密封され二次蓋１２が装着されるが、ここで、図示しない輸送被ばく防止用の遮へい体を二次蓋１２の上に装着してもよい。この遮へい体は、後記する輸送時に、緩衝体２０に代えて一般的な中性子遮へい材２１が装着されていない緩衝体を使用する場合に特に有効である。

その後、二次蓋１２の密封を確認して、搬出エリアのトレーラＴに搭載し、キャスク本体Ｃ１をトレーラＴ上に横倒しに設置する（Ｂ３）。このとき、キャスク本体Ｃ１の底部側がトレーラの後方に向けて露出するが、底部には、底部遮へい材１４が配置されているので、放射線が好適に遮へいされ、作業被ばくを好適に防止することができる。その後、原子力発電所内等のキャスク保管庫にキャスク本体Ｃ１をトレーラＴで搬送し（Ｂ４）、キャスク保管庫において、キャスク本体Ｃ１に緩衝体２０（下部緩衝体２０Ａ，上部緩衝体２０Ｂ）を装着する（Ｄ１）。その後、トレーラＴで緩衝体２０の装着されたキャスクＣが中間貯蔵施設へ輸送される（Ｄ２）。

ここで、図１３（ｂ）に示すように、原子炉建屋の搬出エリアにおいて、キャスク本体Ｃ１に緩衝体２０（下部緩衝体２０Ａ，上部緩衝体２０Ｂ）を装着して（Ｂ５）、キャスクＣを中間貯蔵施設へ搬送するようにしてもよい（Ｄ２）。この場合、キャスク保管庫にキャスク本体Ｃ１を輸送する時間と手間が省かれ、コストが低減される。

図１４（ａ）に示すようにトレーラＴによって輸送されたキャスクＣは（Ｅ１）、中間貯蔵施設の受入エリアに搬入されて（Ｆ１）、クレーン等により積み下される（Ｆ２）。そして、緩衝体２０（下部緩衝体２０Ａ，上部緩衝体２０Ｂ）が外される（Ｆ３）。また、ここで、底部遮へい材１４（不図示）は、キャスク本体Ｃ１の底部から外されキャスク保管庫や原子力発電所に運ばれて再利用される。このあとの手順でキャスク本体Ｃ１がクレーン等により立て起こされ（Ｆ４）、その後、長期間にわたってキャスク本体Ｃ１が縦置き状態とされるからである。立て起こされたキャスク本体Ｃ１は、搬送されて（Ｆ５）、検査架台Ｄに装着され（Ｆ６）、図示しないセンサ等が取り付けられて外観検査、放射線線量当量率検査等が行われる（Ｆ７）。
このとき、主として放射線線量当量率検査による検査結果に基づいて、貯蔵用遮へい蓋１３が二次蓋１２の上に所定枚数取り付けられる。ここで、二次蓋１２の上に積層される貯蔵用遮へい蓋１３は、二次蓋１２の上や設置場所周辺における放射線線量当量率があらかじめ与えられた制限値以下となるように、所定枚数積層される。また、設置場所周辺の放射線遮へい設備の状況（情報）を加味して、積層枚数を設定することができる。

その後、キャスク本体Ｃ１は、貯蔵エリアに搬送される（Ｇ１）。
そして、図１４（ｂ）に示すように、所定期間貯蔵が行われる（Ｇ２）。貯蔵期間中は、遮へい性能検査が行われ、例えば、前記したように、貯蔵期間と放射線線量当量率との関係から、貯蔵当初の放射線線量当量率別に作られた図示しないマップに基づいて、貯蔵期間毎の貯蔵用遮へい蓋１３の積層枚数を減じる取り扱いが行われる。これにより、貯蔵期間に対応した的確な枚数の貯蔵用遮へい蓋１３を二次蓋１２の上に積層することができ、少ない枚数で放射線を確実に遮へいすることができる。なお、取り外された貯蔵用遮へい蓋１３は、後から貯蔵されるキャスク本体Ｃ１に対して使用することができ、貯蔵用遮へい蓋１３の無駄のない共用を実現することができる。

所定期間貯蔵後、キャスク本体Ｃ１は輸送用の受入エリアに搬送される（Ｈ１）。ここで、キャスク本体Ｃ１は、検査架台Ｄに載置されて、輸送前の検査が行われる。
その後、キャスク本体Ｃ１が吊上げられて搬送され（Ｈ２，Ｈ３）、横置きに配置される（Ｈ４）。このとき、作業中、輸送中の被ばくを防止するために、胴部１０の底部に底部遮へい材１４（不図示）が取り付けられる。

次に、キャスク本体Ｃ１に緩衝体２０（下部緩衝体２０Ａ，上部緩衝体２０Ｂ）が取り付けられ（Ｈ５）、一時保管される（Ｈ６）。その後、クレーン等でキャスクＣが吊上げられ、トレーラＴに積まれて（Ｈ７）、再処理施設に向けて輸送される（Ｊ１）。
なお、再処理施設で使用済燃料が取り出されたキャスク本体Ｃ１からは、底部遮へい材１４が取り外されて、図示しないキャスク保管庫や原子力発電所へ輸送される（図１３（ａ）に示すＡ１参照）。

以下では、本実施形態において得られる効果を説明する。
（１）本実施形態では、使用済燃料を収容する胴部１０の上部開口を密封して放射線を遮へいする二次蓋１２上に、放射線を遮へいする貯蔵用遮へい蓋１３を、複数枚積層可能に設けたので、収容する使用済燃料の放射線線量当量率にあわせて貯蔵用遮へい蓋１３を複数枚積層して取り付けることができ、放射線を好適に遮へいすることができる。つまり、例えば、貯蔵当初は、所定期間貯蔵後に比べて放射線線量当量率が高いので、貯蔵用遮へい蓋１３の積層枚数を多くしておき、所定期間貯蔵後に放射線線量当量率が低下した時点で、貯蔵用遮へい蓋１３の枚数を減ずるようにすることができる。つまり、このような取り扱いを可能にするキャスクＣによれば、一次蓋１１および二次蓋１２を当初から分厚く形成する必要が無くなるので、重量を減少させることができる。
（２）キャスクＣの重量を減少させることができるので、収容可能な使用済燃料の体数が制限されず、また、遮へい材、特に中性子遮へい材１３Ａの総量が増加することもなく、コスト高となることもない。
（３）貯蔵用遮へい蓋１３は、二次蓋１２の上の放射線線量当量率の分布に基づいて、放射線線量当量率が他の部位に比べて高い部位に位置する状態に複数枚積層可能に設けたので、放射線線量当量率の高い部位、言い換えれば、放射線を遮へいする必要のある部位を他の部位に比べて複数枚積層された貯蔵用遮へい蓋１３で積極的に遮へいすることができ、効率のよい放射線の遮へいを実現することができる。つまり、一律に最も厳しい放射線線量当量率に併せて、全体を遮へいする必要がなくなり、その分、大幅な重量の削減を実現することができる。さらに、一次蓋１１および二次蓋１２に中性子遮へい材１３Ａを内包させる必要がなくなるので、その分コストを低減することができる。
（４）本実施形態では、貯蔵用遮へい蓋１３が、二次蓋１２の上に取り付け取り外し可能に設けられているので、放射線線量当量率の測定結果に合わせて、好適な積層枚数となるように調整して取り付けることができる。また、貯蔵期間の経過後に、貯蔵用遮へい蓋１３の積層枚数を減じる作業も取付部材１３ｅを取り外すことにより簡単に行うことができる。
（５）キャスク本体Ｃ１の貯蔵期間と二次蓋１２の上における放射線線量当量率との予め定められた関係に基づいて、二次蓋１２上に貯蔵用遮へい蓋１３が所定枚数積層される構成としたときには、作業者は、従来のような、煩雑な検査を行わずとも前記関係から一律に好適な積層枚数を得ることができるので、キャスクＣの取り扱いがより簡単になる。また、この場合において、ある種の検査を併用して実施することにより、より一層確実な放射線の遮へいを実現することができる。
（６）キャスク本体Ｃ１の設置場所周辺における放射線線量当量率が予め与えられた制限値以下となるように、二次蓋１２の上に貯蔵用遮へい蓋１３が所定枚数積層される構成としたときには、キャスク本体Ｃ１が貯蔵される周囲の遮へい能力を考慮した積層枚数で貯蔵用遮へい蓋１３を取り付けることができる。したがって、中間貯蔵施設の遮へい能力が高い場合などには、貯蔵用遮へい蓋１３の積層枚数を通常より減じて取り付けることも可能となり、キャスク本体Ｃ１の貯蔵される周辺の状況に合わせた的確な放射線の遮へいを実現することができて、貯蔵用遮へい蓋１３の積層枚数が過剰になるのを防止することができる。
（７）貯蔵用遮へい蓋１３は、相互に径の異なる円板状の板から構成され、複数枚積層されるときに、二次蓋１２から離れるものほど面積の小さいものが積層されて、全体として階段状に積層されるので、キャスク本体Ｃ１の中心Ｏに近い位置ほど、積層される貯蔵用遮へい蓋１３（１３ａ〜１３ｄ）の枚数が多くなり、中心Ｏに近い位置ほど放射線の遮へい能力が高くなる。したがって、放射線線量当量率が他の部位に比べて高い部位、例えば、図４に示すように、放射線線量当量率が、中心Ｏ（距離０）で最大となるキャスク本体Ｃ１の特性に好適に合致したものとすることができる。これにより、放射線の遮へいを最小限の貯蔵用遮へい蓋１３で確実に行うことができる。また、貯蔵用遮へい蓋１３が階段状に積層されるので、作業者は、積層される高さにより、視覚的に現在の放射線の遮へい状況を把握することができる。
（８）貯蔵用遮へい蓋１３は、中性子遮へい材１３Ａを備えているので、その分、一次蓋１１および二次蓋１２に中性子遮へい材１３Ａを設ける必要がなくなり、その分、一次蓋１１および二次蓋１２の重量を低減することができる。また、貯蔵用遮へい蓋１３は、放射線線量当量率に応じて必要枚数積層されるので、全体として、キャスク本体Ｃ１の重量を低減することができる。
（９）貯蔵用遮へい蓋１３を二次蓋１２の上に予め取り付けてセットしておくこともできるので、貯蔵に至るまでの作業被ばくの防止を考慮したキャスク本体Ｃ１の取り扱いを実現することができる。また、二次蓋１２の上の放射線線量当量率の測定結果、および貯蔵期間の少なくともいずれか１つに基づいて、積層枚数が減じられるように取り扱うことで、より確実性の高い作業被ばくの防止を実現することができる。
（１０）胴部１０の底部には、底部遮へい材１４が取り付けられるので、キャスク本体Ｃ１を横に倒したとき（輸送時等）の、キャスク本体Ｃ１の底部側の放射線を良好に遮へいすることができる。
（１１）底部遮へい材１４は、底部の窪み部１０Ｆに取り付け取り外し可能に設けられているので、キャスク本体Ｃ１の取り扱い過程において放射線の遮へいが必要なときに取り付けて用いることができ、また、胴部１０の底部が床面に向く、縦置き状態等の、底部遮へい材１４が不必要なときには、これを外してキャスク本体Ｃ１の重量を低減することができる。
（１２）底部遮へい材１４は、底部の窪み部１０Ｆ内に全体が収容されるようになっており、その底面１４ｄが胴部１０の底面１０ｆよりも上方に位置することとなるので、図７（ｄ）に示すように、胴部１０を横置きから縦置きにした場合には、底部遮へい材１４の底面１４ｄと床面Ｇ等との間に隙間Ｓが形成されることとなり、底部遮へい材１４が床面Ｇ等からの外力を受けないため構造を簡素化でき、その分、コストの低減を図ることができる。
（１３）緩衝体２０（下部緩衝体２０Ａおよび上部緩衝体２０Ｂ）には、キャスク本体Ｃ１との対向部位に放射線を遮へいすることが可能な中性子遮へい材２１がそれぞれ配置されているので、輸送時等における放射線の遮へいを確実に行うことができる。しかも、前記変形例の緩衝体２０’において、中性子遮へい材２１を取り付け取り外し可能に設けたものにあっては、緩衝体２０’と中性子遮へい材２１とを別々に管理することができ、緩衝体２０’が破損等した場合には、緩衝体２０’のみを交換することで対処することができて経済的である。

（第２実施形態）
第２実施形態であるキャスクＣを説明する。本実施形態のキャスクＣは、そのキャスク本体Ｃ１の二次蓋１２の上に取り付けられる貯蔵用遮へい蓋１３’に特徴があり、その他の点に変わりはない。図１５（ａ）（ｂ）に示すように、貯蔵用遮へい蓋１３’（１３ａ’，１３ｂ’，１３ｃ’，１３ｄ’）は、炭素鋼等の材料からなり、相互に径の異なる平面視で円環状を呈した板から構成されている。貯蔵用遮へい蓋１３’は、前記実施形態と同様の放射線を遮へいすることが可能な中性子遮へい材１３Ａ（不図示）を内包した構造を有している。なお、貯蔵用遮へい蓋１３’の厚さ、中性子遮へい材１３Ａの材質や厚さは、収容する使用済燃料の種類や貯蔵建屋の遮へい能力等を考慮して適宜設定することができる。

また、貯蔵用遮へい蓋１３’は、図１５（ａ）に示すように、複数枚積層されるときに、二次蓋１２から離れるものほど面積の小さいものが順次積層されて、全体として側面視で階段状に積層されるように構成されている。
図１６は本実施形態のキャスク本体Ｃ１に所定の使用済燃料を収容したときの、二次蓋１２の上における半径方向の放射線線量当量率の分布を表した例であり、縦軸は放射線線量当量率、横軸はキャスク本体Ｃ１の中心Ｏからの距離である。この例では、二次蓋１２の半径方向の周辺に高燃焼度の使用済燃料を、また、中央よりに低燃焼度の使用済燃料を配置したものであり、同図に示すように、放射線線量当量率は、中心Ｏ（距離０）から所定の距離離れたところで最大となり、その後、急激に小さくなって表れている。つまり、前記のように貯蔵用遮へい蓋１３’が、円環状を呈して階段状に積層され、中心Ｏから所定の距離離れたところで高く積層される構造とされていることが、前記放射線線量当量率の分布と合致したものとなっている。したがって、このような貯蔵用遮へい蓋１３’を用いることにより放射線遮へい能力の高いキャスクＣが得られる。

本実施形態は、前記効果（１）から（１３）に加えて以下に記す効果を有する。
（１４）本実施形態では、二次蓋１２の上における放射線線量当量率に併せて、実質的に貯蔵用遮へい蓋１３’の無駄な面積が削除されて軽量化を図ることができる。
なお、収容される使用済燃料の配置にかかわらず、中間貯蔵施設における放射線線量当量率の測定の結果、前記第１実施形態の図４に示した放射線線量当量率の分布と、図１６に示した放射線線量当量率の分布とを組み合わせたような放射線線量当量率の分布が得られた場合には、第１実施形態で示した貯蔵用遮へい蓋１３と貯蔵用遮へい蓋１３’とを適宜組み合わせて貯蔵用遮へい蓋を構成することによって、このような放射線線量当量率の分布に柔軟に対応した放射線の遮へい能力の高いキャスクＣを得ることができる。

第１実施形態に係るキャスクにおけるキャスク本体の構成を示す断面図である。 図１のキャスク本体の上部を示す拡大断面図である。 貯蔵用遮へい蓋の模式拡大断面図である。 放射線線量当量率とキャスク本体の中心からの距離との関係を示したグラフである。 ガンマ線発生数と冷却期間との関係を示したグラフである。 底部遮へい材を示す拡大断面図である。 （ａ）〜（ｅ）は底部遮へい材に係る態様を示した模式図である。 緩衝体を取り付けた状態のキャスクの断面図である。 第１実施形態に係る下部緩衝体の断面図である。 （ａ）（ｂ）は緩衝体の取り付けを示す模式図である。 （ａ）〜（ｃ）は変形例の緩衝体の取り付けを示す模式図である。 キャスクの取り扱いの概要を示す模式図である。 （ａ）（ｂ）はキャスクの取り扱いを示す模式図である。 （ａ）（ｂ）はキャスクの取り扱いを示す模式図である。 （ａ）は第２実施形態に係るキャスクにおけるキャスク本体の上部を示す拡大断面図、（ｂ）は同じく平面図である。 放射線線量当量率とキャスク本体の中心からの距離との関係を示したグラフである。

符号の説明

１０ 胴部
１０Ａ 収容部
１０Ｄ 中性子遮へい体
１０Ｆ 窪み部
１１ 一次蓋
１２ 二次蓋
１３ 貯蔵用遮へい蓋
１３Ａ 中性子遮へい材
１３ａ〜１３ｄ 貯蔵用遮へい蓋
１３ｅ 取付部材
１４ 底部遮へい材
１４ｄ 底面
１４ｅ 保持穴
２０ 緩衝体
２０Ａ 下部緩衝体
２０Ｂ 上部緩衝体
２１ 中性子遮へい材
２２ 凹部
３０ 取付具
３１ 基部
３２ 保持部
５０ 原子力発電所
５１ 中間貯蔵施設
５２ 再処理施設
Ｃ キャスク
Ｃ１ キャスク本体

Claims (21)

1. 使用済燃料を輸送または貯蔵するためのキャスクであって、
   内部に前記使用済燃料を収容するための収容部が形成された有底筒状の胴部と、この胴部の上部開口を密封し、前記胴部に収容された使用済燃料からの放射線を遮へいする一次蓋および二次蓋とを備え、
   前記二次蓋上に、放射線を遮へいする少なくとも複数枚の貯蔵用遮へい蓋を、積層状態に設置可能に構成したことを特徴とするキャスク。
2. 使用済燃料を輸送または貯蔵するためのキャスクであって、
   内部に前記使用済燃料を収容するための収容部が形成された有底筒状の胴部と、この胴部の上部開口を密封し、前記胴部に収容された使用済燃料からの放射線を遮へいする一次蓋および二次蓋とを備え、
   前記二次蓋上における放射線線量当量率の分布に基づいて、
   放射線を遮へいする貯蔵用遮へい蓋を、
   少なくとも前記二次蓋上の放射線線量当量率が他の部位に比べて高い部位に位置する状態に設置したことを特徴とするキャスク。
3. 少なくとも複数枚の前記貯蔵用遮へい蓋は、前記二次蓋上の放射線線量当量率が他の部位に比べて高い部位に、積層される状態に設置可能に構成されていることを特徴とする請求項２に記載のキャスク。
4. 前記貯蔵用遮へい蓋は、前記二次蓋の上に取り付け取り外し可能に設けられていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のキャスク。
5. 前記貯蔵用遮へい蓋は、貯蔵期間と前記二次蓋上における放射線線量当量率との予め定められた関係に基づいて、前記二次蓋上に所定枚数積層されることを特徴とする請求項１、請求項３および請求項４のいずれか１項に記載のキャスク。
6. 前記貯蔵用遮へい蓋は、設置場所周辺における放射線線量当量率が予め与えられた制限値以下となるように、前記二次蓋上に所定枚数積層されることを特徴とする請求項１、請求項３から請求項５のいずれか１項に記載のキャスク。
7. 複数の前記貯蔵用遮へい蓋は、相互に径の異なる円板状の板から構成され、複数枚積層されるときに、前記二次蓋から離れるものほど面積の小さいものが積層されて、全体として階段状に積層されることを特徴とする請求項１、請求項３から請求項６のいずれか１項に記載のキャスク。
8. 複数の前記貯蔵用遮へい蓋は、平面視で円環状を呈していることを特徴とする請求項１、請求項３から請求項７のいずれか１項に記載のキャスク。
9. 複数の前記貯蔵用遮へい蓋は、前記二次蓋上における放射線線量当量率が他の部位に比べて高い部位に対応させて積層されることを特徴とする請求項１、請求項３から請求項８のいずれか１項に記載のキャスク。
10. 複数の前記貯蔵用遮へい蓋は、中性子遮へい材を備えていることを特徴とする請求項１、請求項３から請求項９のいずれか１項に記載のキャスク。
11. 使用済燃料を輸送または貯蔵するためのキャスクであって、
    内部に前記使用済燃料を収容するための収容部が形成された有底筒状の胴部と、この胴部の上部開口を密封し、前記胴部に収容された使用済燃料からの放射線を遮へいする一次蓋および二次蓋とを備え、
    前記二次蓋上に、放射線を遮へいする少なくとも複数枚の貯蔵用遮へい蓋を、積層状態に設置し、前記二次蓋の上の放射線線量当量率の測定結果、および貯蔵期間の少なくともいずれか１つに基づいて、積層枚数が減じられるように構成したことを特徴とするキャスク。
12. 使用済燃料を輸送または貯蔵するためのキャスクであって、
    内部に前記使用済燃料を収容するための収容部が形成された有底筒状の胴部と、この胴部の上部開口を密封し、前記胴部に収容された使用済燃料からの放射線を遮へいする一次蓋および二次蓋とを備え、
    前記胴部の底部に設けられた窪み部と、前記窪み部に取り付け取り外し可能に設けられ、放射線を遮へいする底部遮へい材と、を具備したことを特徴とするキャスク。
13. 請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載のキャスクであって、
    前記胴部の底部に設けられた窪み部と、前記窪み部に取り付け取り外し可能に設けられ、放射線を遮へいする底部遮へい材と、を具備したことを特徴とするキャスク。
14. 前記底部遮へい材は、前記窪み部に全体が収容された状態で、前記底部遮へい材の底面が前記窪み部内に位置することを特徴とする請求項１２または請求項１３に記載のキャスク。
15. 前記底部遮へい材は、前記窪み部に対する取り付け取り外しに際して、前記窪み部に対向する側から前記窪み部に向けて吊設移動する取付具に固定された状態で垂直姿勢を保ちつつ、前記窪み部に挿入され、あるいは前記窪み部から引き出されることを特徴とする請求項１２から請求項１４のいずれか１項に記載のキャスク。
16. 使用済燃料を輸送または貯蔵するためのキャスクであって、
    内部に前記使用済燃料を収容するための収容部が形成された有底筒状の胴部と、この胴部の上部開口を密封し、前記胴部に収容された使用済燃料からの放射線を遮へいする一次蓋および二次蓋と、
    前記胴部の底部を包む状態に取り付けられた下部緩衝体と、
    前記胴部の上端および前記二次蓋を包む状態に取り付けられた上部緩衝体とを備え、
    前記下部緩衝体の前記底部との対向部位、および前記上部緩衝体の前記二次蓋との対向部位に、中性子遮へい材をそれぞれ配置したことを特徴とするキャスク。
17. 請求項１２から請求項１５のいずれか１項に記載のキャスクであって、
    前記胴部の底部を包む状態に取り付けられた下部緩衝体と、
    前記胴部の上端および前記二次蓋を包む状態に取り付けられた上部緩衝体とを備え、
    前記下部緩衝体の前記底部との対向部位、および前記上部緩衝体の前記二次蓋との対向部位に、中性子遮へい材をそれぞれ配置したことを特徴とするキャスク。
18. 請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載のキャスクを取り扱うキャスクの取扱方法であって、
    前記キャスクを原子炉建屋に搬入する搬入手順と、
    前記原子炉建屋内に設置されたキャスクピットで使用済燃料を装荷した後に、中間貯蔵施設へ搬送するための第１の搬送手順と、
    前記中間貯蔵施設へ前記キャスクを受入れる受入手順と、
    受入れた前記キャスクを長期貯蔵する貯蔵手順と、
    貯蔵後、前記キャスクを再処理施設へ搬送するための第２の搬送手順と、
    を含み、
    前記受入手順において、前記キャスクの前記二次蓋の上に、前記貯蔵用遮へい蓋を取り付け、
    前記貯蔵手順において、前記キャスクの周辺の放射線線量当量率の測定結果の情報、設置場所周辺の放射線遮へい設備状況の情報および貯蔵期間の情報のうちの少なくともいずれか１つの情報に基づいて、前記二次蓋の上に積層される前記貯蔵用遮へい蓋の枚数を所定の枚数に減じ、
    前記第２の搬送手順において、前記貯蔵用遮へい蓋が前記キャスクから取り外されている状態にすることを特徴とするキャスクの取扱方法。
19. 前記受入手順において、複数枚の前記貯蔵用遮へい蓋が、前記二次蓋の上に積層状態に設置されることを特徴とする請求項１８に記載のキャスクの取扱方法。
20. 請求項１２から請求項１５のいずれか１項に記載のキャスクを取り扱うキャスクの取扱方法であって、
    前記キャスクを原子炉建屋に搬入する搬入手順と、
    前記原子炉建屋内に設置されたキャスクピットで使用済燃料を装荷した後に、中間貯蔵施設へ搬送するための第１の搬送手順と、
    前記中間貯蔵施設へ前記キャスクを受入れる受入手順と、
    受入れた前記キャスクを長期貯蔵する貯蔵手順と、
    貯蔵後、前記キャスクを再処理施設へ搬送するための第２の搬送手順と、
    を含み、
    前記搬入手順において、前記胴部の底部に設けられた前記窪み部に、前記底部遮へい材が取り付けられ、
    前記受入手順において、前記窪み部から前記底部遮へい材が取り外され、
    前記第２の搬送手順において、前記窪み部に、前記底部遮へい材が取り付けられることを特徴とするキャスクの取扱方法。
21. 請求項１６または請求項１７に記載のキャスクを取り扱うキャスクの取扱方法であって、
    前記キャスクを原子炉建屋に搬入する搬入手順と、
    前記原子炉建屋内に設置されたキャスクピットで使用済燃料を装荷した後に、中間貯蔵施設へ搬送するための第１の搬送手順と、
    前記中間貯蔵施設へ前記キャスクを受入れる受入手順と、
    受入れた前記キャスクを長期貯蔵する貯蔵手順と、
    貯蔵後、前記キャスクを再処理施設へ搬送するための第２の搬送手順と、
    を含み、
    前記第１の搬送手順および前記第２の搬送手順における前記キャスクの搬送に際し、前記キャスクの前記胴部の底部に前記下部緩衝体を取り付けるとともに、前記キャスクの前記二次蓋の上に、前記上部緩衝体を取り付け、
    前記受入手順における前記キャスクの受入れに際し、前記胴部の底部から前記下部緩衝体を取り外すとともに、前記二次蓋から前記上部緩衝体を取り外すことを特徴とするキャスクの取扱方法。

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