JP2010223923A - 使用済制御棒の水中減容システム - Google Patents

Abstract

【課題】 ボロンカーバイド型の使用済制御棒を、安全に短尺に分断することができる使用済制御棒の水中減容システムを提供する。
【解決手段】 隔離水槽２の中央下部に切断物スタンド３を、中央上部に切断物吊具４を備え、切断物スタンド３と切断物吊具４の間に水平切断ノズル５、ブレード圧縮機６、切断物クランプ７、垂直切断ノズル８を備え、切断物スタンド３と切断物吊具４、切断物クランプ７で使用済制御棒を固定し、ブレード圧縮機６でブレード部を圧縮した後に圧縮面を水平切断ノズル７からアブレイシブウォータージェットを射出して切断する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、高放射性固体廃棄物の減容システムに関し、特に沸騰水型原子力発電所で発生する高放射性固体廃棄物の使用済制御棒を減容のために水中で切断処理する使用済制御棒の水中減容システムに関する。

原子力発電所では、定期的に制御棒の一部を新制御棒と交換しており、使用済制御棒は貯蔵プールに貯蔵されている。図６は、沸騰水型軽水炉で使用される制御棒の外形を示す一部切り欠き斜視図である。制御棒は、断面十字状に４枚のブレードが組み合わされた長尺の形態であり、上端に取り扱いのためのハンドルが、下端に落下速度リミッタが備わっている。落下速度リミッタの下面には制御棒駆動装置のカップリングに嵌め込むためのソケットが設けられている。

ブレードには、中性子を吸収するボロンカーバイド粉もしくはハフニウム板等が充填されている。ボロンカーバイド型の制御棒の場合、ステンレス製のブレード内空洞にボロンカーバイド粉が充填された長手のチューブが並べられて密封されている。
沸騰水型軽水炉においては、制御棒駆動装置に制御棒を載置し、炉心の下方から燃料チャンネルボックスの隙間に挿入して使用される。

落下速度リミッタは、万一移送中や使用中に制御棒が架台から外れて落下した場合に、水中での落下速度を抑制して炉底への衝撃や反応度の急激な変化を緩和するために設けられている。

炉心から撤去された使用済制御棒は、高放射性のため水を満たした貯蔵プールに貯蔵される。しかし、断面が十字型になっており、また断面円形の落下速度リミッタが付属しているため、原姿のままで貯蔵すると制御棒同士の間に空間ができ、貯蔵密度を大きくできないため貯蔵効率が上がらない問題があった。そこで、特許文献１に記載されているように、制御棒を切断し、減容して効率的に貯蔵する対応がなされている。

図７は、特許文献１に記載された高放射性固体廃棄物の水中切断装置の全体概略図である。隔離膜により周囲と隔絶されている架台に、使用済制御棒を垂直に設置し、４か所の切断トーチからアブレイシブウォータージェットを噴出して使用済制御棒を切断する。切断トーチは、上部２か所が鉛直方向に、下部２か所が水平方向に切断するよう配され、下部の切断トーチで落下速度リミッタを切除し、上部の切断トーチで断面十字型のプレートの軸心部を分断する。

図８は切断後の使用済制御棒の状態を示す斜視図である。落下速度リミッタを切除し、断面十字型のプレートを断面Ｌ字型のプレート２枚に切断することで、プレート部を重ねて貯蔵できるようにし、貯蔵効率を飛躍的に向上させている。なお、落下速度リミッタはプレートとは別にバスケットに入れて貯蔵される。

特開平８−２８５９９６号公報

日本国内で稼働している原子炉では、使用済制御棒を上記方法等で減容し、他の高放射性固体廃棄物とともに原子力発電所ごとに設けられている貯蔵プールに貯蔵しているが、稼働期間が長くなると貯蔵プールが飽和する恐れがある。そこで、六ヶ所村の処理施設を利用して、各原子力発電所で発生する高放射性固体廃棄物を一括処理する計画が示されている。

処理施設へはコンテナ等で高放射性固体廃棄物を輸送することになるが、使用済制御棒は４ｍ以上の長尺のため陸上輸送が困難である。また、処理計画の中で保管処理用のコンテナの規格が示された場合、保管用コンテナの長さに合わせて装荷物の長さを規制する必要がある。そこで、使用済制御棒をさらに１．５ｍから２ｍ程度に切断する要望が発生する。しかし、特にボロンカーバイド型の制御棒の場合、プレート部を横手方向に切断すると、切断口が水中に解放されてチューブ内のボロンカーバイド粉が貯蔵プールの水中に放出され水が汚染されるため、２次処理のコストが増大する問題がある。

また、原子炉内で制御棒を使用すると（ｎ，α）反応によりボロンカーバイドの一部がリチウムカーバイドに変成し、それが水と反応して可燃性ガスを発生するため、極力水中への放出を防ぐ必要がある。
しかし、ボロンカーバイド粉末を水中に放出させずに使用済制御棒を短尺に切断する技術は提供されていなかった。

そこで、本発明が解決する問題は、ボロンカーバイド型の使用済制御棒を、安全に短尺に切断することができる使用済制御棒の水中減容システムを提供することである。

上記課題を解決するため、本発明の使用済制御棒の水中減容システムは、原子炉の使用済制御棒を短尺に分断するものであって、ブレード圧縮機と水平切断装置を備えることを特徴とする。ブレード圧縮機が対向する２枚の圧縮刃を備え使用済制御棒のブレード部を使用済制御棒の軸心に対して略垂直に挟んで圧縮するものであり、水平切断装置はブレード部を圧縮した後に圧縮部分を切断するものである。

さらに、上下動可能な切断物スタンドと、切断物吊具と、切断物クランプ機構と、切断物搬出装置とを備え、切断物スタンドに使用済制御棒を載置し、切断物吊具で上端を固定し、切断物クランプ機構でブレード部を固定した後、ブレード部をブレード圧縮機で圧縮し、水平切断装置で切断して、切断部より上方の切断片を切断物吊具で吊り上げ、吊り上げた切断片を切断物搬出装置により搬出する。使用済制御棒が切断を要する長さを残している場合は、切断物スタンドを上昇させて使用済制御棒を繰り上げて切断物吊具に固定し、再度切断作業および搬出作業を行うことを特徴とする。

切断物搬出装置は、切断物吊具を駆動して切断物を搬出するものであっても良い。この場合、ブレード部を圧縮、切断した後、切断物吊具を駆動して切断物を吊持したまま移送し、集積場所に静置する。その後、切断物吊具を元の位置に戻して後続処理を行う。

また、ブレード部の軸心部を垂直方向に切断してブレード部を縦に２分する垂直切断装置を備えることもできる。落下速度リミッタを切除しブレード部を垂直方向に２分した形状をした使用済制御棒、および未処理の使用済制御棒の双方を処理できる様に構成することが好ましい。水平切断装置はメタルソーやプラズマトーチを使用することができるが、特にアブレイシブウォータージェットを利用すると、切断片が熱で変形しないため寸法が安定し確実に収納できる上、メンテナンス性に優れ、汚染ガスやドロス等の副生成物の発生を抑制できるため有利である。

本発明の使用済制御棒の水中減容システムによれば、従来は長尺のまま貯蔵プールに貯蔵されていた使用済制御棒を、周囲に放射能汚染を広げることなく短尺に分断することができる。したがって、使用済制御棒を輸送する場合や保管用コンテナに装荷する場合などに、安価で手軽に使用済制御棒の長さを制限することができる。

本発明の１実施形態に係る使用済制御棒の水中減容システムの概略構成図である。 本実施形態の使用済制御棒の水中減容システムの動作例を示す手順図である。 ブレード圧縮機で圧縮した状態のブレード部の断面図である。 本実施形態の使用済制御棒の水中減容システムの動作例を示す手順図である。 図４Ａの手順の続きの動作例を示す手順図である。 本実施形態の使用済制御棒の水中減容システムで切断処理した切断片を重ねた状態の斜視図である。 沸騰水型軽水炉で使用される制御棒の外形を示す一部切り欠き斜視図である。 従来技術の高放射性固体廃棄物の水中切断装置の全体概略図である。 切断後の使用済制御棒の状態を示す斜視図である。

以下、図面を用い実施形態に基づいて本発明の使用済制御棒の水中減容システムを詳細に説明する。
図１は本実施形態における使用済制御棒の水中減容システムの概略構成図である。貯蔵プール１内に隔離水槽２が形成され、隔離水槽２の中央下部に切断物スタンド３が、中央上部に切断物吊具４が備わっている。切断物吊具４は中央面を境に２個に分かれており、図示しない駆動装置により隔離水槽２内のまたは外部の切断物集積場所まで別個に移動可能になっている。

切断物スタンド３と切断物吊具４の間には水平切断ノズル５、ブレード圧縮機６、切断物クランプ７、垂直切断ノズル８が配されている。切断物スタンド３の上面は、落下速度リミッタ下面のソケットが収まる円形の凹みが中央に穿たれており、さらに中心から外周に向けて十字のスリットが形成されている。また、切断物スタンド３は図示しない駆動装置により昇降可能に設置されている。

水平切断ノズル５は対象物を水平方向に切断するようになっており、垂直切断ノズル８は対象物の下端から上端まで走査して切断するようになっている。
水平切断ノズル５と垂直切断ノズル８には高圧水管９が接続されており、高圧水管９は貯蔵プール１外に設けられた高圧水発生装置１０に接続している。また、隔離水槽２内に取水口１１が開口しており、浄化ポンプ１２、浄化フィルタ１３、ドロスタンク１４からなる循環浄化系により隔離水槽２の水を浄化している。

水平切断ノズル５と垂直切断ノズル７には、それぞれアブレイシブノズル１５が接続されている。高圧水管９から導入される高圧水とアブレイシブノズル１５から供給されるアブレイシブを混合し、アブレイシブウォータージェットをノズルから射出して対象物を切断する。

アブレイシブノズル１５から噴射されたアブレイシブは、隔離水槽２の底部に堆積する。隔離水槽２の底部に堆積したアブレイシブは、アブレイシブ回収口１６から回収し、アブレイシブ回収ポンプ１７によりアブレイシブ回収タンク１８に搬入する。アブレイシブノズル１５を使用するときは、アブレイシブ回収タンク１８からノズルにアブレイシブを供給することにより、アブレイシブを循環利用するようになっている。

図２は本実施形態における使用済制御棒の水中減容システムの動作例を示す概略図である。図中では、切断物スタンド３、切断物吊具４、使用済制御棒および説明対象となる部位のみを示している。

本実施形態の使用済制御棒の水中減容システムでは、落下速度リミッタを切除し軸心部を分断した断面Ｌ字型の状態で多数を重ねて貯蔵プールに減容貯蔵されていた使用済制御棒を横手方向に切断して短い切断片に分割することができる。さらに、沸騰水型軽水炉で使用されたのち原姿のまま貯蔵プールに搬入された使用済制御棒も同様に処理可能である。図２では、断面Ｌ字状になるように分離された使用済制御棒をさらに切断減容処理する手順を説明している。

断面Ｌ字型の使用済制御棒２０の下端を切断物スタンド３の上面の十字スリットに差し込み、上端を切断物吊具４で固定し、中間部の切断位置のやや下の部分を切断物クランプ７で固定する（図２（ａ））。その後、切断物クランプ７で固定した部位のやや上の切断位置の部分をブレード圧縮機６で圧縮する（図２（ｂ））。

ブレード圧縮機６は使用済制御棒２０のブレード部２１に対して垂直に２枚の圧縮刃が対向して配されており、水圧もしくは空圧で圧縮刃を押し出してブレード部を挟み込んで圧縮する。Ｌ字もしくは十字型のブレードを圧縮するために、２組４枚の圧縮刃が備わっており、０時−６時方向および３時−９時方向の２方向から順に圧縮することで、２枚のブレード部２１を圧縮する。なお、圧縮刃には、圧縮しないブレード部２１と干渉しないように中央にスリットが切られている。
ブレード圧縮機６でブレード部２１を圧縮した後、水平切断ノズル５で圧縮面を切断する（図２（ｃ））。

図３にブレード部２１をブレード圧縮機６で圧縮した状態のブレード部２１断面図を示す。ブレード部２１はステンレス薄板製シース３０およびチューブ３１に被覆されてボロンカーバイド粉末３２が充填されている。したがって、ブレード部２１をそのまま水平切断ノズル５で横手方向に切断する場合は、シース３０およびチューブ３１の切断面が水中に解放されてチューブ３１に充填されているボロンカーバイド粉末３２が水中に放出されることになる。

これに対して、本実施形態では、切断前にシース３０およびチューブ３１を圧縮し、切断部分をシールしてから切断するため、ボロンカーバイド粉末が遊離することがない。そのため、貯蔵プール１中の水を汚染せず、安全に使用済制御棒２０を短尺に切断することができる。

ブレード部２１を切断した後、上部の切断片を図示しない駆動装置を駆動して切断片を切断物吊具４で吊持したまま集積場所に搬出し（図２（ｄ））、切断片を静置した後、切断物吊具４を図の位置に戻す。その後、切断物スタンド３を上昇させてブレード部２１を繰り上げて切断物吊具４に固定し（図２（ｅ））、圧縮、切断（図２（ｆ））、搬出（図２（ｇ））を繰り返して使用済制御棒２０を目的の長さに切断する。なお、最後の切断片についても、切断が終わった後に切断物スタンドを上昇させて切断物吊具４に固定し、切断物吊具４を駆動して搬出する（図２（ｈ））。

上記のように、本実施形態の使用済制御棒の水中減容システムでは、長尺の使用済制御棒を安全に目的の長さに分断できる。したがって、コンテナで輸送するなど、長尺のままでは取り扱いに不便な際に所望の長さに分割することができ、輸送コストが削減できるとともに、規格が定められている保管用コンテナなどに合わせて整形することができる。

図４Ａと図４Ｂは、原姿のままの使用済燃料棒を本実施形態の使用済制御棒の水中減容システムで切断する手順を示した概要図である。
切断物スタンド３に使用済制御棒４０の落下速度リミッタ４１を載置し、切断物スタンド上面の凹みに落下速度リミッタ４１下面のソケット部を嵌め込む。さらに、使用済制御棒４０の上端部を切断物吊具４で固定し、中間部を切断物クランプ７で固定する（図４（ａ））。その後、垂直切断ノズル８で使用済制御棒４０の軸心部をブレード部の下端から上端まで切断し、使用済制御棒４０を分断する（図４（ｂ），（ｃ））。

続いて、切断物クランプ７で固定した部位のやや上の部分をブレード圧縮機６で圧縮する（図４（ｄ））。なお、ブレード圧縮機６は、２組４枚の圧縮刃が備わっているため、断面十字状のブレードも２段階の動作で圧縮できる。

ブレード圧縮機６で圧縮した圧縮面のうちＬ型に連なる２面を水平切断ノズル５で切断し（図４（ｅ））、切断物吊具４の駆動装置を作動して切断片を集積場所に搬出する（図４（ｆ））。続いて、残るＬ型２面についても切断（図４（ｇ））、搬出を行う（図４（ｈ））。その後、切断部スタンド３を上昇させて使用済制御棒４０を繰り上げ（図４（ｉ））、再度片面の切断（図４（ｊ））、搬出（図４（ｋ））、残る片面の切断（図４（ｌ））、搬出を行う（図４（ｍ））。最後に、残ったブレード部と落下速度リミッタ４１の間を切断し、それぞれ搬出する（図４（ｎ），（ｏ），（ｐ），（ｑ），（ｒ））。このようにして、任意の長さのＬ字型断面のブレード部と落下速度リミッタ４１部を得る。

図５は、本実施形態の使用済制御棒の水中減容システムで切断した切断片を重ねた状態の斜視図である。
断面Ｌ字状の切断片５０の山と谷を合わせることで、切断片５０同士に隙間を作らずに重ねることができる。したがって、貯蔵密度を大きくでき、スペース効率を向上させることができる。

さらに、本実施形態の使用済制御棒の水中減容システムにより、断面Ｌ字状に減容処理した使用済制御棒を適宜の長さに分断できるため、陸路での輸送や最終処理時の制約などにより長さが制限される場合でも、使用済制御棒の形態を収納場所やコンテナに合わせて安全、安価に整形することができる。落下速度リミッタ部については、図示した断面Ｌ字状の切断片５０とは別にバスケット等に収納して保管する。

以上のように、本実施形態の使用済制御棒の水中減容システムによれば、原姿のまま貯蔵プールに搬送された使用済制御棒を、充填されているボロンカーバイドを放出することなく、断面Ｌ字状の短尺物として分断し落下速度リミッタ部を切除して、任意の長さに切断することができる。また、断面Ｌ字状に２つに分断されて減容貯蔵されている使用済制御棒においても安全に任意の長さに切断することができる。
したがって、本実施形態の使用済制御棒の水中減容システムを利用することで、使用済制御棒の貯蔵、搬送を効率的に行うことができる。

本発明の使用済制御棒の水中減容システムは、沸騰水型原子力発電所で発生する高放射性固体廃棄物の使用済制御棒を最終処理場等へ輸送、収容保管する際に適用して、移送、保管コストを削減することができる。

１ 貯蔵プール
２ 隔離水槽
３ 切断物スタンド
４ 切断物吊具
５ 水平切断ノズル
６ ブレード圧縮機
７ 切断物クランプ
８ 垂直切断ノズル
９ 高圧水管
１０ 高圧水発生装置
１１ 取水口
１２ 浄化ポンプ
１３ 浄化フィルタ
１４ ドロスタンク
１５ アブレイシブノズル
１６ アブレイシブ回収口
１７ アブレイシブ回収ポンプ
１８ アプレイシブ回収タンク
２０，４０ 使用済制御棒
２１ ブレード部
３０ シース
３１ チューブ
３２ ボロンカーバイド粉末
４１ 落下速度リミッタ
５０ 切断片

Claims (7)

1. 原子炉の使用済制御棒を短尺に分断する使用済制御棒の水中減容システムであって、対向する２枚の圧縮刃を備え前記使用済制御棒のブレード部を該使用済制御棒の軸心に対して略垂直に挟んで圧縮するブレード圧縮機と、該ブレード圧縮機により圧縮した前記ブレード部の圧縮部分を切断する水平切断装置を備える使用済制御棒の水中減容システム。
2. さらに、上下動可能な切断物スタンドと、切断物吊具と、切断物クランプ機構と、切断物搬出装置とを備え、該切断物スタンドに前記使用済制御棒を載置し、該切断物吊具で該使用済制御棒の上端を固定し、該切断物クランプ機構で前記ブレード部を固定した後、該ブレード部を前記ブレード圧縮機で圧縮し、前記水平切断装置で該圧縮した部分を切断して、前記切断物吊具で該切断部より上方の切断片を吊り上げ、前記切断物搬出装置により該切断片を搬出し、さらに前記使用済制御棒に残部があれば、再度、前記切断物スタンドを上昇させ前記使用済制御棒を繰り上げて前記切断物吊具で固定し、切断作業を繰り返すことを特徴とする請求項１に記載の使用済制御棒の水中減容システム。
3. 前記切断物搬出装置が、前記切断物吊具を駆動して前記切断物を搬出するものであることを特徴とする請求項２に記載の使用済制御棒の水中減容システム。
4. さらに前記ブレード部の軸心部を垂直方向に切断して該ブレード部を縦に２分する垂直切断装置を備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の使用済制御棒の水中減容システム。
5. 未処理の使用済制御棒および、落下速度リミッタを切除しブレード部を垂直方向に２分した形状をした使用済制御棒の双方を処理することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の使用済制御棒の水中減容システム。
6. 前記水平切断装置がアブレイシブウォータージェットを利用して前記使用済制御棒を切断するものであることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の使用済制御棒の水中減容システム。
7. 前記使用済制御棒が前記ブレード部にボロンカーバイド粉末を充填したものであることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の使用済制御棒の水中減容システム。

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