JP2011237293A

JP2011237293A - 放射性物質収納方法

Info

Publication number: JP2011237293A
Application number: JP2010109209A
Authority: JP
Inventors: Kenichiro Kotani; 健一郎小谷; Hironori Tamaoki; 廣紀玉置
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2010-05-11
Filing date: 2010-05-11
Publication date: 2011-11-24

Abstract

【課題】収納容器の重量を軽量化すること。
【解決手段】一次蓋１５ａが取り外されたキャスク１０の胴本体１３を水中に沈め、胴本体１３内に使用済燃料集合体２０を収容する工程と、次に、胴本体１３を水中に沈めたままで胴本体１３の上部開口に一次蓋１５ａを取り付ける工程と、次に、胴本体１３を水中に沈めたままで胴本体１３内の水を排出する工程と、次に、キャスク１０を水中から取り出す工程とを含む。このため、水中から取り出すときのキャスク１０の重量が軽量化される。
【選択図】図６

Description

本発明は、使用済燃料などの放射性物質を収納容器に収納する放射性物質収納方法に関する。

核燃料サイクルの終期にあって、原子炉にて燃焼させた使用済燃料（放射性物質）は、高放射能物質を含み、その崩壊熱が発生するために熱的に冷却する必要があることから、原子力発電所の冷却ピットで所定期間にわたって冷却される。その後、使用済燃料は、キャスク（収納容器）に収納され、輸送船、トラックの搬送方法により中間貯蔵施設、再処理工場などに搬送して貯蔵または処理される。なお、使用済燃料は、貯蔵にあたり、棒状のものが支持格子により複数支持された燃料集合体として構成されている（以下、使用済燃料を使用済燃料集合体という）。

キャスクは、一般的に、上部が開口して円筒形状をなす胴本体と、この胴本体の外周部に設けられた中性子遮蔽体であるレジンと、このレジンの外周部に設けられた外筒と、胴本体の内部に配置されて使用済燃料集合体を収容するバスケットと、胴本体の上部に固定される一次蓋及び二次蓋とから構成されている。

使用済燃料集合体をキャスクに収納するには、蓋が取り外されたキャスクの胴本体をこの燃料貯蔵プールに沈め、水中でこの胴本体内のバスケットに使用済燃料集合体を収容する作業を行う。そして、胴本体内に所定本数の使用済燃料集合体が収容されると、胴本体が水中に沈められたまま、胴本体の上部に一次蓋を固定することで上部開口を閉止する。続いて、一次蓋が固定された胴本体をプールから吊上げて取り出した後、除染ピット内で、一次蓋に形成されたベント・ドレン孔を通して内部の水を排出すると共に、真空ポンプを用いて残留した水を吸引除去し、キャビティ内にヘリウムガスを充填して密閉する。そして、胴本体の上部に二次蓋を固定することで上部開口を完全に閉止する。その後、使用済燃料集合体が収容されたキャスクは、中間貯蔵施設で適正な年数、つまり、所定の温度以下に冷却されるまで保管される（例えば、非特許文献１参照）。

使用済燃料貯蔵施設（中間貯蔵施設）に係る技術検討報告書資源エネルギー庁平成１２年１２月添付資料２−１−１福島第一原子力発電所及び東海第二発電所の使用済燃料乾式貯蔵施設の概要についてｐ．２−８〜２−１０

近年では、保管する使用済燃料集合体が増加傾向にあり、より多くの使用済燃料集合体をキャスクに収納する要望がある。ところが、使用済燃料集合体をプール内においてキャスクに収納し、胴本体をプールから吊上げる際、胴本体内に水が充填されていることから、当該作業時が最も重い状態であって、クレーンの揚重設備容量を超えることが考えられる。このため、クレーン揚重設備容量に応じた使用済燃料集合体の収納数とする必要があり、収納効率が低下する場合などがあった。この制限を緩和し収納効率を向上させるには、より高い揚重設備容量のクレーンを新設しなければならず、設備コストが嵩むことになる。

本発明は上述した課題を解決するものであり、収納容器の重量を軽量化することのできる放射性物質収納方法を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、本発明の放射性物質収納方法は、蓋部が取り外された収納容器の胴本体を水中に沈め、前記胴本体内に放射性物質を収容する工程と、次に、前記胴本体を水中に沈めたままで前記胴本体の上部開口に前記蓋部を取り付ける工程と、次に、前記胴本体を水中に沈めたままで前記胴本体内の水を排出する工程と、次に、前記収納容器を水中から取り出す工程と、を含むことを特徴とする。

この放射性物質収納方法によれば、胴本体を水中に沈めたままで胴本体内の水を排出するため、水中から取り出すときの収納容器の重量を軽量化することができる。この結果、収納容器を水中から取り出すときの揚重設備に係る荷重が軽減され、ハンドリング性を向上することができる。また、収納容器の重量が軽量化された分、揚重設備の容量の制限内で、より多くの放射性物質を収納容器に収納することができる。

また、本発明の放射性物質収納方法では、前記胴本体内の水を排出する工程において、前記胴本体内に不活性ガスを導入することを特徴とする。

この放射性物質収納方法によれば、不活性ガスの導入により、水を排出した後の温度上昇を防ぐことができる。この結果、温度上昇により金属ガスケットが腐食する事態を防ぐことができる。しかも、放射性物質の保護などにより収納容器内部の構造が複雑化して狭隘部分が多くなることにより、水はけが悪くなって後の真空乾燥に要する時間が延びる傾向にあるが、胴本体を水中に沈めたままで胴本体内の水を排出して、胴本体内に不活性ガスを導入することで、水はけを良好にし、真空乾燥に要する時間が延びる事態を抑制することができる。

また、本発明の放射性物質収納方法では、前記収納容器を水中から取り出す工程中に、前記胴本体内に不活性ガスを導入することを特徴とする。

また、本発明の放射性物質収納方法では、前記胴本体内の水を排出する工程において、止具により前記蓋部を前記胴本体に押さえ付けることを特徴とする。

この放射性物質収納方法によれば、水の排出中に胴本体内の内圧により蓋部が浮く事態を防止し、胴本体内への水の侵入を防ぐことができる。

本発明によれば、収納容器の重量を軽量化することができる。

図１は、本発明の実施の形態に係る放射性物質収納方法に適用される収納容器（キャスク）の一例を示す一部断面概略図である。図２は、図１に示す収納容器の横断面概略図である。図３は、本発明の実施の形態に係る放射性物質収納方法を示す工程図である。図４は、本発明の実施の形態に係る放射性物質収納方法を示す工程図である。図５は、本発明の実施の形態に係る放射性物質収納方法を示す工程図である。図６は、本発明の実施の形態に係る放射性物質収納方法を示す工程図である。図７は、本発明の実施の形態に係る放射性物質収納方法を示す工程図である。図８は、本発明の実施の形態に係る放射性物質収納方法を示す工程図である。図９は、本発明の実施の形態に係る放射性物質収納方法を示す工程図である。図１０は、収納容器の排水構造の他の例を示す概略図である。図１１は、収納容器の排水構造の他の例を示す概略図である。

以下に、本発明に係る実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施の形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

図１は、本実施の形態の放射性物質収納方法に適用される収納容器（キャスク）の一例を示す一部断面概略図であり、図２は、図１に示す収納容器の横断面概略図である。

図１および図２に示すように、放射性物質を収納する収納容器としてのキャスク１０は、略円筒形状に形成されている。キャスク１０は、キャビティ１１と、バスケット１２と、容器本体としての胴本体１３と、底部１４と、蓋部１５と、中性子遮蔽体１６と、補助遮蔽体１７とを備える。なお、補助遮蔽体１７は、収納するリサイクル燃料の仕様によって、装着が必要な場合に補助的に用いられるものである。

キャビティ１１は、キャスク１０の内部に形成されている。キャビティ１１は、胴本体１３と底部１４と蓋部１５によって囲まれる空間である。バスケット１２は、キャスク１０の内部に設けられる。バスケット１２は、後述する使用済燃料集合体２０を収納するセル１２ａを有する。バスケット１２は、例えば、中性子吸収性能をもつ材料の粉末を添加したアルミニウム複合材によって構成される。キャビティ１１は、その内面が、バスケット１２の外周形状に合わせて形成されている。なお、キャビティ１１を単純形状の円筒形として、キャビティ１１とバスケット１２との間のセルとして使えない隙間に伝熱性能に優れたスペーサを配置したものとしてもよい。

胴本体１３は、略円筒形状に形成されている。胴本体１３は、一方の端部に底部１４が溶接により結合される。また、胴本体１３は、他方の開口端に蓋部１５が設けられる。また、胴本体１３は、その外側にトラニオン１８が固定されている。トラニオン１８は、キャスク１０をクレーンなどの揚重設備で吊るための吊具として機能する。胴本体１３は、周囲に中性子遮蔽体１６が封入されている。中性子遮蔽体１６は、水素を多く含有する高分子材料であって中性子遮蔽機能を実現するものである。中性子遮蔽体１６は、中性子吸収剤としてほう素またはほう素化合物を含むレジンが代表的である。これにより、胴本体１３は、中性子遮蔽機能が高められる。また、底部１４は、内部に中性子遮蔽体１６が封入され、中性子遮蔽機能が高められている。

蓋部１５は、胴本体１３の底部１４とは反対側の開口端を閉塞する。蓋部１５は、一次蓋１５ａと二次蓋１５ｂとを含んで構成される。一次蓋１５ａは、γ線を遮蔽する炭素鋼やステンレス鋼を材料として円盤形状に形成される。二次蓋１５ｂも、一次蓋１５ａと同様に、γ線を遮蔽する炭素鋼やステンレス鋼を材料として円盤形状に形成される。また、二次蓋１５ｂは、内部に中性子遮蔽体１６が封入され、中性子遮蔽機能が高められている。

一次蓋１５ａおよび二次蓋１５ｂは、炭素鋼やステンレス鋼を材料とするボルト１９ａ，１９ｂにより胴本体１３に取付けられる。この時、図には明示しないが、一次蓋１５ａと胴本体１３との間には金属ガスケットが設けられる。また、図には明示しないが、二次蓋１５ｂと胴本体１３との間にも、金属ガスケットが設けられる。この金属ガスケットは、一次蓋１５ａと胴本体１３との間の密封性を確保する。また、金属ガスケットは、二次蓋１５ｂと胴本体１３との間の密封性を確保する。

図３〜図９は、本実施の形態に係る放射性物質収納方法を示す工程図である。この図３〜図９を参照し、上述したキャスク（収納容器）１０に放射性物質としての使用済燃料集合体２０を収納する収納方法について説明する。使用済燃料集合体２０は、使用済燃料棒が支持格子により複数支持されたものである。なお、キャスク１０に収納される放射性物質は、使用済燃料集合体２０に限らず、未使用燃料や放射性廃棄物を含む。

図３に示すように、蓋部１５が取り外された状態のキャスク１０の胴本体１３を燃料貯蔵プール２１（またはキャスクローディングピット）の水底に沈める。これにより、胴本体１３の内部のキャビティ１１は、燃料貯蔵プール２１の水で満たされた状態となる。胴本体１３は、トラニオン１８に掛けられたクレーン２２により吊り下げられて燃料貯蔵プール２１内に運ばれる。なお、本実施の形態のキャスク１０は、胴本体１３の内部のキャビティ１１に、底部１４から上部開口に向けて上下に延在する排水管２３が設けられている。一方、取り外された蓋部１５の一次蓋１５ａは、胴本体１３の内部のキャビティ１１に通じる管２４が設けられている。管２４は、一次蓋１５ａに設けられた図示しないベントポートおよびドレンポートに対して着脱自在に設けられている。本実施の形態において、管２４は、給気ライン２４ａと排水ライン２４ｂとで構成されている。給気ライン２４ａは、一次蓋１５ａを胴本体１３に取り付けた状態で、胴本体１３の内部のキャビティ１１上部域に通じる。また、排水ライン２４ｂは、一次蓋１５ａを胴本体１３に取り付けた状態で、排水管２３に連通する。なお、胴本体１３は、燃料貯蔵プール２１の水により胴本体１３が汚れる事態を防ぐため、その外周が防染バッグ２５で覆われている。

次に、図４に示すように、胴本体１３を燃料貯蔵プール２１に沈めたままで、胴本体１３の内部のキャビティ１１に設けられたバスケット１２の各セル１２ａに、使用済燃料集合体２０を収容する。使用済燃料集合体２０は、燃料取扱工具２６により吊り下げられてセル１２ａに装荷される。

次に、図５および図６に示すように、胴本体１３を燃料貯蔵プール２１に沈めたままで、胴本体１３の上部開口に一次蓋１５ａを取り付ける。一次蓋１５ａは、クレーン２２により吊り下げられて胴本体１３に対して設置される。ここで、数本のボルト１９ａを止具とし、一次蓋１５ａを胴本体１３に押さえ付ける。なお、一次蓋１５ａを胴本体１３に押さえ付ける止具は、ボルト１９ａに限らず、例えば、一次蓋１５ａを設置したクレーン２２をそのまま用いてもよい。

次に、図６に示すように、胴本体１３を燃料貯蔵プール２１に沈めたままで、胴本体１３の内部のキャビティ１１の水を排出する。具体的には、給気ライン２４ａにより不活性ガス（例えば、ヘリウム、アルゴン、または窒素）を給気することで、キャビティ１１内の水を排水管２３および排水ライン２４ｂにより排出する。給気した気体が排水ライン２４ｂから排気されることでキャビティ１１内の水の大部分が排出されたことを確認できる。なお、全ての水が排出された後も、不活性ガスを給気し続ける。

次に、図７に示すように、一次蓋１５ａが取り付けられた胴本体１３（キャスク１０）を、燃料貯蔵プール２１の外部に取り出す。キャスク１０は、トラニオン１８に掛けられたクレーン２２により吊り上げられて燃料貯蔵プール２１外に運ばれる。燃料貯蔵プール２１の外部に取り出されたキャスク１０は、図８に示すように、除染場２７に載置される。なお、キャスク１０を燃料貯蔵プール２１の外部に取り出す本工程中に、不活性ガスを給気し続ける。

次に、図８に示すように、一次蓋１５ａをボルト１９ａにより密閉し、図示しない真空ポンプを用いてキャビティ１１に残留した水を吸引除去し（真空乾燥）、キャビティ１１にヘリウムガスを充填する。

次に、図９に示すように、給気ライン２４ａおよび排水ライン２４ｂを取り外し、胴本体１３の上部に二次蓋１５ｂを固定することで上部開口を完全に閉止する。

なお、図１０の排水構造の他の例を示す概略図に示すように、排水管２３および排水ライン２４ｂを用いなくてもよい。この場合、胴本体１３のキャビティ１１の水を燃料貯蔵プール２１に排出する排出口２８を、胴本体１３の底部１４側に配置する。排出口２８には、燃料貯蔵プール２１の水がキャビティ１１内に逆流する事態を防ぐために逆止弁を設ける。

また、胴本体１３の内部のキャビティ１１の水を排出する工程では、図示しない真空ポンプを用いて排水ライン２４ｂからキャビティ１１の水を吸引しつつ、給気ライン２４ａから不活性ガスを供給してもよい。

また、図１１の排水構造の他の例を示す概略図に示すように、上述した給気ライン２４ａおよび排水ライン２４ｂは、胴本体１３に着脱自在に取り付けられる構成であってもよい。

このように、本実施の形態の放射性物質収納方法は、胴本体１３を水中に沈めたままで胴本体１３内のキャビティ１１の水を排出する。このため、水中から取り出すときのキャスク１０の重量を軽量化することが可能になる。この結果、キャスク１０を水中から取り出すときのクレーン２２に係る荷重が軽減され、ハンドリング性を向上できる。また、キャスク１０の重量が軽量化された分、クレーン２２の揚重設備容量の制限内で、より多くの使用済燃料集合体２０をキャスク１０に収納できる。

また、本実施の形態の放射性物質収納方法では、胴本体１３内のキャビティ１１の水を排出する工程において、胴本体１３内のキャビティ１１に不活性ガスを導入する。このため、水を排出した後の温度上昇を防ぐことが可能になる。この結果、温度上昇により金属ガスケットが腐食する事態を防ぐことが可能になる。しかも、使用済燃料集合体２０の保護などによりバスケット１２の構造が複雑化して狭隘部分が多くなることにより、水はけが悪くなって後の真空乾燥に要する時間が延びる傾向にあるが、胴本体１３を水中に沈めたままで胴本体１３内のキャビティ１１の水を排出して、胴本体１３内のキャビティ１１に不活性ガスを導入することで、水はけを良好にし、真空乾燥に要する時間が延びる事態を抑制することが可能になる。

また、本実施の形態の放射性物質収納方法では、キャスク１０を水中から取り出す工程中に、胴本体１３内のキャビティ１１に不活性ガスを導入する。このため、水を排出した後の温度上昇を防ぐことが可能になる。この結果、温度上昇により金属ガスケットが腐食する事態を防ぐことが可能になる。しかも、使用済燃料集合体２０の保護などによりバスケット１２の構造が複雑化して狭隘部分が多くなることにより、水はけが悪くなって後の真空乾燥に要する時間が延びる傾向にあるが、胴本体１３を水中に沈めたままで胴本体１３内のキャビティ１１の水を排出して、胴本体１３内のキャビティ１１に不活性ガスを導入することで、水はけを良好にし、真空乾燥に要する時間が延びる事態を抑制することが可能になる。

また、本実施の形態の放射性物質収納方法では、胴本体１３内のキャビティ１１の水を排出する工程において、止具（ボルト１９ａまたはクレーン２２）により一次蓋１５ａを胴本体１３に押さえ付ける。このため、水の排出中にキャビティ１１の内圧により一次蓋１５ａが浮く事態を防止し、キャビティ１１への水の侵入を防ぐことが可能になる。

以上のように、本発明に係る放射性物質収納方法は、収納容器の重量を軽量化することに適している。

１０キャスク
１１キャビティ
１２バスケット
１２ａセル
１３胴本体
１４底部
１５蓋部
１５ａ一次蓋
１５ｂ二次蓋
１６中性子遮蔽体
１７補助遮蔽体
１８トラニオン
１９ａ，１９ｂボルト
２０使用済燃料集合体
２１燃料貯蔵プール
２２クレーン
２３排水管
２４管
２４ａ給気ライン
２４ｂ排水ライン
２５防染バッグ
２６燃料取扱工具
２７除染場
２８排出口

Claims

蓋部が取り外された収納容器の胴本体を水中に沈め、前記胴本体内に放射性物質を収容する工程と、
次に、前記胴本体を水中に沈めたままで前記胴本体の上部開口に前記蓋部を取り付ける工程と、
次に、前記胴本体を水中に沈めたままで前記胴本体内の水を排出する工程と、
次に、前記収納容器を水中から取り出す工程と、
を含むことを特徴とする放射性物質収納方法。
前記胴本体内の水を排出する工程において、前記胴本体内に不活性ガスを導入することを特徴とする請求項１に記載の放射性物質収納方法。
前記収納容器を水中から取り出す工程中に、前記胴本体内に不活性ガスを導入することを特徴とする請求項１または２に記載の放射性物質収納方法。
前記胴本体内の水を排出する工程において、止具により前記蓋部を前記胴本体に押さえ付けることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の放射性物質収納方法。