JP2010175292A - リサイクル燃料集合体収納用バスケット及び収納容器、並びに製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】リサイクル燃料集合体収納用バスケットを構成する部材を容易に製造すること。
【解決手段】リサイクル燃料集合体収納用バスケット１は、第１の板状部材１０と第２の板状部材２０と角パイプ３０とを組み合わせて構成される。第１の板状部材１０は、厚さ方向に貫通する複数の孔１１を有する。第２の板状部材２０は、厚さ方向に貫通する複数の孔２１を有する。第１の板状部材１０の板面と第２の板状部材の板面とが直交するようにして、両者が組み合わされる。また、角パイプ３０は、内部にリサイクル燃料集合体を収納するものであり、第１の板状部材１０と第２の板状部材２０とで囲まれる空間に配置される。
【選択図】図３

Description

本発明は、リサイクル燃料集合体を収納するリサイクル燃料集合体収納用バスケット及びリサイクル燃料集合体収納容器、並びにリサイクル燃料集合体収納用バスケットの製造方法に関する。

原子力発電所等で用いられる核燃料集合体であって、原子炉に装荷され燃焼させた後に原子炉から取り出した核燃料集合体を、リサイクル燃料集合体という。リサイクル燃料集合体は、核分裂生成物（ＦＰ）など高放射能物質を含むので、通常、原子力発電所等の冷却ピットで所定期間冷却される。その後、放射線の遮蔽機能を有するリサイクル燃料集合体収納容器であり、輸送、貯蔵に用いるキャスクに収納され、車両又は船舶で再処理施設又は中間貯蔵施設に搬送され、再処理を行うまで貯蔵される。

リサイクル燃料集合体をキャスク内に収容するにあたっては、中性子吸収能を有する材料で構成され、かつリサイクル燃料集合体が収納されるセルと呼ばれる収納空間を集合させたリサイクル燃料集合体収納用バスケットを用いる。そして、リサイクル燃料集合体は、このリサイクル燃料集合体収納用バスケットに形成された複数の収納空間に一体ずつ挿入される。これによって、輸送中のリサイクル燃料集合体を適切な間隔に保つとともに臨界に達しないようにしており、かつ、輸送中の振動や想定される事象等に対する適切な保持力を確保している。このようなリサイクル燃料集合体収納用の従来例としては、例えば、特許文献１に、Ｂ（ボロン）−Ａｌ（アルミニウム）材を用いた角管と板状の部材とを組み合わせて、リサイクル燃料集合体を格納する空間を構成するものが開示されている。

特開２００３−３２２６９８号公報

ところで、リサイクル燃料集合体収納用バスケットにはＢ−Ａｌ材が用いられる。Ｂ−Ａｌ材は、中性子吸収を目的に含有されるボロン又はボロン化合物の硬度が高いため、切削や押出成形等の製法により製造されるが、高い技術力を要する材料である。このため、特許文献１に開示されたリサイクル燃料集合体収納用バスケットは、バスケットを構成する部材の製造が困難であるという問題を有する。本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、リサイクル燃料集合体収納用バスケットを構成する部材を容易に製造することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るリサイクル燃料集合体収納用バスケットは、厚さ方向に貫通する複数の孔を有する第１の板状部材と、厚さ方向に貫通する複数の孔を有し、かつ前記第１の板状部材の板面に直交して組み合わされる第２の板状部材と、前記第１の板状部材と前記第２の板状部材とで囲まれる空間に配置される筒状の部材であり、当該筒状の部材の内部にリサイクル燃料集合体を収納する筒状構造体と、を含むことを特徴とする。

このリサイクル燃料集合体収納用バスケットは、第１の板状部材と第２の板状部材とで、板状部材同士が所定の距離をおいて対向するように、第２の板状部材とリサイクル燃料集合体を収納する筒状構造体とを交互に配置して構成される。このように、リサイクル燃料集合体収納用バスケットは、板状の部材と筒状構造体とで構成できるので、複雑な切削加工等が不要となり、容易に製造できる。また、切削が困難なＢ−Ａｌ材は筒状構造体に用いるが、板を折り曲げて筒状に成型したり、熱間押出成型で筒状構造体を一体に成型したりすることで、筒状構造体の切削加工を最小限に抑えることができる。また、第１の板状部材及び第２の板状部材も、圧延成型や熱間押出成型で必要な厚さの板を得ることができ、単純形状とすることで製造難易度を低減することができるので、リサイクル燃料集合体収納用バスケットを構成する部材の切削加工を低減して、リサイクル燃料集合体収納用バスケットを構成する部材を容易に製造できる。

また、上述の特許文献１に開示された構造では、高速中性子を減速させるために配置する部材の突起により、リサイクル燃料集合体を収納するために必要な空間を作るため、隣接する収納部には二枚の板（隣り合う角管の壁）とエレメントの壁との計３枚の板が存在する。そして、各部材には、それぞれ同程度の負荷に耐えられる強度が求められるため、それぞれの板の厚さを小さくできず、結果としてリサイクル燃料集合体収納用バスケットの肥大化（収納密度は粗になる）させていた。本発明のリサイクル燃料集合体収納用バスケットは、リサイクル燃料集合体を収納する空間（セル）を、筒状構造体と第１の板状部材あるいは第２の板状部材との二重の壁面で構成するので、三重の壁面で前記セルを構成する上述の特許文献１に開示された構造よりもコンパクト化を図ることができる。また、本発明のリサイクル燃料集合体収納用バスケットは、筒状構造体の間に、基本的には非Ｂ−Ａｌ材を第１の板状部材及び第２の板状部材を配置し、かつ大部分を孔とする。これによって、高速中性子を減速させるために必要な空間を作り出して、リサイクル燃料集合体収納用バスケットのコンパクト化を図ることができる。

本発明の望ましい態様としては、前記リサイクル燃料集合体収納用バスケットにおいて、前記第１の板状部材に設けられる前記孔の開口面積、及び前記第２の板状部材に設けられる前記孔の開口面積は、前記リサイクル燃料集合体収納用バスケットの外周部よりも中心部の方が大きいことが好ましい。リサイクル燃料集合体収納用バスケットの中心部は、高い未臨界機能を要求されるため極力開口面積を大きくする必要がある。この構成により、相対的に未臨界機能要求が低い外周部においては伝熱性能を確保するために、第１の板状部材や第２の板状部材に設けられる孔の開口面積を、外周部では相対的に小さくすることにより、第１の板状部材や第２の板状部材の伝熱面積を確保できる。

リサイクル燃料集合体収納用バスケットの中央部の温度は高いが、伝熱の必要量は外周部と比べると小さいので、中央部の板状部材での熱伝達に必要な板の面積は少なくて済む。このため、中央部の板状部材の開口面積は大きく取ることができる。一方、リサイクル燃料集合体収納用バスケットの外周部の温度は低いが、伝熱の必要量は中央部と比べると大きい。このため、外周部の板状部材での伝熱に必要な面積は大きくする必要があり、外周部の板状部材の開口面積は小さくすることが必要である。

本発明の望ましい態様としては、前記リサイクル燃料集合体収納用バスケットにおいて、前記第１の板状部材と、前記第２の板状部材との少なくとも一方には、前記リサイクル燃料集合体収納用バスケットの軸方向に向かう溝部が設けられることが好ましい。この溝により、リサイクル燃料集合体収納用バスケットからの排水が容易になる。

本発明の望ましい態様としては、前記リサイクル燃料集合体収納用バスケットにおいて、前記第２の板状部材は、前記第１の板状部材と組み合わされる部分に凹部を有し、前記第１の板状部材に設けられる隣接する孔の間に前記凹部が組み合わされることが好ましい。このような構成により、第１の板状部材と第２の板状部材との相互の位置を速やかに、かつ正確に合わせることができるので、リサイクル燃料集合体収納用バスケットを容易に製造できる。

本発明の望ましい態様としては、前記リサイクル燃料集合体収納用バスケットにおいて、前記第２の板状部材は、前記第１の板状部材と組み合わされる部分に凸部を有し、前記第１の板状部材に設けられる孔とは異なる孔に、前記凸部が組み合わされることが好ましい。このような構成により、第１の板状部材と第２の板状部材との相互の位置を速やかに、かつ正確に合わせることができるので、リサイクル燃料集合体収納用バスケットを容易に製造できる。

本発明の望ましい態様としては、前記リサイクル燃料集合体収納用バスケットにおいて、前記第１の板状部材に設けられる孔、及び前記第２の板状部材に設けられる孔は、前記筒状構造体の長手方向と平行な方向よりも前記筒状構造体の長手方向と直交する方向の方が大きいことが好ましい。

第１の板状部材及び第２の板状部材に設けられる孔は、縦横比が等しい孔、例えば、正方形でもよいが、高燃焼して高発熱するリサイクル燃料集合体を収納する場合、リサイクル燃料集合体収納用バスケットの径方向（リサイクル燃料集合体収納用バスケットの軸と直交する方向）への熱搬送能力が不足するおそれがある。したがって、径方向への熱搬送能力を向上させるために、第１の板状部材及び第２の板状部材に設けられる孔は、筒状構造体の長手方向と直交する方向が広く、筒状構造体の長手方向と平行な方向を狭くする。そして、相対的にはリサイクル燃料集合体収納用バスケットの径方向を向く面積を大きくして、リサイクル燃料集合体収納用バスケットの軸方向を向く面積を小さくする。これによって、第１の板状部材及び第２の板状部材の総面積が増加することを抑制しつつ、第１の板状部材及び第２の板状部材に設けられる孔の面積が減少しないように構成する。

孔が正方形の場合、板状部材は筒状構造体の長手方向も、筒状構造体の径方向も等しい熱搬送能力を持ちうる。しかし、孔を長方形にすると、板状部材の熱搬送能力は、筒状構造体の長手方向と筒状構造体の径方向では、単位面積当たりの熱搬送面積を大きく異ならせることが容易になる。例えば、一枚の板材に４個の正方形の孔がある場合は、板材の熱搬送能力に方向性はなく、板材の剛性にも異方性はない。次に、４個の正方形の孔を設けた板材と同様の開口率で、一枚の板材に６個の長方形の孔がある場合は、板材の熱搬送能力に方向性が生じる。一枚の板材に６個の長方形の孔を設けた場合に、長方形の短辺を筒状構造体の長手方向と平行に配置すると、筒状構造体の径方向に熱搬送可能な伝熱経路が多く確保され、その結果として筒状構造体の長手方向と比べて、筒状構造体の径方向に多くの熱を搬送できる。一方、板材の剛性には異方性が生じ、筒状構造体の長手方向の剛性は筒状構造体の径方向と比較すると相対的には剛性が低くなるが、筒状構造体の長手方向には板の自重以外の荷重は作用しない。このため、筒状構造体の長手方向は、筒状構造体の径方向と比べると大きな剛性は必要とされない。逆に、筒状構造体の径方向には、リサイクル燃料集合体等の荷重も作用するので大きな剛性が必要とされる。

本発明の望ましい態様としては、前記リサイクル燃料集合体収納用バスケットにおいて、前記第１の板状部材及び前記第２の板状部材は、前記第１の板状部材に設けられる孔、及び前記第２の板状部材に設けられる孔を複数かつ斜めに分割する梁部を備えることが好ましい。

リサイクル燃料集合体収納用バスケットは、万一のため、リサイクル燃料集合体収納容器の水平落下、垂直落下、斜め落下を想定して設計される。このため、第１の板状部材及び第２の板状部材は、リサイクル燃料集合体収納用バスケットの軸方向及び当該軸方向に直交する方向の剛性のみならず、斜め落下に対する剛性も確保する必要がある。

単純に、バスケットの軸方向及び当該軸方向と直交する方向との剛性を上げると、高速中性子を減速させるための空間を作り出す第１の板状部材及び第２の板状部材に設けられる孔の面積が十分確保できないおそれがある。また、第１の板状部材及び第２の板状部材の厚さを大きくすると、隣接するリサイクル燃料集合体の距離が大きくなる結果、リサイクル燃料集合体収納用バスケットのコンパクト化が困難になる。

これを回避するため、第１の板状部材及び第２の板状部材に設ける孔の基本的な形状を正方形又は長方形とした場合、孔を斜め方向（例えば、孔の対角線方向）に分断する梁部を設けることにより、梁部が形成される方向に対する剛性が向上する。これによって、斜め落下に対する剛性を向上させることができる。

ここで、斜め方向落下においては、水平面とリサイクル燃料集合体収納容器の軸とのなす角度が３０度程度のときにおける落下姿勢でリサイクル燃料集合体収納容器が落下する場合に、リサイクル燃料集合体収納用バスケットの負荷が最も大きくなる。第１の板状部材及び第２の板状部材に設ける孔の基本的な形状を正方形とし、梁部を前記孔の対角線に沿って形成すると、梁部とリサイクル燃料集合体収納用バスケットの軸との角度は４５度程度になる。したがって、リサイクル燃料集合体収納用バスケットに対する負荷が最も大きくなる落下姿勢においては、梁部による剛性向上の効果が十分に発揮されないおそれがある。また、第１の板状部材及び第２の板状部材に設ける孔の基本的な形状を正方形とした場合に、梁部を有効な角度（梁部とリサイクル燃料集合体収納容器の軸とのなす角度が６０度程度）で設けると、それぞれの孔の面積を一定にすることが困難であり、高速中性子を減速させる空間を確保することが難しくなる。

これに対して、第１の板状部材及び第２の板状部材に設ける孔の形状を、短辺（縦）がリサイクル燃料集合体収納容器の軸と平行になる長方形とし、縦横比を適切に設定する（例えば、縦１に対し横√３）。このようにすれば、孔の対角線に沿って梁部を設けることで、最も負荷が大きくなる姿勢での斜め落下に対する剛性を確保でき、また、それぞれの孔の面積を一定にして、高速中性子を減速させる空間を確保できる。

なお、梁部は、高速中性子を減速させるために必要な孔の開口面積を減少させるが、梁部によって斜め方向のみならず、リサイクル燃料集合体収納用バスケットの軸方向及び当該軸方向と直交する方向においても第１の板状部材及び第２の板状部材の剛性を向上させることができる。その結果、リサイクル燃料集合体収納用バスケットの軸方向及び当該軸方向と直交する方向に孔を拡大して、高速中性子の減速に必要な開口面積を確保し、かつ、リサイクル燃料集合体収納用バスケットに求められる剛性も確保できる。

本発明の望ましい態様としては、前記リサイクル燃料集合体収納用バスケットにおいて、複数の前記第１の板状部材が前記筒状構造体の長手方向に向かって積み重ねられることが好ましい。リサイクル燃料集合体収納用バスケットは、約４ｍの長さを有するので、第１の板状部材を一枚の板で製造すると、組み立て途中での部材の保持や相互の組み付けでの位置合わせが困難になる。一方で、各部材の仕上がりや精度を向上させ、そりやたわみを最小限に抑えることも必要である。そこで、第１の板状部材を、筒状構造体の長手方向に向かって分割し、作業の進捗に応じて分割した第１の板状部材を積み重ねるようにすることで、上述した問題点を解決できる。

本発明の望ましい態様としては、前記リサイクル燃料集合体収納用バスケットにおいて、複数の前記第２の板状部材が前記筒状構造体の長手方向に向かって積み重ねられることが好ましい。これによって、作業の進捗に応じて分割した第２の板状部材を積み重ねるようにすることで、組み立て途中での部材の保持や相互の組み付けでの位置合わせが困難になるという問題を解消できる。

本発明の望ましい態様としては、前記リサイクル燃料集合体収納用バスケットにおいて、積み重ねられた第２の板状部材の一群は、隣接して配置される第２の板状部材の一群に対して、第２の板状部材が積み重ねられる方向の異なる位置で接続されることが好ましい。これによって、第１の板状部材の接続部分をつなぐ第２の板状部材が存在しなくなるおそれを回避できるので、リサイクル燃料集合体収納用バスケットの特定の箇所における剛性低下を抑制できる。また、第１の板状部材や第２の板状部材を分割することにより、リサイクル燃料集合体収納用バスケットの軸方向における第１の板状部材や第２の板状部材の寸法を小さくできるので、リサイクル燃料集合体収納用バスケットの各部の温度差に起因する内部応力を緩和できる。

本発明の望ましい態様としては、前記リサイクル燃料集合体収納用バスケットにおいて、前記筒状構造体は、板材を組み合わせて構成されることが好ましい。このようにすれば、熱間押出成形を用いずに、例えば、板材の折り曲げで筒状構造体を構成できるので、難押出材料であるＢ−Ａｌ材を用いて筒状構造体を構成する場合に好ましい。

本発明の望ましい態様としては、前記リサイクル燃料集合体収納用バスケットにおいて、前記筒状構造体は、一体成形された角パイプであることが好ましい。このように、筒状構造体を一体成形した角パイプとすることで、継ぎ目がない筒状構造体が得られ、溶接等では不可避の溶接ひずみを排除できる。

本発明の望ましい態様としては、前記リサイクル燃料集合体収納用バスケットにおいて、前記筒状構造体は、周方向の厚さが等しいことが好ましい。これによって、筒状構造体を熱間押出成形する際には、比較的容易に製造できる。

本発明の望ましい態様としては、前記リサイクル燃料集合体収納用バスケットにおいて、前記第１の板状部材に沿って一列に配列された複数の前記筒状構造体の列は、当該列に隣接して配置される、前記第１の板状部材に沿って一列に配列された複数の前記筒状構造体の他の列に対して、筒状構造体が配列されるピッチの半分ずれていることが好ましい。

このように、筒状構造体が配列されるピッチの半分ずらして、隣接する筒状構造体の列を配置することにより、筒状構造体の配置の自由度が向上する。そして、リサイクル燃料集合体収納用バスケットが収納されるリサイクル燃料集合体収納容器の断面積（軸方向に直交する平面で切った場合の断面の面積）が同じ場合、筒状構造体が配列されるピッチを半分ずらさずに隣接する筒状構造体の列を配置する場合よりも、多くの筒状構造体を配置できる。例えば、隣接する筒状構造体の列をずらさないで配置したときに２４本の筒状構造体を配置できる場合、隣接する筒状構造体の列をずらして配置したときには２６本あるいは２８本の筒状構造体を配置できる。これによって、リサイクル燃料集合体収納用バスケットに収納可能なリサイクル燃料集合体の本数が増加するので、上述した構造は、リサイクル燃料集合体収納用バスケットの構造として好ましい。

本発明の望ましい態様としては、前記リサイクル燃料集合体収納用バスケットにおいて、前記第１の板状部材には溝部が形成され、また、前記第１の板状部材と組み合わされる前記第２の板状部材の部分には、前記溝部と組み合わされる突起部が形成されることが好ましい。

突起部と溝部とで第１の板状部材と第２の板状部材が係り合うので、両者を組み合わせて構成される空間に筒状構造体を配置すると、筒状構造体は、第１の板状部材及び第２の板状部材で支持される。これによって、筒状構造体は、内部に収納するリサイクル燃料集合体一本分の質量に耐えられればよいので、筒状構造体の側壁の厚さを小さくできる。

本発明の望ましい態様としては、前記リサイクル燃料集合体収納用バスケットにおいて、前記孔は、鉛直方向側に突出する部分又は凹み部を有することが好ましい。重力の作用によって、孔に設けた突出する部分又は凹み部に孔の内部の水が集まり流れ出るので、リサイクル燃料集合体収納用バスケットの排水性が向上する。また、プールではこの突出する部分から孔の内部の空気が集まり流れ出るので、バスケット１の気泡排出性が向上する。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るリサイクル燃料集合体収納容器は、開口部とキャビティとを備える胴と、前記開口部に取り付けられて、前記キャビティを密封する蓋と、前記キャビティ内に配置される、前記リサイクル燃料集合体収納用バスケットと、を備えることを特徴とする。これによって、リサイクル燃料集合体収納用バスケットを構成する部材の切削加工を低減して、リサイクル燃料集合体収納用バスケットを構成する部材を容易に製造できる。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るリサイクル燃料集合体収納用バスケットの製造方法は、厚さ方向に貫通する複数の孔を有する複数の第１の板状部材と、厚さ方向に貫通する複数の孔を有する複数の第２の板状部材とを互いに直交させて組み合わせる手順と、前記第１の板状部材と前記第２の板状部材とで囲まれる空間に、リサイクル燃料集合体を収納するための筒状構造体を配置する手順と、を含むことを特徴とする。これによって、簡単にリサイクル燃料集合体収納用バスケットを製造できる。

また、本発明に係るリサイクル燃料集合体収納用バスケットの製造方法は、厚さ方向に貫通する複数の孔を有する第１の板状部材の側面に、リサイクル燃料集合体を収納するための筒状構造体と、厚さ方向に貫通する複数の孔を有する第２の板状部材とを交互に配置することにより、リサイクル燃料集合体収納用バスケットを構成することを特徴とする。これによって、簡単にリサイクル燃料集合体収納用バスケットを製造できる。

本発明は、リサイクル燃料集合体収納用バスケットを構成する部材を容易に製造できる。

図１は、リサイクル燃料集合体収納容器の一例であるキャスクの概要を示す断面図である。 図２は、図１に示したキャスクのＡ−Ａ断面図である。 図３は、本実施形態に係るバスケットを示す斜視図である。 図４−１は、本実施形態に係るバスケットの一部拡大図である。 図４−２は、本実施形態に係るバスケットを第１の板状部材の板面に直交する方向から見た側面図である。 図４−３は、本実施形態に係るバスケットを第２の板状部材の板面に直交する方向から見た側面図である。 図５−１は、本実施形態に係るバスケットを構成する角パイプの寸法を示す平面図である。 図５−２は、長手方向に貫通孔が形成された第２の板状部材を用いてバスケットを構成した場合における角パイプの寸法を示す平面図である。 図６−１は、本実施形態に係るバスケットを構成する第１の板状部材の模式図である。 図６−２は、本実施形態に係るバスケットを構成する第２の板状部材の模式図である。 図７−１は、本実施形態に係るバスケットを構成する第１の板状部材及び第２の板状部材を分割構造とした例を示す説明図である。 図７−２は、本実施形態に係るバスケットを構成する第１の板状部材及び第２の板状部材を分割構造とした例を示す説明図である。 図８−１は、第２の板状部材に水抜き用の溝を設けた例を示す図である。 図８−２は、第２の板状部材に水抜き用の溝を設けた例を示す図である。 図９−１は、第１の板状部材に水抜き用の溝を設けた例を示す図である。 図９−２は、第１の板状部材に水抜き用の溝を設けた例を示す図である。 図１０−１は、本実施形態に係るバスケットを構成する第２の板状部材の詳細な構造を示す図である。 図１０−２は、本実施形態に係るバスケットを構成する第１の板状部材の詳細な構造を示す図である。 図１１−１は、本実施形態に係るバスケットを構成する第２の板状部材他の構造を示す図である。 図１１−２は、本実施形態に係るバスケットを構成する第１の板状部材の他の構造を示す図である。 図１２−１は、本実施形態に係るバスケットを構成する第１の板状部材に設けられる孔を示す模式図である。 図１２−２は、本実施形態に係るバスケットを構成する第１の板状部材に設けられる孔を示す模式図である。 図１３−１は、本実施形態に係るバスケットを構成する第１の板状部材に設けられる孔を示す模式図である。 図１３−２は、本実施形態に係るバスケットを構成する第１の板状部材に設けられる孔を示す模式図である。 図１３−３は、本実施形態に係るバスケットを構成する第１の板状部材に設けられる孔を示す模式図である。 図１４は、本実施形態に係るバスケットの一つのセルを示す平面図である。 図１５は、本実施形態に係るバスケットの一つのセルを管軸の周りに展開した図である。 図１６は、本実施形態に係るバスケットの一つのセルを管軸の周りに展開した図である。 図１７−１は、第１の板状部材、第２の板状部材に設けられる孔の形状の変形例を示す平面図である。 図１７−２は、第１の板状部材、第２の板状部材に設けられる孔の形状の変形例を示す平面図である。 図１７−３は、第１の板状部材、第２の板状部材に設けられる孔の形状の変形例を示す平面図である。 図１７−４は、第１の板状部材、第２の板状部材に設けられる孔の形状の変形例を示す平面図である。 図１７−５は、第１の板状部材、第２の板状部材に設けられる孔の形状の変形例を示す平面図である。 図１７−６は、第１の板状部材、第２の板状部材に設けられる孔の形状の変形例を示す断面図である。 図１８−１は、本実施形態に係るバスケットを構成する角パイプの例を示す断面図である。 図１８−２は、本実施形態に係るバスケットを構成する角パイプの例を示す断面図である。 図１８−３は、本実施形態に係るバスケットを構成する角パイプの例を示す断面図である。 図１８−４は、本実施形態に係るバスケットを構成する角パイプの例を示す断面図である。 図１８−５は、本実施形態に係るバスケットを構成する角パイプの例を示す断面図である。 図１８−６は、本実施形態に係るバスケットを構成する角パイプの例を示す断面図である。 図１８−７は、本実施形態に係るバスケットを構成する角パイプの例を示す断面図である。 図１９−１は、本実施形態に係るバスケットのセルの配置例を示す平面図である。 図１９−２は、本実施形態に係るバスケットのセルの配置例を示す平面図である。 図１９−３は、本実施形態に係るバスケットのセルの配置例を示す平面図である。 図１９−４は、本実施形態に係るバスケットのセルの配置例を示す平面図である。 図１９−５は、本実施形態に係るバスケットのセルの配置例を示す平面図である。 図２０は、第１の板状部材と第２の板状部材との組み合わせ方の一例を示す拡大図である。 図２１は、本実施形態の変形例に係るバスケットを示す平面図である。

以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この発明を実施するための形態（以下実施形態という）によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるものあるいは実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲内にあるものが含まれる。以下に説明するリサイクル燃料集合体格納用バスケットは、主として輸送、貯蔵用キャスクに使用するものであるが、これに限定されるものではない。例えば、貯蔵目的のコンクリートキャスク、あるいはキャニスタやリサイクル燃料集合体貯蔵プールのラックに使用できる。本発明は、ＰＷＲ、ＢＷＲ（Boiling Water Reactor）いずれに用いられるリサイクル燃料集合体に対しても適用できる。

（実施形態）
本実施形態は、厚さ方向に貫通する複数の孔を有する第１の板状部材と、厚さ方向に貫通する複数の孔を有する第２の板状部材とを、第１の板状部材の板面と第２の板状部材の板面とが直交するように組み合わせ、第１の板状部材と第２の板状部材とで囲まれる空間に、筒状の部材であって内部にリサイクル燃料集合体を収納する筒状構造体を配置して、リサイクル燃料集合体収納用バスケットを構成する点に特徴がある。本実施形態に係るリサイクル燃料集合体収納用バスケットについて説明する前に、リサイクル燃料集合体収納容器について説明する。なお、以下の説明では、リサイクル燃料集合体格納用バスケットを、必要に応じてバスケットと略称する。

図１は、リサイクル燃料集合体収納容器の一例であるキャスクの概要を示す断面図である。図２は、図１に示したキャスクのＡ−Ａ断面図である。図１に示すように、キャスク２００は、蓋２００Ｔと胴２００Ｂとから構成されて、胴２００Ｂの内部にリサイクル燃料集合体を収納してから蓋２００Ｔにより密封される。キャスク２００の胴２００Ｂは、図２に示すように、筒状の胴本体２０１と、胴本体２０１の外周に取り付けられる伝熱フィン２０７と、伝熱フィン２０７のもう一方の長辺側端部に取り付けられる外筒２０５と、胴２００Ｂの外周と伝熱フィン２０７と外筒２０５とで構成される空間に充填される中性子遮蔽材２０９とで構成される。胴本体２０１は、γ線を遮蔽する機能を発揮させるため、十分な厚みを有する炭素鋼やステンレス鋼で製造される。なお、炭素鋼で胴本体２０１を製造する場合、十分なγ線遮蔽機能を発揮させるために、胴本体２０１の厚さは２０ｃｍ〜３０ｃｍとしている。

胴本体２０１には、溶接によって筒状の胴本体２０１に底板を取り付けて構成することができる。また、胴本体２０１の外形に合わせた内部形状を持つコンテナ内に金属ビレットを装入し、胴本体２０１の内形に合わせた外形を持つ穿孔ポンチでこの金属ビレットを熱間成形することによって胴本体２０１と底板とを一体に成形してもよい。さらには、鋳造によって胴本体２０１を製造してもよい。

胴本体２０１の内部は、リサイクル燃料集合体を格納するバスケット１が収納されるキャビティ２０１Ｃとなる。このキャビティ２０１Ｃの中心軸（キャビティ軸Ｚ）方向に垂直な断面内形状は円形であるが、キャスク２００の仕様に応じて、八角形や四角形、略十字型・階段状等の断面内形状を持つキャビティも使用できる。ここで、キャビティ軸は、キャスク２００の軸でもある。本実施形態において、キャビティ２０１Ｃの断面内形状は円形であるため、外形が多角形のバスケット１を収納する際には、第１スペーサ２０２ａ〜第４スペーサ２０２ｄを、バスケット１とキャビティ２０１Ｃとの間に介在させて、バスケット１をキャビティ２０１Ｃ内へ位置決めする。なお、第１スペーサ２０２ａ〜第４スペーサ２０２ｄに、バスケット１を構成する板状部材が嵌め合わされる溝を設け、第１スペーサ２０２ａ〜第４スペーサ２０２ｄと前記板状部材とを焼き嵌めや冷やし嵌め等によって組み合わせてもよい。

ここで、バスケット１は、その外周面をキャビティ２０１Ｃの内壁と接するようにすることが好ましい。これによって、未臨界機能を確保しつつ、容器との熱の受け渡しが広い面で行われるので少ない温度差で伝熱ができる。これによって、Ｂ−Ａｌ材と比較して、伝熱性に劣るＢ−ＳＵＳ材を使用した場合でも収納物の温度を低く保つことができ、また、Ｂ−Ａｌ材の場合は収納物の温度をより低く保つことができる。

キャビティ２０１Ｃ内にリサイクル燃料集合体を収納した後は、キャビティ２０１Ｃの内部から放射性物質が漏洩することを防止するため、一次蓋２００Ｔ₁、二次蓋２００Ｔ₂及び三次蓋Ｔ₃（図１）を前記胴の開口部に取り付けて、キャビティ２０１Ｃを密封する。そして、密封性能を確保するため、一次蓋２００Ｔ₁及び二次蓋２００Ｔ₂と胴本体２０１との間には金属又はエラストマー、あるいは金属とエラストマーとからなるガスケットを設ける。三次蓋Ｔ₃は、一次蓋Ｔ₁や二次蓋Ｔ₂をさらにバックアップする目的で用いるが、この蓋構造は要求される仕様によっては一次蓋や二次蓋迄のものであってもよい。

胴本体２０１の外周には、板状部材で作られた複数の伝熱フィン２０７が放射状に取り付けられている。この伝熱フィン２０７は、アルミニウム板、銅板等といった熱の良導体で作られており、胴本体２０１の外周に溶接その他の接合手段によって、熱がよく伝わるようにしている。また、伝熱フィン２０７の外側には、炭素鋼等で作られた外筒２０５が、溶接その他の接合手段によって取り付けられている。キャビティ２０１Ｃ内に収納されたリサイクル燃料集合体は崩壊熱を発生する。この崩壊熱は、バスケット１及び胴本体２０１を伝わってから、伝熱フィン２０７を介して外筒２０５に伝導されて、外筒２０５の表面から大気中に放出される。

胴本体２０１と外筒２０５と二枚の伝熱フィン２０７とで囲まれる空間には、中性子を遮蔽するため、中性子遮蔽機能を有する材料（中性子遮蔽材２０９）が充填されている。このような機能を持つ材料としては、水素を多く含有する高分子材料であるレジン、ポリウレタン、又はシリコンその他の中性子遮蔽材料を使用することができる。この中性子遮蔽材料によって、リサイクル燃料集合体から放出される中性子を遮蔽し、キャスク２００の外部へ漏洩する中性子を規制値よりも少なくする。

キャスク２００は、リサイクル燃料集合体を収納した後、輸送及び貯蔵するために使用される。キャスクを輸送する場合には、図１に示すように、キャスクの軸、すなわちキャビティ軸Ｚの方向における両端部に緩衝体２０４を取り付けて、万一キャスク２００の落下等が発生した場合でも、容器の十分な密封性能と収納物の健全性とを確保できるようにされる。次に、本実施形態に係るバスケットについて説明する。

図３は、本実施形態に係るバスケットを示す斜視図である。図４−１は、本実施形態に係るバスケットの一部拡大図である。図４−２は、本実施形態に係るバスケットを第１の板状部材の板面に直交する方向から見た側面図である。図４−３は、本実施形態に係るバスケットを第２の板状部材の板面に直交する方向から見た側面図である。

バスケット１は、第１の板状部材１０と、第２の板状部材２０と、筒状構造体である角パイプ３０とを組み合わせて構成される。第１の板状部材１０は、厚さ方向（すなわち、板面に直交する方向の寸法）に貫通する複数の孔１１を有する。また、第２の板状部材２０は、厚さ方向に貫通する複数の孔２１を有し、第１の板状部材１０の板面に直交して組み合わされる。すなわち、第１の板状部材１０の板面と第２の板状部材２０の板面とは互いに直交する。第１の板状部材１０と第２の板状部材２０とを組み合わせる場合、第１の板状部材１０の面に、平面視が長方形である第２の板状部材の長辺側端部を当接させる。角パイプ３０は、第１の板状部材１０と第２の板状部材２０とで囲まれる空間に配置される筒状の部材であり、角パイプ３０の内部にリサイクル燃料集合体を収納する。角パイプ３０の内部は、セル３０Ｃという（図４−１参照）。

本実施形態において、図２に示すように、角パイプ３０は、第１の板状部材１０の板面に沿って一列に配列される。図２に示すように、第１の板状部材１０は、キャスク２００の胴本体２０１のキャビティ軸Ｚに直交する方向（胴本体２０１の径方向）に向かって一体で連続して構成されるので、キャビティ２０１Ｃの中心から外側に向かう伝熱性能が向上する。その結果、温度が上昇しやすいキャビティ２０１Ｃの中心部の熱を胴本体２０１の外周部へ伝え、放熱させやすくなる。

図４−１〜図４−３に示すように、隣接する角パイプ３０同士の間には、第１の板状部材１０及び第２の板状部材２０が配置される。図３に示すように、第１の板状部材１０に設けられる複数の孔１１は、角パイプ３０と第１の板状部材１０と第２の板状部材２０とを組み合わせたときに、角パイプ３０の管軸Ｚｐと平行な方向及び管軸Ｚｐと直交する方向に配列される。このように、第１の板状部材１０には、複数の孔１１が格子状に形成される。第２の板状部材２０に設けられる複数の孔２１は、角パイプ３０と第１の板状部材１０と第２の板状部材２０とを組み合わせたときに、角パイプ３０の管軸Ｚｐと平行な方向に配列される。第１の板状部材１０に設けられる複数の孔１１及び第２の板状部材２０に設けられる複数の孔２１は、角パイプ３０のセル３０Ｃ内に収納されるリサイクル燃料集合体から放出される高速中性子を減速させるフラックストラップとして機能する。このように、第１の板状部材１０及び第２の板状部材２０にそれぞれ複数の孔１１、２１を設けることにより、フラックストラップを容易に確保できる。

角パイプ３０は、未臨界機能の確保と軽量化のため、Ｂ¹⁰（ボロン）を含むＡｌ（アルミニウム）材料（以下、Ｂ−Ａｌ材という）によって製造される（以下同様）。Ｂは、Ｂ₄Ｃ（炭化ボロン）のようなボロン化合物であってもよい。角パイプ３０は、例えば、粉末冶金により製造したボロンアルミのビレットを熱間圧延や熱間押出成形することによって製造できる。第１の板状部材１０及び第２の板状部材２０は、アルミニウム合金（高強度アルミニウム材が好ましい）、鋼や炭素鋼にメッキ処理等の防食表面処理をしたもの、ステンレス合金等を用いることができる。なお、第１の板状部材１０及び第２の板状部材２０は、熱伝導率の高い材料が好ましい。

本実施形態では、角パイプ３０のセル３０Ｃにリサイクル燃料集合体を収納するので、第１の板状部材１０及び第２の板状部材２０は、角パイプ３０を所定の間隔で保持するのみでよい。このため、第１の板状部材１０及び第２の板状部材２０には未臨界機能を持たせる必要はなく、伝熱性に優れたアルミニウムやアルミニウム合金、あるいは所定の伝熱性能を持つ各種の金属や合金を選択できる。このような金属材料は、Ｂ−Ａｌ材よりも加工が困難なものは稀であり、また、わざわざ加工の困難な材料を選択する必要もないため、アルミニウム合金が伝熱性能及び機械強度を確保する上で好適である。

バスケット１は、角パイプ３０をＢ−Ａｌ材で製造し、第１の板状部材１０及び第２の板状部材２０をＢ−Ａｌ材よりも加工が容易な高強度アルミニウム材等で製造するので、コストダウンを図ることができる。また、第１の板状部材１０及び第２の板状部材２０には、切削加工や穿孔により、孔１１及び孔２１を容易に形成できるので、製造が容易である。なお、第１の板状部材１０及び第２の板状部材２０は、鋳造で製造してもよい。角パイプ３０は、熱間押出成形により、容易に製造できる。

バスケット１は、第１の板状部材１０及び第２の板状部材２０自体の構造強度を容易に担保できる。また、複数の孔１１を形成した第１の板状部材１０及び複数の孔２１を形成した第２の板状部材２０でバスケット１を構成することで、図１に示すキャスク２００が水平に落下したときの荷重を分散させやすくなる。さらに、第１の板状部材１０と第２の板状部材２０と角パイプ３０とを組み合わせてバスケット１を構成するので、図４−１に示すセル３０Ｃを千鳥状に配置することも容易である。

バスケット１は、複数の第１の板状部材１０と、複数の第２の板状部材２０とを互いに直交させて組み合わせた後、第１の板状部材１０と第２の板状部材２０とで囲まれる空間に、角パイプ３０を順次配置することにより製造できる。また、第１の板状部材１０の側面に、角パイプ３０と第２の板状部材２０とを交互に配置して一列に並べる手順と、並べられた角パイプ３０の側面と第２の板状部材２０の長辺側端部とに第１の板状部材１０を組み合わせる手順とを繰り返して、バスケット１を構成してもよい。これによって、角パイプ３０を順次配置する場合よりもコンパクトなバスケット１を製造できる。

図５−１は、本実施形態に係るバスケットを構成する角パイプの寸法を示す平面図である。図５−２は、長手方向に貫通孔が形成された第２の板状部材を用いてバスケットを構成した場合における角パイプの寸法を示す平面図である。図５−１に示すように、角パイプ３０は、管軸Ｚｐと直交する平面で切った断面内形状及び断面外形状が矩形である。角パイプ３０の断面内の一辺はＷ１、Ｗ２であり、本実施形態ではＷ１＝Ｗ２である。また、角パイプ３０の厚さ（角パイプ３０の側壁の壁面と垂直な方向における寸法）はｔ１であり周方向に向かって一定である。したがって、本実施形態において、角パイプ３０の断面内形状及び断面外形状は正方形である。

第１の板状部材１０に設けられる孔１１の幅（バスケット１を構成した場合において、角パイプ３０の管軸Ｚｐと直交する方向の寸法）はＬ３であり、第２の板状部材２０に設けられる孔２１の幅（バスケット１を構成した場合において、角パイプ３０の管軸Ｚｐと直交する方向の寸法）はＨ３である。本実施形態において、第１の板状部材１０に設けられる孔１１の幅Ｌ３は、角パイプ３０の断面内における一辺の長さＷ１と同じ大きさであり、第２の板状部材２０に設けられる孔２１の幅Ｈ３は、角パイプ３０の断面内における一辺の長さＷ２と同じ大きさである。

図５−２に示すバスケット１０１は、第２の板状部材１２０の長手方向に貫通孔１２１が形成されている。第２の板状部材１２０の側壁の厚さはｔ３である。また、第１の板状部材１０側における角パイプ１３０の厚さはｔ１であり、第２の板状部材１２０側における角パイプ１３０の厚さはｔ２である。バスケット１０１では、角パイプ３０と第２の板状部材１２０とで、第１の板状部材１０の板面と平行な方向における未臨界機能を確保する。このため、角パイプ１３０と第２の板状部材１２０とをＢ−Ａｌ材で製造するとともに、第２の板状部材１２０側における角パイプ１３０の厚さｔ２と第２の板状部材１２０の側壁の厚さｔ３との和が、第１の板状部材１０側における角パイプ１３０の厚さｔ１となるようにしてある。また、第１の板状部材１０の厚さｔ５と第２の板状部材１２０の貫通孔１２１のｔ５とは、通常は等しくなるようにしてある。

図６−１は、本実施形態に係るバスケットを構成する第１の板状部材の模式図である。図６−２は、本実施形態に係るバスケットを構成する第２の板状部材の模式図である。本実施形態では、第１の板状部材１０に設けられる孔１１の開口面積、及び第２の板状部材２０に設けられる孔２１の開口面積は、バスケット１の外周部よりも中心部の方を大きくしてもよい。例えば、図６−１に示すように、第１の板状部材１０＿１において、バスケット１の中心部（キャビティ軸Ｚの近傍）から径方向（キャビティ軸Ｚと直交する方向）外側に向かうにしたがって、孔１１の開口面積を小さくする。同様に、異なる第１の板状部材１０＿１、１０＿２、１０＿３においては、バスケット１の中心部から径方向外側に向かって、それぞれの第１の板状部材１０＿１、１０＿２、１０＿３に設けられる孔１１の開口面積を小さくする。

より具体的には、第１の板状部材１０＿１においては、Ｒ１で示される径方向において、孔１１＿１１の開口面積Ａ１１＞孔１１＿１２の開口面積Ａ１２＞・・・＞孔１１＿１ｎの開口面積Ａ１ｎとなるようにする。また、異なる第１の板状部材１０＿１、１１−２、１１−３においては、Ｒ２で示される径方向においてバスケット１の中心部に配置される第１の板状部材１０＿１に設けられる孔１１＿１１の開口面積Ａ１１＞第１の板状部材１０＿２に設けられる孔１１＿２１の開口面積Ａ２１＞第１の板状部材１０＿３に設けられる孔１１＿２１の開口面積Ａ３１となるようにする。

また、図６−２に示すように、異なる第２の板状部材２０＿１１、２０＿１２・・・２０＿１ｎにおいては、バスケット１の中心部から径方向外側に向かって（図６−２の矢印Ｒ１方向）、それぞれの第２の板状部材２０＿１１、２０＿１２・・・２０＿１ｎに設けられる孔２１の開口面積を小さくする。同様に、異なる第２の板状部材２０＿１１、２０＿２１、２０＿３１においては、バスケット１の中心部から径方向外側に向かって（図６−２の矢印Ｒ２方向）、それぞれの第２の板状部材２０＿１１、２０＿２１、２０＿３１に設けられる孔２１の開口面積を小さくする。

より具体的には、第２の板状部材２０＿１１においては、Ｒ１で示される径方向において、孔２１＿１１の開口面積Ａ１１＞孔２１＿１２の開口面積Ａ１２＞・・・＞孔２１＿１ｎの開口面積Ａ１ｎとなるようにする。また、異なる第２の板状部材２０＿１１、２０＿２１、２０＿３１においては、Ｒ２で示される径方向においてバスケット１の中心部に配置される第２の板状部材２０＿１１に設けられる孔２１＿１１の開口面積Ａ１１＞第２の板状部材２０＿２１に設けられる孔２１＿２１の開口面積Ａ２１＞第２の板状部材２０＿３１に設けられる孔２１＿２１の開口面積Ａ３１となるようにする。

バスケット１の中心部は、高い未臨界機能を要求されるため、フラックストラップを大きく確保する必要がある。また、バスケット１の外周部は相対的に未臨界機能を低くすることが可能であり、上述した構成により、第１の板状部材１０や第２の板状部材２０に設けられる孔１１、２１の開口面積を相対的に小さくすることにより、第１の板状部材１０や第２の板状部材２０の伝熱面積を確保する。これによって、第１の板状部材１０及び第２の板状部材２０の伝熱性能を確保しやすくなる。

図７−１、図７−２は、本実施形態に係るバスケットを構成する第１の板状部材及び第２の板状部材を分割構造とした例を示す説明図である。図７−１は斜視図であり、図７−２は正面図である。本実施形態において、バスケット１は、第１の板状部材１０及び第２の板状部材２０をそれぞれ複数用いるとともに、バスケット１を構成した場合において角パイプ３０の管軸Ｚｐと平行な方向（キャビティ軸Ｚと平行な方向）に向かって、複数の第１の板状部材１０及び複数の第２の板状部材２０を積み重ねて構成してもよい。これによって、第１の板状部材１０及び第２の板状部材２０の寸法を小さくできるので、これらの製造が容易になり、また、バスケット１を組み立てる際には取り扱いが容易になる。

また、上記構成により、第１の板状部材１０の全長、すなわち長手方向の寸法を短くできるので、バスケット１の各部の温度差に起因する熱伸び量を小さくして、第１の板状部材１０が単体の場合、温度差に起因して発生する熱伸び量の差による熱応力を小さくできる。特に、第２の板状部材２０の材料と第１の板状部材１０の材料とが異なる場合にはより効果的である。

図７−２に示すように、キャビティ軸Ｚと平行な方向に積み重ねられた複数の第２の板状部材２０の一群は、隣接して配置される第２の板状部材２０の一群に対して、第２の板状部材２０が積み重ねられる方向の異なる位置で接続される。これは、複数段積み重ねられる第１の板状部材１０の異なる段に、異なる第２の板状部材２０同士のつなぎ目を配置するということである。これによって、第１の板状部材１０及び第２の板状部材２０の分割にともない、バスケット１の特定箇所の剛性が低下することを抑制できる。

第２の板状部材２０を分割して複数の部品で構成するのは、部材の共通化も考慮して、第１の板状部材１０を２段、３段、４段を積み重ねた長さ程度に集約すると、部品点数を少なくできるが、第１の板状部材１０と第２の板状部材２０との熱伸びの差が少ない場合は、前記の段数をそれぞれ多く（例えば、４段を６段に）してもよい。

図８−１、図８−２は、第２の板状部材に水抜き用の溝を設けた例を示す図である。図９−１、図９−２は、第１の板状部材に水抜き用の溝を設けた例を示す図である。図８−１、図８−２に示すように、第２の板状部材２０には、キャビティ軸Ｚ（バスケット１の軸に相当する）方向に向かう溝２２が設けられる。また、図９−１、図９−２に示すように、第１の板状部材１０には、キャビティ軸Ｚ（バスケット１の軸に相当する）方向に向かう溝１２が設けられる。第２の板状部材２０に設けられる溝２２及び第１の板状部材１０に設けられる溝１２により、バスケット１からの排水が容易になるので好ましい。なお、キャビティ軸Ｚ方向に向かう溝は、第１の板状部材１０と第２の板状部材２０との少なくとも一方に設ければよい。また、複数の第２の板状部材２０すべてに溝２２を設ける必要はなく、一部の第２の板状部材２０に溝２２を設ければよい。さらに、第１の板状部材１０には、少なくとも一部にキャビティ軸Ｚ方向に向かう溝が設けられていればよく、すべての第１の板状部材１０に前記溝を設ける必要はない。また、プールではこの溝から未臨界機能に影響する孔の内部の空気が集まり流れ出るので、バスケット１の気泡排出性が向上し、未臨界機能を確保することが可能となる。

図１０−１は、本実施形態に係るバスケットを構成する第２の板状部材の詳細な構造を示す図である。図１０−２は、本実施形態に係るバスケットを構成する第１の板状部材の詳細な構造を示す図である。第１板状部材１０と第２の板状部材２０とを組み合わせた際に両者のずれを抑制するため、本実施形態では、第１の板状部材１０と組み合わされる側における第２の板状部材２０の端部に凹部２０Ｕを設ける。そして、第１の板状部材１０に設けられる隣接する孔１１の間に形成される連結部１１Ｃに第２の板状部材２０の凹部２０Ｕを組み合わせる。これによって、第１の板状部材１０と第２の板状部材２０とを組み合わせた場合には、凹部２０Ｕと連結部１１Ｃとが噛み合って、第１の板状部材１０と第２の板状部材２０とのずれが抑制される。その結果、バスケットの組み立てが容易になる。

図１１−１は、本実施形態に係るバスケットを構成する第２の板状部材他の構造を示す図である。図１１−２は、本実施形態に係るバスケットを構成する第１の板状部材の他の構造を示す図である。この構造においては、第１の板状部材１０’と組み合わされる側における第２の板状部材２０’の端部に凸部２０Ｔを設ける。そして、第１の板状部材１０’に設けられる孔１１とは異なる孔１０Ｈに、第２の板状部材２０’の凸部２０Ｔを組み合わせる。これによって、第１の板状部材１０’と第２の板状部材２０’とを組み合わせた場合には、凸部２０Ｔと孔１０Ｈとが組み合わさって、第１の板状部材１０’と第２の板状部材２０’とのずれが抑制される。凸部２０Ｔと孔１０Ｈとは全面（図では４面）で保持されるので角パイプが存在しない状態で組み立てる場合でも、バスケットの組み立てが容易になる。また、第２の板状部材の凸部２０Ｔの全周が第１の板状部材１０’に設けられる孔１１で囲われるので、熱の搬送が容易になる効果も得ることができる。

図１２−１〜図１３−３は、本実施形態に係るバスケットを構成する第１の板状部材に設けられる孔を示す模式図である。次の説明では、第１の板状部材１０に設けられる孔１１を説明するが、第２の板状部材２０に設けられる孔についても同様である。図１２−１に示すように、第１の板状部材１０に設けられる孔１１は正方形であるが、図１２−２に示す第１の板状部材１０’’のように、長方形の孔１１ａとしてもよい。例示の図では、キャビティ軸Ｚ方向に対して直交する水平な孔を示しているが、この孔のキャビティ軸Ｚ方向に対して直交する孔の辺は水きり及び気泡排出を目的として勾配を設けてもよい。

また、第１の板状部材１０や第２の板状部材に設けられる孔の形状は、正方形や長方形に限定されるものではなく、図１３−１〜図１３−３に示す第１の板状部材１０ｂ、１０ｃ、１０ｄに設けられる孔１１ｂ、１１ｃ、１１ｄのように、正方形又は長方形の孔に、この孔を複数かつ斜めに分割する梁部１３を設けてもよい。この場合、孔１１ｂ、１１ｃ、１１ｄの形状は三角形となる。梁部１３を設けることにより、梁部１３が形成される方向に対する第１の板状部材１０ｂ、１０ｃ、１０ｄの剛性が向上する。その結果、図１、図２に示すキャスク２００が斜めの姿勢で落下した場合におけるバスケット１の剛性が向上する。

図１３−１に示す第１の板状部材１０ｂは、孔１１ｂに設けられる梁部１３とキャビティ軸Ｚとのなす角度θが約４５度であり、図１３−２、図１３−３に示す第１の板状部材１０ｂ、１０ｃは、孔１１ｂ、１１ｃに設けられる梁部１３とキャビティ軸Ｚとのなす角度θが約６０度である。キャスク２００が斜め落下する場合、水平面とキャスク２００の軸（キャビティ軸Ｚ）とのなす角度が３０度程度のときにおける落下姿勢でキャスク２００が落下で、バスケット１の負荷が最も大きくなる。

このため、図１３−２、図１３−３に示す第１の板状部材１０ｂ、１０ｃのように、梁部１３とキャビティ軸Ｚとのなす角度θを６０度程度（好ましくは６０度）とすることが好ましい。これによって、バスケット１に対する負荷が最も大きくなる落下姿勢において、梁部１３による剛性向上の効果を十分に発揮させることができる。

この場合、第１の板状部材に設ける孔の形状を、図１３−３に示す孔１１ｄのように、短辺がキャビティ軸Ｚと平行になる長方形とし、短辺を縦とした場合の縦横比を適切に設定する。例えば、前記縦横比を縦：横＝１：√３に設定すれば、孔１１ｄの対角線に沿って梁部１３を設けることで、最も負荷が大きくなる姿勢でキャスク２００が斜め落下した場合に対するバスケット１の剛性を確保でき、また、それぞれの孔１１ｄの面積を一定にして、高速中性子を減速させる空間を確保できる。

図１４は、本実施形態に係るバスケットの一つのセルを示す平面図である。図１５、図１６は、本実施形態に係るバスケットの一つのセルを管軸の周りに展開した図である。セル３０Ｃは、角パイプ３０の４個の側壁を囲む空間であり、角パイプ３０の４個の側壁の周りには、それぞれ一対の第１の板状部材１０ｅ及び一対の第２の板状部材２０ｅが配置される。一対の第１の板状部材１０ｅ同士、及び一対の第２の板状部材２０ｅ同士は、それぞれ対向して配置される。図１４に示すように、対向して配置される一対の第１の板状部材１０ｅをそれぞれＢ面、Ｄ面とし、対向して配置される一対の第２の板状部材２０ｅをそれぞれＡ面、Ｃ面とする。

図１５は、図１４に示すセル３０ＣのＡ面、Ｂ面、Ｃ面、Ｄ面それぞれに、三角形状の孔２１ｅ、１１ｅ、２１ｅ、１１ｅを設けた例を示したものである。孔２１ｅ、１１ｅは、２個を一組として管軸Ｚｐ方向に配列され、管軸Ｚｐと直交する方向（図１４に示すセル３０Ｃの周方向）には、Ａ面、Ｂ面、Ｃ面、Ｄ面それぞれに一組ずつ配置される。また、図１６は、図１４に示すセル３０ＣのＡ面、Ｂ面、Ｃ面、Ｄ面それぞれに、２個を一組として孔２１ｅ、１１ｅを配置したもので、管軸Ｚｐと直交する方向には、Ａ面、Ｂ面、Ｃ面、Ｄ面それぞれに複数組（図１６に示す例では、４組）ずつ配置される。このように、セル３０Ｃの周りに配置される一つの第１の板状部材１０ｅ、第２の板状部材２０ｅに、セル３０Ｃの周方向に向かって複数組（あるいは複数個）の孔を設けてもよい。

図１７−１〜図１７−５は、第１の板状部材、第２の板状部材に設けられる孔の形状の変形例を示す平面図である。図１７−６は、第１の板状部材、第２の板状部材に設けられる孔の形状の変形例を示す断面図である。図１７−１〜図１７−６において、符号１１は第１の板状部材に設けられる孔を意味し、符号２１は第２の板状部材に設けられる孔を意味する。符号の後に付すアルファベットは、孔の形状が異なることを意味する。

図１７−１に示すように、孔１１ｆ、２１ｆの形状を三角形とする場合、三角形の頂点が鉛直方向（図１７−１の矢印ｇ方向）を向くようにすることが好ましい。すなわち、孔１１ｆ、２１ｆは、鉛直方向側に突出する部分（鉛直方向突出部）Ｔを有することが好ましい。このようにすると、孔１１ｆ、２１ｆ内の水は、重力の作用によって三角形の頂部に集まり、鉛直方向、すなわち図１に示すキャスク２００のキャビティ２０１Ｃの底部に流れ落ちるので、バスケットからの排水性が向上する。

図１７−２は、孔１１ｇ、２１ｇの形状を台形としたものであり、図１７−３は、孔１１ｈ、２１ｈの形状を五角形としたものであり、図１７−４は、孔１１ｉ、２１ｉの形状を六角形としたものである。いずれの場合も、鉛直方向突出部Ｔを設けることが好ましい。また、図１７−５は、孔１１ｊ、２１ｊの形状を円形としたものである。孔の形状を多角形とした場合、鉛直方向突出部Ｔとする頂点の位置を考慮して第１の板状部材や第２の板状部材に孔を穿孔する必要がある。しかし、孔の形状を円形とすれば、孔１１ｊ、２１ｊ内の水は必ず円弧の最も低い部分に向かうので、鉛直方向突出部Ｔの位置を考慮することなく穿孔できる。例示の図では、孔の上辺は水平になっているが、下辺と同様に勾配を設けてプールでの気泡排出性を向上させることもできる。

図１７−６に示すように、孔１１ｋ、２１ｋは、第１の板状部材１０ｋ、第２の板状部材２０ｋの板面と垂直な方向に対して、孔１１ｋ、２１ｋの軸Ｚｈを傾斜させてもよい。このようにしても、孔１１ｋ、２１ｋ内の水は、低い方に向かって流れるので、排水性が向上する。

図１８−１〜図１８−７は、本実施形態に係るバスケットを構成する角パイプの例を示す断面図である。図１８−１に示す角パイプ３０は、周方向に向かって厚さが均一である。図１８−２に示す角パイプ３０ａは、図１８−１に示す角パイプ３０の角部外側にＲを設けたものである。図１８−３に示す角パイプ３０ｂは、周方向に向かって厚さが異なるものであり、図１８−４に示す角パイプ３０ｃは、図１８−３に示す角パイプ３０ｂの角部外側にＲを設けたものである。これらの角パイプ３０、３０ａ、３０ｂ、３０ｃは、例えば、粉末冶金やメカニカルアロイングを用いて製造したＢ−Ａｌ材のビレットを熱間押出成形することによって製造できる。

図１８−５に示す角パイプ３０ｄは、二枚の板材３２ｄと、二枚の板材３３ｄとを組み合わせて構成される。板材３２ｄと３３ｄとは、例えば、ＦＳＷ（Friction Star Welding：摩擦攪拌溶接）等を含めた講義の溶接手段によって接合してもよい（以下同様）。板材３２ｄの厚さはｔ１であり、板材３３ｄの厚さはｔ７（ｔ７＞ｔ１）である。すなわち、角パイプ３０ｄは、周方向に向かって厚さが異なる。図１８−６に示す角パイプ３０ｅは、二枚の板材３２ｅと、二枚の板材３３ｅとを組み合わせて構成される。板材３２ｅの厚さ及び板材３３ｅの厚さはｔ１である。すなわち、角パイプ３０ｅは、周方向に向かって厚さが均一である。このように、複数の板材を組み合わせて角パイプ３０ｄ、３０ｅを構成すれば、難押出材であるＢ−Ａｌ材を用いる場合でも、比較的容易に角パイプ３０ｄ、３０ｅを構成できる。

図１８−７に示す角パイプ３０ｆにおいて、板材を折り曲げて断面を略コの字形状に成形、あるいは、押出し成形により断面を略コの字形状に成形した部材３４ｆは、１辺は、略角パイプの１辺に近い長さを有し、他の１辺は角パイプのコーナー部の先に短い壁面を形成できる程度の短い辺であることを特徴とし、角パイプ状にするためにコーナー付近でを組み合わせて構成される。このように、断面を略コの字形状に成型した部材３４ｆを組み合わせて角パイプ３０ｆを構成すれば、接合部の溶接に伴う変形の影響を最小にできるので上述した角パイプ３０ｄ、３０ｅと同様に、難押出材であるＢ−Ａｌ材を用いる場合でも、比較的容易に角パイプ３０ｄ、３０ｅを構成できる。略コの字形状に成形した部材は、ＦＳＷ等を含めた広義の溶接手段によって接合される。

図１９−１〜図１９−５は、本実施形態に係るバスケットのセルの配置例を示す平面図である。図１９−１〜図１９−５中の＃と数字との組み合わせは、セルの番号を示す。図１９−１に示すバスケット１ａは、１６個のセルを４×４の格子状に配置した外側に、セルピッチの半分ずれてそれぞれ３個ずつセルを配置し、キャビティ２０１Ｃ内に計２８個のセルを構成するものである。図１９−２に示すバスケット１ｂは、計２８個のセルを有し、＃４〜＃８のセル列と、＃９〜＃１４のセル列とは、セル同士のピッチの半分ずれて配置される。同様に、＃１５〜＃２０のセル列と、＃２１〜＃２５のセル列とは、セル間距離（セルピッチ）の半分ずれて配置される。

図１９−３に示すバスケット１ｃは、隣接するセル列同士がそれぞれセルピッチの半分ずれて配置されて、３３個のセルが構成される。図１９−４に示すバスケット１ｄは、隣接するセル列同士をずらさずに配置して、２４個のセルを構成したものであり、図１９−５に示すバスケット１ｅは、隣接するセル列同士をずらさずに配置して、３０個のセルを構成したものである。このように、本実施形態では、第１の板状部材１０と第２の板状部材２０と角パイプ３０とを組み合わせてバスケットを構成するので、セルの配置の自由度が向上する。

図２０は、第１の板状部材と第２の板状部材との組み合わせ方の一例を示す拡大図である。この例では、第１の板状部材１０ｆに溝１０ｆｓを形成し、第２の板状部材２０ｆの端部に突起部２０ｆｔを設けて溝１０ｆｓに嵌め込む。これによって、第１の板状部材１０ｆと第２の板状部材２０ｆとの位置決めができるので、バスケットの組み立てが容易になる。

図２１は、本実施形態の変形例に係るバスケットを示す平面図である。このバスケット１ｇは、角部に突起部３０ｇｔを有する角パイプ３０ｇ同士を当接させて一列に配列して、配列された角パイプ３０ｇを一対の第１の板状部材１０で挟持して構成される。角パイプ３０ｇの突起部３０ｇｔで囲まれる空間ＦＬ及び第１の板状部材１０に設けられる孔１１がフラックストラップとなる。このバスケット１ｇは、隣接する角パイプ間に配置される第２の板状部材が不要になるので、部品点数を削減できるという利点がある。

以上、本実施形態では、厚さ方向に貫通する複数の孔を有する第１の板状部材と、厚さ方向に貫通する複数の孔を有する第２の板状部材とを組み合わせて形成される空間に、内部にリサイクル燃料集合体を収納する筒状構造体を配置して、リサイクル燃料集合体収納用バスケットを構成する。これによって、リサイクル燃料集合体収納用バスケットを構成する部材を容易に製造できる。

以上のように、本発明に係るリサイクル燃料集合体収納用バスケット及びリサイクル燃料集合体収納容器、並びにリサイクル燃料集合体収納用バスケットの製造方法は、リサイクル燃料集合体の輸送、貯蔵に有用であり、特に、リサイクル燃料集合体収納用バスケットを構成する部材を容易に製造することに適している。

１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｇ、１０１ バスケット
１０、１０’、１０＿１、１０＿２、１０＿３、１０ｂ、１０ｅ、１０ｆ、１０ｋ 第１の板状部材
１１、１１＿１１、１１＿１２、１１＿１ｎ、１１＿２１、１１ａ、１１ｂ、１１ｄ、１１ｆ、１１ｇ、１１ｈ、１１ｉ、１１ｊ、１１ｋ、２１、２１＿１１、２１＿１２、２１＿１ｎ、２１＿１１、２１＿２１、２１ｅ 孔
１１Ｃ 連結部
１２、２２ 溝
１３ 梁部
２０、２０＿１１、２０＿１ｎ、２０＿２１、２０＿３１、２０ｅ、２０ｆ、２０ｋ、１２０ 第２の板状部材
２０Ｔ 凸部
２０Ｕ 凹部
２０ｆｔ 突起部
３０、３０’、３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ、３０ｅ、３０ｆ、３０ｇ、１３０ 角パイプ
３０Ｃ セル
３０ｇｔ 突起部
３２ｄ、３２ｅ 板材
３４ｆ 部材
１２１ 貫通孔
２００ キャスク
２０１ 胴本体
２０１Ｃ キャビティ
２０４ 緩衝体
２０５ 外筒
２０７ 伝熱フィン
２０９ 中性子遮蔽材

Claims (19)

1. 厚さ方向に貫通する複数の孔を有する第１の板状部材と、
   厚さ方向に貫通する複数の孔を有し、かつ前記第１の板状部材の板面に直交して組み合わされる第２の板状部材と、
   前記第１の板状部材と前記第２の板状部材とで囲まれる空間に配置される筒状の部材であり、当該筒状の部材の内部にリサイクル燃料集合体を収納する筒状構造体と、
   を含むことを特徴とするリサイクル燃料集合体収納用バスケット。
2. 前記第１の板状部材に設けられる前記孔の開口面積、及び前記第２の板状部材に設けられる前記孔の開口面積は、前記リサイクル燃料集合体収納用バスケットの外周部よりも中心部の方が大きい請求項１に記載のリサイクル燃料集合体収納用バスケット。
3. 前記第１の板状部材と、前記第２の板状部材との少なくとも一方には、前記リサイクル燃料集合体収納用バスケットの軸方向に向かう溝部が設けられる請求項１又は２に記載のリサイクル燃料集合体収納用バスケット。
4. 前記第２の板状部材は、前記第１の板状部材と組み合わされる部分に凹部を有し、前記第１の板状部材に設けられる隣接する孔の間に前記凹部が組み合わされる請求項１〜３のいずれか１項に記載のリサイクル燃料集合体収納用バスケット。
5. 前記第２の板状部材は、前記第１の板状部材と組み合わされる部分に凸部を有し、前記第１の板状部材に設けられる孔とは異なる孔に、前記凸部が組み合わされる請求項１〜３のいずれか１項に記載のリサイクル燃料集合体収納用バスケット。
6. 前記第１の板状部材に設けられる孔、及び前記第２の板状部材に設けられる孔は、前記筒状構造体の長手方向と平行な方向よりも前記筒状構造体の長手方向と直交する方向の方が大きい請求項１〜５のいずれか１項に記載のリサイクル燃料集合体収納用バスケット。
7. 前記第１の板状部材及び前記第２の板状部材は、前記第１の板状部材に設けられる孔、及び前記第２の板状部材に設けられる孔を複数かつ斜めに分割する梁部を備える請求項１〜５のいずれか１項に記載のリサイクル燃料集合体収納用バスケット。
8. 複数の前記第１の板状部材が前記筒状構造体の長手方向に向かって積み重ねられる請求項１〜７のいずれか１項に記載のリサイクル燃料集合体収納用バスケット。
9. 複数の前記第２の板状部材が前記筒状構造体の長手方向に向かって積み重ねられる請求項１〜８のいずれか１項に記載のリサイクル燃料集合体収納用バスケット。
10. 積み重ねられた第２の板状部材の一群は、隣接して配置される第２の板状部材の一群に対して、第２の板状部材が積み重ねられる方向の異なる位置で接続される請求項９に記載のリサイクル燃料集合体収納用バスケット。
11. 前記筒状構造体は、板材を組み合わせて構成される請求項１〜１０のいずれか１項に記載のリサイクル燃料集合体収納用バスケット。
12. 前記筒状構造体は、一体成形された角パイプである請求項１〜１０のいずれか１項に記載のリサイクル燃料集合体収納用バスケット。
13. 前記筒状構造体は、周方向の厚さが等しい請求項１１又は１２に記載のリサイクル燃料集合体収納用バスケット。
14. 前記第１の板状部材に沿って一列に配列された複数の前記筒状構造体の列は、当該列に隣接して配置される、前記第１の板状部材に沿って一列に配列された複数の前記筒状構造体の他の列に対して、筒状構造体が配列されるピッチの半分ずれている請求項１〜１３のいずれか１項に記載のリサイクル燃料集合体収納用バスケット。
15. 前記第１の板状部材には溝部が形成され、また、前記第１の板状部材と組み合わされる前記第２の板状部材の部分には、前記溝部と組み合わされる突起部が形成される請求項１〜１４のいずれか１項に記載のリサイクル燃料集合体収納用バスケット。
16. 前記孔は、鉛直方向側に突出する部分又は凹み部を有する請求項１〜１５のいずれか１項に記載のリサイクル燃料集合体収納用バスケット。
17. 開口部とキャビティとを備える胴と、
    前記開口部に取り付けられて、前記キャビティを密封する蓋と、
    前記キャビティ内に配置される、請求項１〜１６のいずれか１項に記載のリサイクル燃料集合体収納用バスケットと、
    を備えることを特徴とするリサイクル燃料集合体収納容器。
18. 厚さ方向に貫通する複数の孔を有する複数の第１の板状部材と、厚さ方向に貫通する複数の孔を有する複数の第２の板状部材とを互いに直交させて組み合わせる手順と、
    前記第１の板状部材と前記第２の板状部材とで囲まれる空間に、リサイクル燃料集合体を収納するための筒状構造体を配置する手順と、
    を含むことを特徴とするリサイクル燃料集合体収納用バスケットの製造方法。
19. 厚さ方向に貫通する複数の孔を有する第１の板状部材の側面に、リサイクル燃料集合体を収納するための筒状構造体と、厚さ方向に貫通する複数の孔を有する第２の板状部材とを交互に配置することにより、リサイクル燃料集合体収納用バスケットを構成することを特徴とするリサイクル燃料集合体収納用バスケットの製造方法。

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