JP2011102800A - 半径方向に積み重ねられた放射線防御材料からなる放射性物質の搬送および／または貯蔵用のキャニスター - Google Patents

Abstract

【課題】放射性物質の搬送／貯蔵用キャニスターの側壁部における熱伝導率を改善する。
【解決手段】キャニスターは、２つの同心のシェルを有し、２つの同心のシェルの間には、放射線防御手段が収納される。放射線防御手段は、ガンマ線に対するバリアを形成しており、キャニスターの半径方向に沿って重ねられた第１の金属製放射線防御材料３０と第２の金属製放射線防御材料３２を有している。第１の材料３０は、外側シェル２４に接触して支持され、第２の材料３２は、内側シェル２２に接触して支持されている。さらに、前記材料３０，３２が、前記長手軸を共有する任意の平面に沿う断面において、この軸に対して傾いた直線状の境界面４０に沿って互いに接触している。
【選択図】図３

Description

本発明は、核燃料アセンブリ、未使用の放射性物質、または、放射能を帯びた放射性物質などの、放射性物質の搬送および／または貯蔵の分野に関する。

特に、本発明は、２つの同心のシェル間に配置され、ガンマ線に対するバリアを形成する放射線防御手段を有するキャニスターに関する。

従来から、核燃料アセンブリの搬送および／または貯蔵を保証するために、貯蔵「バスケット」、或いは、貯蔵「ラック」としても知られる貯蔵装置が使用されている。

通常、円筒形と、おおよそ円形断面とからなる上記の貯蔵装置は、それぞれ核燃料アセンブリを受け入れ可能な複数の隣接するハウジングを有している。

上記の貯蔵装置は、核燃料アセンブリと一体にするために、核物質が封入された核燃料アセンブリの搬送および／または貯蔵用のコンテナをキャニスターの空洞内に収納することを目的としている。

一般に、上述の空洞は、キャニスターの長手方向に沿って延びる側壁部によって形状が規定される。
上記の側壁部は、例えば、２つの同心の金属シェルによって構成され、これらの２つの金属シェルは、放射線防御手段が収納される環状空間を共に形成している。
放射線防御手段は、具体的には空洞内に収納された燃料アセンブリから放射されるガンマ線に対するバリアを形成している。

従来から、放射線防御手段は、２つの金属シェルにより形状が規定された適当な環状空間内に、空洞の周囲に広がる鉛か、それの合金の一つからなる数個の既成の材料によって形成されている。

このため、これらの各材料が長手方向の挿入方向に沿って２つのシェル間に挿入される。

したがって、このような挿入を可能とするために、組立時に遊びがなければならない。
上記の遊びによって、結果として、キャニスターの側壁部内に、内側シェル、放射線防御材料、および、外側シェルが次々に配置される半径方向に沿って、材料の不連続性が生じる。

確認される材料の不連続性によって、キャニスターの側壁部の熱伝導率は、かなり低下する。
そして、このことは、燃料アセンブリにより発生した熱を拡散させるキャニスターの性能が低いことを意味する。

材料の不連続性による好ましくない影響を最小限にするために、製造上の公差を低減することによって放射線防御材料とシェルとの隙間を減少させることはできるが、それでもなお、このことによりコストが非常に掛かる上に、材料の不連続性を取り除くことはほとんどできない。

熱効率の損失を低減するために、何もない空間にヘリウムを注入するような別の手段を採用することもできる。

しかしながら、この技術によってコストが発生する上に、キャニスターの操作に深刻な問題が引き起こされる。

別の解決方法は、熱伝導の機能と放射線防御の機能とを分けることを基礎にしている。
この方法は、その後、環状空間内に放射線防御材料と共に交互に配置された２つのシェルを繋ぐ付加的なフィン型材料によって実施されている。

それでもなお、この方法によって、キャニスターの設計が一層複雑になり、しかも、実際にフィンが側壁部の２つのシェルとそれぞれ接触していることを確かめるための特殊な技術の利用が必要となる。

ＵＳ ４４５３０８１ Ａ ＵＳ ５６４１９７０ Ａ ＪＰ ２００７１３９６７７ Ａ ＪＰ ０４０３６６９７ Ａ

そこで、本発明の目的は、従来技術の実施例に関する上述の問題点を少なくとも部分的に改善することにある。

このために、本発明が目的とするものは、放射性物質の搬送および／または貯蔵用のキャニスターである。
キャニスターは、このキャニスターの長手軸の周囲に延びる側壁部を有している。
側壁部は、内側金属シェルと外側金属シェルとからなり、放射性物質を収納するための空洞を形成している。
上記の２つのシェルは同心であり、これらの２つのシェルによって放射線防御手段を収納する環状空間が形成されている。
そして、この放射線防御手段は、ガンマ線に対するバリアを形成している。

本発明において、上記の放射線防御手段は、上記のキャニスターの半径方向に沿って重ね合わされた少なくとも１つの第１の金属製放射線防御材料と少なくとも１つの第２の金属製放射線防御材料とを有し、第１の材料は外側シェルに接触して支持され、第２の材料は内側シェルに接触して支持されている。

さらに、第１の材料と第２の材料とは、それらの境界面を通過し、上記の長手軸を共有する任意の平面に沿う断面において、この軸に対して傾いた直線状の境界面に沿って互いに接触している。

このように、本発明では、２つのシェル間で放射線防御材料が十分に熱を伝えることができるようにする的確な設計を提案する。

実際、上記の熱は、最初に内側シェルと第２の放射線防御材料との間で、これら部品間の接触により連続的に輸送され、その後、第１の材料と第２の材料との接触面間で輸送され、そして、最後にまた、第１の材料と外側シェルとの間で、これら部品間に与えられた接触により輸送される。

このように、放射線防御材料の特有な形状と配置とによって、キャニスターの側壁部に十分な熱伝導性を与えることができる。

このため、ヘリウムや熱伝導フィンは、もはや必要ではないので、キャニスターの設計や製造を簡単にすることができる。

しかも、第１の放射線防御材料と第２の放射線防御材料とは、それぞれ２つのシェルの一方とだけ接触し他方からは隔てているが、もはや従来技術のように、２つのシェルをそれぞれ可能な限り近づけることを目的とはしていないので、これらの材料の製造上の公差は増大しても差し支えない。

結果として、コストが、かなり効果的に削減される。

最後に、半径方向に重ね合わされた第１の材料と第２の材料との境界面で生じる接触力は長手方向に対して傾いていることに留意する。

このため、この接触の強さの他に、放射線防御材料と、それらに対応するシェルとの間の接触の強さもまた、相対的な材料間の長手方向の位置に依存する。

その結果として、２つの防御材料のうち一方の防御材料を、すでに設置された、それに対応するシェルと他方の防御材料との間に長手方向に滑らせて挿入すると、その接触の強さは挿入するほど増大し、一度設置されると、シェル間で両材料にひとりでにきつくなる性質が与えられる。

これらの接触の強さを増大させることによって、より優れた熱伝導性が保証されるという点で有利となる。

この点において、これらの材料間の熱伝導をさらに一層改善するために、２つの放射線防御材料の少なくとも一方の接触面を熱伝導層によって覆ってもよいことに留意する。

この層は、厚さが薄く、変形しやすい、例えば、鉛か、或いは、その合金の一種により形成されるのが好ましい。

もちろん、この熱伝導層による解決策は、放射線防御材料とシェルとの接触面に適用してもよい。

また、上記の傾いた直線を、上記の長手軸と、１°と１０°との間の角度（Ａ）で形成するのが好ましい。

したがって、これらの放射線防御材料が長手方向に動かなくなったときには、その傾いた境界面によって、放射線防御材料を、それらに対応するシェルに対して半径方向に十分に固定することができる。

第１の材料と第２の材料との境界面は、平ら（ｆｌａｔ）にされるか、或いは、面取りされる（ｔｒｕｎｃａｔｅｄ）のが好ましい。

どちらの場合にも、その表面の機能によって、キャニスターの側壁部に全体として十分な熱伝導性が与えられる。

境界面が平らな場合には、長手軸に直交した平面に沿う任意の断面において、境界面を、断面の中心を通る半径方向の直線に直交した直線状にするのが好ましい。

また、境界面を面取りする他の場合には、境界面を内側シェルと外側シェルとに同心状にするのが好ましい。

さらに、外側シェルに接触して支持された第１の材料の外側面を真っ直ぐな断面とするか、或いは、さらに好ましくは、第１の材料を支持する外側シェルの内側面と同一直径の円弧形状とし、内側シェルに接触して支持された第２の材料の内側面を真っ直ぐな断面とするか、或いは、さらに好ましくは、第２の材料を支持する内側シェルの外側面と同一直径の円弧形状とするのが好ましい。

したがって、特に、上述の外側面と内側面とが長手軸を軸とする場合には、それらによってシェルと放射線防御材料との間で面接触可能となるので、円弧形状の断面であるのが好ましい。

また、第１の材料と第２の材料とは、それぞれ環状空間内における接触だけで保持されるのが好ましい。

このことは、防御材料とそれに対応するシェルとの間にも、半径方向に重ね合わされた２つの防御材料の間にも、特に付加的な固定手段を付加しないことを意味している。

したがって、本設計によって、上記の材料を互いの接触により、そして、シェルにより相互に保持させることができる。

また、上記の第１の材料と第２の材料とは、同一であるか、或いは、異なる周方向の長さを有している。

例として、上記のキャニスターは、複数の第１の金属製放射線防御材料と複数の第２の金属製放射線防御材料とを有しており、複数の第１の材料は、それぞれ、複数の第２の材料の１つに半径方向に独立に支持され、逆に支持している。
第１の材料と第２の材料との各組は、同一の周方向の長さを有するのが好ましい。

最後に、本発明が目的とするもう１つのものは、最初に第１の材料と第２の材料との一方を環状空間内に導入し、次に第１の材料と第２の材料との他方を、それに対応するシェルと、すでに導入された材料との間に長手方向に挿入する上述のキャニスターの製造方法である。

本発明の、その他の特徴および効果は、この後に示される詳細かつ限定しない記載によってはっきりする。

本発明の第１の実施例のキャニスターを含む、概略だけが示された核燃料アセンブリの搬送および／または貯蔵用のコンテナの概略図である。 図１のII−II線に沿った、キャニスターの一部のより詳細な断面図である。 図２のIII−III線に沿った断面図である。 図１，図２，および，図３に示されるキャニスターの製造方法の一工程を示す概略図である。 他の実施例のキャニスターの、図２のキャニスターと同様の図を示す図である。 他の実施例のキャニスターの、図２のキャニスターと同様の図を示す図である。

まず図１を参照すると、核燃料アセンブリの搬送および／または貯蔵用のコンテナ１が示されている。

ここで、本発明は、搬送／貯蔵される核物質の種類に全く制限されないことに留意する。

コンテナ１は、本発明が目的とするキャニスター２の全体を含んでおり、キャニスター２の内部には、貯蔵バスケットとしても知られる貯蔵装置４を有している。

図１に概略的に示されるように、装置４は、キャニスター２に、ハウジング空洞６内に設置するために供給されている。
また、上記の貯蔵装置と上記のハウジング空洞との長手軸と一致する上記のキャニスターの長手軸８を見ることもできる。

本明細書中では、用語「長手方向」を、長手軸８に平行、かつ、キャニスターの長手方向Ｘに平行として理解する必要があり、用語「周方向の長さ」を、この同一の長手軸８に直交するだけでなく、キャニスターを横断する方向、或いは、キャニスターの半径方向Ｒとして理解する必要がある。

従来の方法では、そして、思いつくものでは、貯蔵装置４は、軸８に平行に配置された複数の隣接するハウジングを有していることに留意する。
これらのハウジングは、それぞれ、断面正方形、或いは、断面長方形の少なくとも１つ、好ましくは１つだけの燃料アセンブリを受け入れ可能である。

コンテナ１と本装置４とは、アセンブリの搬送中に通常適用される水平位置、或いは、横置き位置ではなく、燃料アセンブリを取り付け、または、取り外しする垂直位置で示されてきた。

一般的に言えば、キャニスター２は、基本的に装置４を垂直位置に設置するための底部１０と、リッド１２と、長手軸８に沿って周囲に延びる側壁部１４とを有している。
側壁部１４は、上記のキャニスターの開口の形状を規定している。
上記のキャニスターの開口は、上記のバスケットをハウジング空洞６内に挿通可能にし、その後、リッド１２によって密閉される。

したがって、内側面１６によってハウジング空洞６の形状を規定しているのは、おおよそ円筒形と円形断面とからなり、軸８に一致した軸を有する、この側壁部１４である。

リッド１２で開く空洞６の底の形状を規定する底部１０は、本発明の範囲を超えることなく、少なくとも側壁部１４の一部を有する単一部分によって形成することができる。

ここで、図２を参照すると、キャニスターの長手軸（図２では見えない）を中心とする２つの同心の金属シェルを最初に有する側壁部１４の一部を詳細に見ることができる。
２つの同心の金属シェルは、環状空間１８を共に形成している。
この環状空間１８には、本発明に特有の放射線防御手段２０が収納される。

シェル２２，２４は、例えば、鋼鉄によって形成されている。

この防御手段２０は、具体的には、空洞６内に収納され、放射能を帯びた燃料アセンブリにより放射されるガンマ線に対するバリアを形成するように設計されている。

このように、防御手段２０は、内側シェル２２と外側シェル２４との間に収納される。
内側シェル２２の内側表面は、空洞６の内側面１６に対応している。

図２に示されるように、この本発明の第１の実施例では、防御手段２０は、それぞれ符号３０，３２によって参照される複数の第１の放射線防御材料と第２の放射線防御材料とを有している。

ここで、上記の複数の材料は、半径方向に重ね合わされた第１の材料３０と第２の材料３２とからなる各組に一緒にまとめられる。
上記の組は隣接しており、接線方向としても知られる周方向Ｔに沿って接触している。

これらの材料３０，３２の組は、数十個であってもよい。

第１の材料３０と第２の材料３２とは、金属であり、鉛、鋳鉄、或いは、それらの合金の一種からなるブロックとするのが好ましい。
この種の物質によって、ガンマ線に対する放射線防御性と十分な熱伝導性との両方を確保できる。

この後分かるように、第１の材料３０と第２の材料３２とは、長手方向に沿って反対向きに置かれているが、ほとんど同様の形状を有している。

第１の材料３０のそれぞれに関して、その外側面は外側シェル２４の内側面２４ａに接し、さらには、直接の接触によって支持されるのが好ましい。

また、この接触は、内側面２４ａに面しているブロック３０の全表面上で面接触であるのが好ましい。

このためには、たとえ本発明の範囲を超えることなく真っ直ぐな断面が想定できたとしても、ブロック３０の外側面は、横断面において、内側面２４ａと同様か、または、一致した直径の、同一中心の凸状の円弧形状を有している。

さらに、ブロック３０の内側面は、内側シェル２２の外側面２２ａから隔たっており、ブロック３０に半径方向に重ね合わされた第２の材料３２の外側面と接触している。

この第２の材料３２は、その内側面が内側シェル２２の外側面２２ａに接して支持され、さらに直接接触するのが好ましい。

この接触は、外側面２２ａに面しているブロック３２の全表面上で面接触であるのが好ましい。

このためには、たとえ真っ直ぐな断面が想定できたとしても、ブロック３２の外側面は、ここで、横断面において、外側面２２ａと同様か、または、一致した直径を有する同一中心の凹状の円弧形状を有している。

この第１の実施例では、各組の２つの材料３０，３２は、同一の周方向の長さを有しており、半径方向に沿って互いに完全に重ね合わされている。

言い換えれば、上記の２つのそれぞれは、その組の他の材料に半径方向に独立に支持され、結果として周方向の長さが同一の２つの材料は同じ向きになる。

また、互いに円周状に続く材料３０，３２の組は、周方向の長さが同一であっても異なっていてもよい。

すでに考えてきたように、第１の材料３０のそれぞれの内側面とそれに対応する第２の材料３２の外側面とは、図２、図３、図５、および、図６において、符号４０で参照される境界面で面接触している。

この境界面は、平らにされるか、面取りされる。
言い換えれば、この後者の場合には、境界面は面取りされた表面の角部分の形状をとる。

境界面４０は、それを横切り、軸８を共有する任意の長手方向の平面を通る断面において、Ｘ方向に平行な長手方向の直線４２に対して角度Ａだけ傾いた直線状となる。

図３に示されるように、この角度Ａは、例えば、１°と１０°との間で、小さい方が好ましい。

同一の断面において、両シェルと、それらに対応する材料との間の境界面は、その部分に関して、Ｘ方向に平行な直線であることに留意する。

それゆえ、材料３０，３２のうち一方の材料は、長手方向Ｘの所定の方向に沿ってテーパー加工された断面を有し、他方の材料は、長手方向Ｘの所定の方向とは反対方向に同様にテーパー加工された断面を有している。

さらに、上記の長手軸に直交する任意の平面に沿う断面において、各境界面４０は、おおよそ周方向を向いた直線状になる。
そして、各境界面４０は、より正確には、上記の断面の中心を通り、明らかに（図２では見えない）長手軸８も通る放射状の直線４１に直交する直線状になることを図２は示している。

このような上記の側壁部に十分な熱伝導性を与える構造を利用して、上記のアセンブリから放出された熱は、２つのシェル２２，２４の間で連続的に伝わる。

図２の矢印によって概略的に示されるように、熱は、最初に各組の内側シェル２２と第２の材料３２との間を伝わり、次に接触している第１の材料３０と第２の材料３２との間を伝わり、そして、最終的に第１の材料３０と外側シェル２４との間を伝わる。

この解決策の主な利点の１つは、これら２つのシェルの一方だけにそれぞれ接触する単純な形状の材料３０，３２を使って、２つのシェル間に得られる連続的な熱の優先的伝導経路が確保されることである。

ここでは、このように、材料３０，３２のそれぞれが、環状空間１８内での接触によって独立に保持されている。
材料３０，３２は、それぞれ、シェルの一方と、それに半径方向に重ね合わされた防御材料とに接して固定されている。

キャニスターの製造を保証するために、そして、さらに具体的には、放射線防御材料の各組の組み立てのために、最初に第２の材料３２をシェル２２の外側面２２ａに接して環状空間１８内の適当な場所に配置する。

そのとき、第２の材料３２のテーパー部はキャニスターの開口に近接しており、最も太い他方の端部が、例えば、上記のキャニスターの底部に配置される。

それから、第１の材料３０は、図４に概略的に示されるように、そのテーパー端部が、この材料３２の太い端部に徐々に接近して、すでに配置されている外側シェル２４と材料３２との間に長手方向に摺動される。

上記の境界面において、２つの材料３０，３２の間で面接触が得られ、そして、第１の材料３０とシェル２４の内側面２４ａとの間で面接触が得られるまで、このような摺動は行なわれる。

材料３２に対して第１の材料３０を長手方向にずらしていくと、結果として、接触の強さが増大し、これにより熱伝導性が強化される。

なお、第２の材料より先に第１の材料３０が導入されるような反対の配置が、本発明の範囲を超えることなく想定できることに留意する。

さらに、たとえ、最初に３６０°の全ての組のうち、全ての第２の材料か、或いは、全ての第１の材料を配置して、次に他方の材料を環状空間内に摺動させることを想定したとしても、材料の組を次々に組み立てた方がよいことが分かる。

図５に記載された第２の実施例では、もはや組として広がる放射線防御材料を有していないが、ここで、材料３０，３２は、クインカンクス状に配置されている。

したがって、それぞれの第１の材料３０は、周方向に沿って直接隣接している２つの第２の材料３２に接して半径方向に支持され、支持している。

この実施例では、複数の第２の材料と同様に、複数の第１の材料が互いに周方向に接触した状態では、材料３０，３２のそれぞれの周方向の長さが均等によく一致しているか、または、異なっている。

最後に、図６は、シェル形状の単一の第１の材料３０とシェル形状の単一の第２の材料３２とだけを備えた第３の実施例を示している。
ここで、境界面４０は、上述のシェルの軸８（不図示）を中心として、面取りされている。

ここまで記載してきた本発明に、当業者により、一意的に限定しない例によって、様々な技術的修正がなされてもよいことは明らかである。

Claims (10)

1. 放射性物質の搬送および／または貯蔵用のキャニスター（２）であって、
   前記キャニスターは、
   前記キャニスターの長手軸（８）の周囲に延びる側壁部（１４）
   を有し、
   前記側壁部は、
   放射性物質を収納するための空洞（６）を形成し、
   内側金属シェル（２２）と外側金属シェル（２４）と
   を有し、
   前記２つのシェルは、
   同心であり、
   ガンマ線に対するバリアを形成する放射線防御手段（２０）が収納される環状空間（１８）の内部を共に形成し、
   前記放射線防御手段は、
   前記キャニスターの半径方向に沿って重ね合わされた少なくとも１つの第１の金属製放射線防御材料（３０）と少なくとも１つの第２の金属製放射線防御材料（３２）とを有し、
   前記第１の材料（３０）は、前記外側シェル（２４）に接触して支持され、
   前記第２の材料（３２）は、前記内側シェル（２２）に接触して支持され、
   前記第１の材料（３０）と第２の材料（３２）とが、それらの境界面を通過し、かつ前記長手軸（８）を共有する任意の平面に沿う断面において、前記軸に対して傾いた直線状の境界面（４０）に沿って互いに接触している
   ことを特徴とするキャニスター。
2. 前記傾いた直線（４０）が、前記長手軸（８）と、１°と１０°との間の角度（Ａ）を有して形成されていることを特徴とする請求項１に記載のキャニスター。
3. 前記第１の材料（３０）と第２の材料（３２）との間の前記境界面（４０）が、平ら（ｆｌａｔ）にされているか、または、面取りされている（ｔｒｕｎｃａｔｅｄ）ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のキャニスター。
4. 前記境界面（４０）が、平らであり、かつ、
   前記長手軸（８）に直交する平面に沿う任意の断面で、その中心を通過する放射状の直線に直交する直線状になる
   ことを特徴とする請求項３に記載のキャニスター。
5. 前記境界面（４０）が、面取りされ、かつ、
   前記内側シェルと外側シェルとに同心状にされている
   ことを特徴とする請求項３に記載のキャニスター。
6. 前記外側シェル（２４）に接触して支持された第１の材料（３０）の外側面が、
   真っ直ぐな断面か、または、
   第１の材料（３０）を接触して支持する前記外側シェルの内側面（２４ａ）と同一直径の円弧形状であり、
   前記内側シェル（２２）に接触して支持された第２の材料の内側面（３２）が、
   真っ直ぐな断面か、または、
   第２の材料を接触して支持する前記内側シェルの外側面（２２ａ）と同一直径の円弧形状である
   ことを特徴とする請求項１ないし請求項５の何れか一項に記載のキャニスター。
7. 前記第１の材料（３０）と第２の材料（３２）とは、それぞれ、前記環状空間（１８）内での接触だけで保持されている
   ことを特徴とする請求項１ないし請求項６の何れか一項に記載のキャニスター。
8. 前記第１の材料（３０）と第２の材料（３２）とが、同一であるか、或いは、異なる周方向の長さを有している
   ことを特徴とする請求項１ないし請求項７の何れか一項に記載のキャニスター。
9. 複数の第１の金属製放射線防御材料（３０）と、
   複数の第２の金属製放射線防御材料（３２）と、
   を有し、
   それぞれの第１の材料が、前記複数の第２の材料の１つに半径方向に独立に支持され、かつ支持している
   ことを特徴とする請求項１ないし請求項８の何れか一項に記載のキャニスター。
10. 最初に、前記第１の材料と第２の材料との一方（３２）を前記環状空間に導入し、
    次に、前記第１の材料と第２の材料との他方（３０）を、それに対応するシェルと、すでに導入された前記材料（３２）との間に長手方向に挿入する
    ことを特徴とする請求項１ないし請求項９の何れか一項に記載のキャニスターの製造方法。