JP2007315947A

JP2007315947A - 使用済燃料集合体の収納方法

Info

Publication number: JP2007315947A
Application number: JP2006146604A
Authority: JP
Inventors: Manabu Ueno; 学上野; Takashi Iwase; 隆司岩瀬; Hitoshi Shimizu; 清水　　仁; Fumio Totsuka; 文夫戸塚
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2006-05-26
Filing date: 2006-05-26
Publication date: 2007-12-06

Abstract

【課題】収納容器の種類を低減できる使用済燃料集合体の収納方法を提供することにある。
【解決手段】線量率が第１線量率設定値以下である使用済燃料集合体は、収納容器１の周辺部領域４に収納される。線量率が第１線量率設定値より高く設定された第２線量率設定値以下で第１線量率設定値よりも高い使用済燃料集合体は、収納容器１の中央部領域３に収納される。原子炉に装荷される前の燃料集合体の状態での取り出し燃焼度が異なるように設計された、異なる種類の使用済燃料集合体であっても、上記した線量率の範囲で仕分けして同じ仕様の収納容器１内に収納することができ、収納容器の種類を低減できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、使用済燃料集合体の収納方法に係り、特に、原子力発電所から発生する使用済燃料集合体を輸送容器（輸送兼用の貯蔵容器）内に収納する際に適用するのに好適な使用済燃料集合体の収納方法に関する。

原子炉内から取り出された使用済燃料集合体は、原子力発電所内に設けられた燃料プールで冷却されながら所定期間保管される。この所定の冷却期間が終了した使用済燃料集合体は、再処理施設（あるいは中間貯蔵施設）へ輸送される。使用済燃料集合体を燃料プールから再処理施設（あるいは中間貯蔵施設）へ輸送する際には、使用済燃料集合体は輸送容器に収納される。また、中間貯蔵施設では使用済燃料集合体は貯蔵容器に収納されて貯蔵されるため、使用済燃料集合体を収納し、輸送後、そのまま貯蔵する輸送貯蔵兼用容器も開発されている。輸送容器及び輸送貯蔵兼用容器を収納容器と言う。収納容器は、法令等で定められた設計基準を遵守して、基本的安全機能（閉じ込め、遮へい、臨界防止、除熱）を損なうことのないように設計される。

収納容器は、内部に、バスケットで仕切られた格子状の空間が形成されている。使用済燃料集合体はその空間内に収納される。収納容器の設計においては、収納する使用済燃料集合体の仕様に対して最も厳しい条件を想定している。従来は、使用済燃料集合体を燃焼度に基づいて２種類に分類し、収納容器内において、燃焼度の高い使用済燃料集合体を中央部に、燃焼度の低い使用済燃料集合体を周辺部に収納している。このようにして、収納容器に設けられた放射線遮へい体の厚みをより薄くし、収納容器の軽量化を図っている。

原子炉に装荷する前の新燃料集合体の状態において、低い取り出し燃焼度で設計された燃料集合体を燃料タイプＡと称し、燃料タイプＡよりも高い取り出し燃焼度で設計された燃料集合体を燃料タイプＢと称する。燃料タイプＡと燃料タイプＢの各燃料集合体は種類の異なる燃料集合体であり、燃料タイプＢは高燃焼度用の燃料集合体である。燃料タイプＡの使用済燃料集合体及び燃料タイプＢの使用済燃料集合体は、種類が異なるため、それぞれ専用の収納容器に収納される。燃料タイプＡの使用済燃料集合体は、原子炉からの取り出した直後での燃焼度に基づいて、燃焼度の高いものが専用の収納容器内の中央部領域に、燃焼度の低いものがその収納容器内の周辺部領域に収納される。燃料タイプＢの使用済燃料集合体も、原子炉からの取り出した直後での燃焼度が高いものが専用の収納容器内の中央部領域に、燃焼度の低いものがその収納容器内の周辺部領域に収納される。

冷却期間の年数が燃料タイプＡ用の収納容器の設計条件より長い場合であっても、燃料タイプＢの使用済燃料集合体はあくまで燃料タイプＢとして取り扱われる。このため、燃料タイプＢの使用済燃料集合体は、燃料タイプＡ用の収納容器に収納することが従来できなかった。

特許文献１は、使用済燃料集合体を収納容器に収納する際に、燃焼度の高い（あるいは冷却期間の短い）使用済燃料集合体を中央部に、それ以外の使用済燃料集合体を外周部に収納する方法を記載している。収納容器への使用済燃料集合体の収納は、収納容器の外側で中性子を計測して未臨界性を確認しながら行っている。

特許文献２も、収納容器への使用済燃料集合体の収納方法を記載している。この方法は、収納容器表面から１ｍ離れた位置での線量率が設定値になる使用済燃料集合体の冷却年数及び収納体数を予め算出しておき、所定の冷却年数を経た使用済燃料集合体を最大体数収納できる収納容器に、その冷却年数より短い冷却年数の使用済燃料集合体を収納する方法である。

特許第３４３１３８１号公報特許第２６９２２１５号公報

使用済燃料集合体の燃焼度に応じて収納領域を分け、該当する収納領域に使用済燃料集合体を収納する方法が採られている。しかしながら、収納容器の設計条件とされる使用済燃料集合体の燃焼度は、原子炉から使用済燃料集合体を取り出した際における算定により設定され、その後の冷却年数は考慮されていない。また、収納容器を設計する上で重要な使用済燃料集合体の線量率及び崩壊熱量は、収納容器に収納する使用済燃料集合体における最も厳しい条件の燃焼度及び冷却年数により設定されている。したがって、一般的に体数が多く、原子炉から取り出した後の冷却年数が設計条件より長い使用済燃料集合体に対しては、収納容器は過剰な設計となっている。線量率及び崩壊熱量が設計条件より低い使用済燃料集合体であっても、（１）燃焼度が設計条件を超えているが冷却年数の長い使用済燃料集合体、及び（２）冷却年数が設計条件より短いが燃焼度が低い使用済燃料集合体は、その収納容器に収納できない。原子炉から取り出され燃焼度が既知の使用済燃料集合体に対して収納容器が製造されるため、燃焼度が異なる使用済燃料集合体ごとに収納容器を用意する必要があった。

特許文献１に記載された収納方法では、使用済燃料集合体を収納する際、収納容器の外側で中性子を測定しながら未臨界性を確認している。この中性子の計測は収納容器内に使用済燃料集合体を収納しなければ行うことができない。収納すべきでない使用済燃料集合体の収納容器への収納を中性子計測によって確認した場合には、その使用済燃料集合体を収納容器から取出さなければならない。これでは、収納容器への使用済燃料集合体の収納作業に要する時間が長くなり、非効率である。

特許文献２記載の収納方法では、予め設定した燃焼度、冷却年数及び収納体数の組合せの範囲でのみ、使用済燃料集合他の収納容器への収納が可能となっている。そのため、設定範囲外の使用済燃料集合体は収納することができない。また、特に冷却年数が短い使用済燃料集合体は、極端に収納体数が減ってしまい、効率的でない。

本発明の目的は、収納容器の種類を低減できる使用済燃料集合体の収納方法を提供することにある。

上記した目的を達成する本発明の特徴は、線量率が第１線量率設定値以下である使用済燃料集合体を、収納容器内の周辺部領域に収納し、前記線量率が前記第１線量率設定値より高く設定された第２線量率設定値以下で前記第１線量率設定値よりも高い使用済燃料集合体を、前記収納容器の中央部領域に収納することにある。

本発明によれば、原子炉に装荷される前の燃料集合体の状態での取り出し燃焼度が異なるように設計された、異なる種類の使用済燃料集合体であっても、上記した線量率の範囲で仕分けして同じ仕様の収納容器内に収納することができ、収納容器の種類を低減できる。具体的には、異なる種類の使用済燃料集合体ごとに収納容器を製造する必要がなくなる。

上記の目的は、崩壊熱量が第１崩壊熱量設定値以下である使用済燃料集合体を、収納容器内の周辺部領域に収納し、前記崩壊熱量が前記第１崩壊熱量設定値より高く設定された第２崩壊熱量設定値以下で前記第１崩壊熱量設定値よりも高い使用済燃料集合体を、前記収納容器の中央部領域に収納する、ことによっても達成できる。

異なる種類の使用済燃料集合体であっても、上記した崩壊熱量の範囲で仕分けして収納するによって、線量率の場合と同様に収納容器の種類を低減できる。

本発明によれば、異なる種類の使用済燃料集合体を同じ仕様の収納予嘔気に収納することができ、収納容器の種類を低減することができる。

本発明の好適な一実施例である使用済燃料集合体の収納方法を、以下に説明する。

まず、使用済燃料集合体を収納する収納容器１は、図１に示すように、バスケット２、ガンマ線遮へい体６、中性子遮へい体７及び外筒８を備えている。バスケット２は、ガンマ線遮へい体６の内側に形成される空間に配置され、ガンマ線遮へい体６に設置される。中性子遮へい体７はガンマ線遮へい体６を取り囲み、外筒８は中性子遮へい体７を取り囲んでいる。バスケット２は、格子部材であり、使用済燃料集合体を収納する複数の収納空間５を形成している。

原子炉から取り出した使用済燃料集合体は、図２に示す燃焼度分布を有する。燃料タイプＢの使用済燃料集合体（単に、燃料タイプＢという）は、新燃料集合体の状態での平均濃縮度が燃料タイプＢの使用済燃料集合体（単に、燃料タイプＢという）のその平均濃縮度よりも高くなっていた。燃料タイプＢは、新燃料集合体の状態において、燃料タイプＡの新燃料集合体よりも高燃焼度を達成するように設計されている。燃料タイプＡ及びＢは、原子炉内での装荷位置の履歴に応じて取り出された燃焼度が異なっている。燃料タイプＡは、平均燃焼度がＢ_αＡであり、最も高い燃焼度がＢ_αＨとなる。燃料タイプＡの燃焼度分布は、図２（ａ）に示すようになる。燃料タイプＢは、平均燃焼度がＢ_βＡであり、最も高い燃焼度がＢ_βＨとなる。燃料タイプＡの燃焼度分布は、図２（ｂ）に示すようになる。燃料タイプＢの平均燃焼度Ｂ_βＡは、燃料タイプＡの平均燃焼度Ｂ_αＡよりも高くなっている。

従来の使用済燃料集合体の収納方法は、燃料タイプＡを例に取ると、燃焼度Ｂ_αがＢ_αＡ＜Ｂ_α≦Ｂ_αＨの燃焼度範囲１０に含まれる燃料タイプＡを燃料タイプＡ専用の第１収納容器内の中央部に収納し、燃焼度Ｂ_αがＢ_αＡ以下の燃焼度範囲９に含まれる燃料タイプＡを第１収納容器内の周辺部に収納している。また、燃料タイプＢにおいては、燃焼度Ｂ_βがＢ_βＡ＜Ｂ_β≦Ｂ_βＨの燃焼度範囲１２に含まれる燃料タイプＢを燃料タイプＢ専用の第２収納容器内の中央部に収納し、燃焼度Ｂ_βがＢ_βＡ以下の燃焼度範囲１１に含まれる燃料タイプＢを第２収納容器内の周辺部に収納している。従来では、第１収納容器内には燃料タイプＡよりも燃焼度が高い燃料タイプＢを収納することができない。

発明者らは、収納する使用済燃料集合体をその燃料集合体の線量率で整理すると、燃料タイプＡ，Ｂの線量率の分布は図３のようになることを新たに見出した。すなわち、燃料タイプＡについては、図３（ａ）に示すように、線量率Γ_αがΓ_αＡ以下の線量率範囲１３に含まれる第１燃料タイプＡ、及び線量率Γ_αがΓ_αＡ＜Γ_α≦Γ_αＨの線量率範囲１４に含まれる第２燃料タイプＡに分けることができる。ちなみに、Γ_αＡは燃料タイプＡの平均の線量率であり、Γ_αＨは燃料タイプＡのうちで最大の線量率である。線量率に着目した場合、燃料タイプＢであっても、図３（ｂ）に示すように、線量率Γ_αがΓ_αＡ以下の線量率範囲１５に含まれる第１燃料タイプＢ、及び線量率Γ_αがΓ_αＡ＜Γ_α≦Γ_αＨの線量率範囲１６に含まれる第２燃料タイプＢが存在する。燃料タイプＢの平均線量率はΓ_βＡであり、燃料タイプＡのうちで最大の線量率はΓ_βＨである。線量率はΓ_βＨは、Γ_αＨよりも大きい。

図３に示す知見に基づいてなされた本発明の好適な一実施例である使用済燃料集合体の収納方法を、図１、図４及び図５を用いて説明する。

沸騰水型原子炉においては、燃料交換機（図示せず）が原子炉建屋内の運転床（図示せず）上に移動可能に設置されており、燃料プール１７も原子炉建屋内に設けられている。燃料プール１７の側壁は運転床につながっている。使用済燃料集合体３１は、運転床上を移動する燃料交換機によって、原子炉(図示せず)から取り出され、プールゲート２１を通って燃料プール１７内に移動される。この使用済燃料集合体３１は、燃料プール１７内に設置された燃料貯蔵ラック１８内に収納されて、所定期間、貯蔵される。燃料プール１７内には冷却水が充填されており、燃料貯蔵ラック１８内の使用済燃料集合体３１は、貯蔵期間中、その冷却水によって冷却される。キャスクピット１９が燃料プール１７内に設けられている。キャスクピット１９と燃料プール１７は、キャスクピット１９に形成された開口部２６を介して連絡されている。この開口部２６は、キャスクピット１９の側壁に左右に移動可能に設けられた一対のキャスクピットゲート２０ａ，２０ｂにより開閉される。放射線検出器２２がキャスクピットゲート２０ａの側壁に設置される。放射線検出器２４が放射線検出器２２と対向するようにキャスクピットゲート２０ｂの側壁に設置される。放射線検出器２２は信号線２３により、放射線検出器２４は信号線２５により、図示されていないコンピュータ（演算処理装置）にそれぞれ接続されている。このコンピュータは原子炉建屋内の運転床上方に設置されている燃料交換機制御室内に設けられる。放射線検出器２２，２４は、使用済燃料集合体３１から放出されるガンマ線及び中性子の少なくとも１つを計測する。

燃料プール１７内に所定期間（所定年数）貯蔵された使用済燃料集合体３１は、燃料交換機によって燃料貯蔵ラック１８内からキャスクピット１９内に移動される。使用済燃料集合体３１をキャスクピット１９内に移動する際には、キャスクピットゲート２０ａ，２０ｂは、左右に開いており、キャスクピット１９と燃料プール１７は開口部２６を介して連絡されている。使用済燃料集合体３１は、その移動時に、キャスクピットゲート２０ａ，２０ｂの間、及び開口部２６を通過する。キャスクピットゲート２０ａ，２０ｂの間を通過の際、使用済燃料集合体３１から放出されている放射線（ガンマ線及び中性子の少なくとも１つ）が、放射線検出器２２，２４によって計測される。上記のコンピュータは、放射線検出器２２，２４からそれぞれ出力される放射線検出信号に基づいて線量率（単位時間当たりの放射線量）を算出する。コンピュータで算出された線量率は、燃料交換機制御室内に設置された操作盤の表示装置に表示される。

収納容器１がキャスクピット１９内の冷却水中に配置されている。キャスクピットゲート２０ａ，２０ｂの間、及び開口部２６を通過した使用済燃料集合体３１は、キャスクピット１９内の収納容器１に収納される。使用済燃料集合体３１は、算出された線量率に基づいて収納容器１内の所定の領域に収納される。すなわち、コンピュータで算出された線量率Γ_αがΓ_αＡ＜Γ_α≦Γ_αＨの線量率範囲１４に含まれる使用済燃料集合体３１（例えば、第２燃料タイプＡ）は、燃料交換機制御室内に設置された燃料交換機制御装置（図示せず）がコンピュータから入力した線量率Γ_αに基づいて燃料交換機の移動を制御することによって、収納容器１の中央部領域３（図１参照）に収納される。線量率Γ_αがΓ_αＡ以下の線量率範囲１３に含まれる使用済燃料集合体３１（例えば、第１燃料タイプＡ）は、燃料交換機制御装置により同様に燃料交換機の移動を制御することによって、収納容器１の周辺部領域４（図１参照）に収納される。燃料貯蔵ラック１８から取り出された使用済燃料集合体３１の線量率Γ_αがΓ_αＡ＜Γ_α≦Γ_αＨの線量率範囲１６に含まれる場合、その使用済燃料集合体３１（例えば、第２燃料タイプＢ）は中央部領域３に収納される。線量率Γ_αがΓ_αＡ＜以下の線量率範囲１５に含まれる使用済燃料集合体３１（例えば、第１燃料タイプＢ）は周辺部領域４に収納される。線量率Γ_αがΓ_αＨを超える使用済燃料集合体３１は、キャスクピット１９内の収納容器１に収納されず、燃料交換機制御装置により制御される燃料交換機によって燃料貯蔵ラック１８内に戻される。この使用済燃料集合体３１は、線量率Γ_αがΓ_αＨ以下になるまで燃料プール１７内で冷却されながら貯蔵される。

なお、線量率Γ_αＡは第１線量率設定値であり、線量率Γ_αＨは第１線量率設定値よりも高い第２線量率設定値である。

本実施例は、キャスクピット１９内の収納容器１への使用済燃料集合体３１の収納を、コンピュータから線量率を入力した燃料交換機制御装置の自動制御で行っている。しかし、オペレータが、上記の表示装置に表示された線量率を操作盤から燃料交換機制御装置に入力することも可能である。燃料交換機制御装置は、オペレータが入力した線量率に基づいて燃料交換機の制御を行い、使用済燃料集合体３１をキャスクピット１９内の収納容器１に収納させる。

本実施例は、上記したように、使用済燃料集合体の線量率に基づいて収納容器１内への収納の可否及び収納容器１内の収納領域を決定している。このため、本実施例によれば、新燃料集合体（原子炉に装荷される前の燃料集合体）の状態での取り出し燃焼度が燃料タイプＡよりも高くなるように設計された燃料タイプＢであっても、線量率が所定の範囲に含まれるという条件下で、燃料タイプＡ専用の収納容器１に収納することができる。燃料タイプＡ、Ｂ等のように異なるタイプの使用済燃料集合体であっても、収納容器の仕様を共通化することができ、準備すべき収納容器の種類を低減することができる。例えば、収納容器を一種類にし、この収納容器内に、上記取り出し燃焼度が異なった全ての使用済燃料集合体を、線量率に基づいて選別して収納することができる。

本実施例は、上記した線量率の条件を満たした場合に、燃料タイプＡ及びＢを選別することなく収納容器１に収納することができる。このため、収納容器１への使用済燃料集合体３１の収納作業が非常にはかどり、収納作業を効率よく行うことができる。また、線量率Γ_αがΓ_αＡ＜Γ_α≦Γ_αＨの線量率範囲１４（または線量率範囲１６）に含まれる使用済燃料集合体３１を中央部領域３に、線量率Γ_αがΓ_αＡ以下の線量率範囲１３（または線量率範囲１５）に含まれる使用済燃料集合体３１を周辺部領域４に収納するため、収納容器に収納できる使用済燃料集合体が増大する。燃料プール１７から搬出される使用済燃料集合体の体数が増加する。

使用済燃料集合体３１の放射線量計測の他の例を、図６を用いて説明する。本例では、放射線検出器２２，２４は上下方向に移動でき、上下方向の異なる位置で使用済燃料集合体３１の放射線量を検出することができる。すなわち、放射線検出器２２は位置２２ａまで移動させることができ、放射線検出器２４も位置２４ａまで移動させることができる。それぞれの位置で検出された放射線量の計測値は、上記のコンピュータに伝えられ、線量率の算出に用いられる。

図７に示す放射線量の計測例は、放射線検出器を上下方向に移動させる替りに、上下方向の異なる２つの位置にそれぞれ放射線検出器を配置して放射線量を計測する。すなわち、上下方向の異なる二箇所の位置でキャスクピットゲート２０ａに放射線検出器２２，２７を設置し、上下方向の異なる二箇所の位置でキャスクピットゲート２０ｂに放射線検出器２４，２９を設置している。放射線検出器２７は信号線２８により、放射線検出器２９は信号線３０により、上記したコンピュータにそれぞれ接続されている。それぞれの放射線検出器からの放射線量の計測値は、線量率の算出に用いられる。

図１では収納位置を２つに分けた場合を示しているが、使用済燃料集合体を分類する必要がない場合には線量率の上限値Γ_αＬのみ設定すればよいし、３以上の収納領域に分けてもよい。たとえば、３つの収納領域に分類する場合には、使用済燃料集合体を線量率に応じた４領域に分けることとなる。

以上で述べた実施例は、計測した放射線量に基づいて算出した線量率を選定基準として収納容器内の収納領域を決定しているが、崩壊熱量に基づいて使用済燃料集合体３１の収納容器への収納を行うことができる。使用済燃料集合体３１の崩壊熱量は、放射線検出器の替りにカロリーメータ（崩壊熱量測定器）をキャスクピットゲート２０ａ，２０ｂにそれぞれ設置することにより測定することができる。燃料タイプＡ用の収納容器１の中央部領域３には、崩壊熱量が第１崩壊熱量設定値よりも大きく第２崩壊熱量設定値以下の燃料タイプＡ及びＢを収納する。燃料タイプＡ用の収納容器１の周辺部領域４には、崩壊熱量が第１崩壊熱量設定値以下の燃料タイプＡ及びＢを収納する。このような使用済燃料集合体の収納方法によっても、前述した線量率に基づいて使用済燃料集合体を収納する方法で生じる効果を得ることができる。カロリーメータも、図６、図７に示す放射線検出器と同様に移動または配置することも可能である。

線量率及び崩壊熱量は、原子炉から取り出した際における使用済燃料集合体の燃焼度及び原子炉から取り出されて収納容器に収納されるまでの冷却年数により算出することも可能である。

本発明の好適な一実施例である使用済燃料集合体の収納方法における収納容器内での使用済燃料集合体の収納領域を示した収納容器の横断面図である。従来の使用済燃料集合体の収納方法における使用済燃料集合体の選別基準である燃焼度分布を表し、（ａ）は燃料タイプＡの燃焼度分布を示す説明図であり、（ｂ）は燃料タイプＢの燃焼度分布を示す説明図である。本発明の実施例における使用済燃料集合体の線量率分布を示し、（ａ）は燃料タイプＡの線量率分布を示す説明図であり、（ｂ）は燃料タイプＢの線量率分布を示す説明図である。本発明の実施例における使用済燃料集合体の放射線量の計測する放射線検出器の燃料プールでの設置状態を示す説明図である。図４における放射線検出器の設置箇所の拡大構成図である。使用済燃料集合体の放射線量計測における他の例の説明図である。使用済燃料集合体の放射線量計測における他の例の説明図である。

符号の説明

１…収納容器、２…バスケット、３…中央部領域、４…周辺部領域、５…収納空間、６…ガンマ線遮へい体、７…中性子遮へい体、８…外筒、１７…使用済燃料プール、１８…使用済燃料貯蔵ラック、１９…キャスクピット、２０ａ，２０ｂ…キャスクピットゲート、２２，２４，２７，２９…放射線検出器、３１…使用済燃料集合体。

Claims

線量率が第１線量率設定値以下である使用済燃料集合体を、収納容器内の周辺部領域に収納し、前記線量率が前記第１線量率設定値より高く設定された第２線量率設定値以下で前記第１線量率設定値よりも高い使用済燃料集合体を、前記収納容器の中央部領域に収納することを特徴とする使用済燃料集合体の収納方法。
前記使用済燃料集合体の放射線量を、燃料プールに配置されたキャスクピットゲートに設置した放射線検出器によって計測し、計測された放射線量に基づいて得られた、前記使用済燃料集合体の前記線量率に基づいて、前記使用済燃料集合体を、前記燃料プールに連絡されたキャスクピット内の前記収納容器内の所定の前記領域に収納する請求項１に記載の使用済燃料集合体の収納方法。
崩壊熱量が第１崩壊熱量設定値以下である使用済燃料集合体を、収納容器内の周辺部領域に収納し、前記崩壊熱量が前記第１崩壊熱量設定値より高く設定された第２崩壊熱量設定値以下で前記第１崩壊熱量設定値よりも高い使用済燃料集合体を、前記収納容器の中央部領域に収納することを特徴とする使用済燃料集合体の収納方法。
前記使用済燃料集合体の崩壊熱量を、燃料プールに配置されたキャスクピットゲートに設置した崩壊熱量測定器によって計測し、計測された前記崩壊熱量に基づいて、前記使用済燃料集合体を、前記燃料プールに連絡されたキャスクピット内の前記収納容器内の所定の前記領域に収納する請求項３に記載の使用済燃料集合体の収納方法。