JP2012173228A - 放射線発生体収納施設 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却空気の圧損を低減し、放射線を効果的に遮断して漏洩を防ぐ。
【解決手段】建屋１０２には放射線発生体１０３が収納され、建屋１０３には吸気ダクト１１０と排気ダクト１２０が連通している。吸排気ダクト１１０，１２０は、水平ダクト１１１，１２１と、これに連通した鉛直ダクト１１２，１２２とで構成されており、水平ダクト１１１，１２１のダクト空間のうち先端側は放射線減衰空間Ｒ１，Ｒ２となっている。吸排気ダクト１１０，１２０内には放射線遮蔽板はなく、空気は低圧損で流通し、放射線は放射線減衰空間Ｒ１，Ｒ２で反射・吸収されて外部漏洩することはない。低圧損であるため、排気ダクト１２０を低くしても効果的な自然循環流通ができる。
【選択図】図１

Description

本発明は放射線発生体収納施設に関し、冷却空気の圧損が小さく且つ放射線を効率的に遮蔽することができるように吸排気ダクトに工夫をしたものである。

放射性発生物質や放射線発生機器を取り扱う施設においては、施設外への放射線放出量が厳しく管理されている。放射線放出量を低減するためには、放射線が外部に漏れないように、気密性のある施設が求められる。また、放射線は物質透過性を持つために、施設の壁や天井を厚くする必要がある。

このような原子力関連の施設として、放射線発生体を収納する放射線発生体収納施設がある。
具体的には、高放射性廃棄物とガラスを混ぜて一体化したガラス固化体を貯蔵するガラス固化体貯蔵施設や、使用済燃料を収納したキャスクを貯蔵するキャスク貯蔵施設や、放射線発生装置が設置された放射線発生施設などがある。
ガラス固化体やキャスクや放射線発生装置は放射線（中性子線やＸ線やγ線など）を発生する放射線発生体である。
またガラス固化体は製造直後の表面温度が２００°Ｃを越える発熱体であり、キャスクは崩壊熱などにより熱を発生する発熱体であり、放射線発生装置は稼働時に熱を発生する発熱体である。

発熱する放射線発生体を空気冷却するためには、施設の建屋内の換気が必要であり、施設には吸排気ダクトが設置されている。
吸排気ダクトは空気の通り道になるだけでなく、放射線の通り道となる。このため、吸排気ダクトを通って放射線が施設の外に放出されないように、ダクトを屈曲させたり、ダクトの中に放射線遮蔽板を置いたりすることで、流路を蛇行させて放射線の遮蔽を行っている。
このようにすると、直進する放射線は、屈曲したダクトの内壁面やダクト内に配置した放射線遮蔽板に衝突して減衰・吸収されて外部へ漏洩することがなくなる。
一方、ダクトを屈曲させたり、ダクト内に放射線遮蔽板を置いたりすることで、流路を蛇行させても、空気は流通することができ空気冷却を行うことができる。

空気冷却をする方式としては、ファンを用いる強制循環方式と、自然の力を利用した自然循環方式があるが、放射線発生体収納施設としては、停電時の対応や長期冷却の観点から、自然循環方式が有利である。
自然循環を促進させるためには、流路の圧損が低いことが望ましいが、放射線遮蔽のためにダクト内に放射線遮蔽板を配置したり、ダクトを屈曲させたりすることは、吸排気ダクトとの圧損を増やす要因となっている。

放射線遮蔽のためにダクトを屈曲させたりダクト内に放射線遮蔽板を置いたりすることで、吸排気ダクトの圧損が増えた分は、自然循環の駆動力を増やす必要がある。そこで自然循環駆動力を増加させるために、排気口の高さを高くする必要がでてきている（例えば特許文献１参照）。

図９は、従来の放射線発生体収納施設１の一例を示す。この放射線発生体収容施設１は、自然循環方式により空気冷却をする施設であり、建屋２は地中に掘り下げられて設けられている。つまり、建屋２はその下部側が地中に入っており、上部側は大気側に露出している。
建屋２内には、放射線発生体３が収納されている。放射線発生体３は、放射線（中性子線やＸ線やγ線など）を発生する、例えば、ガラス固化体やキャスクや放射線発生装置である。

吸気ダクト１０は、その基端部１０ａが建屋２の内部空間に連通しており、その吸気口１０ｂが大気に開口している。吸気ダクト１０は屈曲しており、しかも、吸気ダクト１０の内部に複数の放射線遮蔽板１１を配置している。

排気ダクト２０は、その基端部２０ａが建屋２の内部空間に連通しており、その排気口２０ｂが大気に開口している。排気ダクト２０は屈曲しており、しかも、吸気ダクト２０の内部に複数の放射線遮蔽板２１を配置している。

図９において、空気の流れは点線の矢印で示しており、放射線の進行は実線の矢印で示している。
空気は吸気ダクト１０内を通って建屋２の内部に入って、放射線発生体３を空気冷却する。温度上昇した空気は、排気ダクト２０内を通って外部の大気中に排出される。

放射線発生体３から発生した放射線は直進し、屈曲したダクト１０，２０の内壁面や放射線遮蔽板１１，２１に衝突し、エネルギー減衰して放射線遮蔽板１１，２１等に吸収され、外部に漏洩することはない。

排気ダクト２０は、屈曲すると共に内部に放射線遮蔽板２１が配置されているため、流通する空気の圧損が増加する。そこで、圧損が増えた分を補填するため、排気口２０ｂの高さを高くして自然循環の駆動力を増やしている。

特開２０００―１８０５８６

耐震要求を満たした高い建造物はコスト高につながると共に、景観を損なう要因となる。特に放射線発生体収容施設１の排気ダクト２０が高くなり、排気口２０ｂが高所に位置することは、周辺住民にとって望ましいものではない。

本発明は、上記従来技術に鑑み、低圧損で放射線を効率的に遮蔽し、しかも、排気ダクトを低くすることができる放射線発生体収容施設を提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明の構成は、
放射線発生体を収納する建屋と、前記建屋に連通した吸気ダクトと、前記建屋に連通した排気ダクトを備えた放射線発生体収納施設において、
前記吸気ダクトと前記排気ダクトの少なくとも一方は、
水平ダクトと鉛直ダクトとで構成されており、
前記水平ダクトは、その基端部が前記建屋の内部空間に連通しており、その基端部から水平方向に伸びて、先端面が閉塞しており、
前記鉛直ダクトは、その基端部が前記水平ダクトに連通しており、その基端部から鉛直方向上方に向かって立ち上がっており、その先端には大気に開口した開口部が形成されており、
しかも、前記鉛直ダクトの基端部が前記水平ダクトに連通している位置は、前記水平ダクトの基端部と前記水平ダクトの先端面との間の位置になっていることを特徴とする。

また本発明の構成は、
前記建屋は、その下部側が地中に入っており、その上部側が大気側に露出しており、
前記水平ダクトは、地中に配置され、
前記鉛直ダクトは、その基端部側が地中に配置され、上側部分は大気中に配置されていることを特徴とする。

また本発明の構成は、
前記水平ダクトのうち前記鉛直ダクトが連通している部分よりも前記先端面側には、前記水平ダクトの内壁面に固定されると共に、水平ダクトの内部空間に突出するにつれて前記先端面側に向かうように傾斜している複数枚の放射線反射板が配置されていることを特徴とする。

また本発明の構成は、
前記水平ダクトの内部空間のうち前記鉛直ダクトが連通している部分よりも前記先端面側には、相互に間隔を開けつつ平行な状態で複数枚の放射線反射板が配置されていることを特徴とする。

本発明では、ダクト流路中に遮蔽板などの構造物が無く、圧損が低減しダクトの高さを低くすることができる。
また、水平ダクトの内部空間のうち鉛直ダクトが連通している部分よりも先端面側が放射線減衰空間となり、この放射線減衰空間にて放射線を効果的に反射・減衰させることができ、放射線が外部に漏洩することを防止できる。

本発明の実施例に係る放射線発生体収納施設を示す構成図。 放射線減衰の効果を説明するための説明図。 放射線減衰空間に放射線反射板を配置した例を示す断面図。 放射線減衰空間に配置した放射線反射板を示す平面図。 放射線減衰空間に放射線反射板を配置した例を示す断面図。 図５のＡ矢視図。 放射線減衰空間に放射線反射板を配置した例を示す構成図。 放射線減衰空間に放射線反射板を配置した例を示す構成図。 従来の放射線発生体収納施設の一例を示す構成図。

以下、本発明の実施の形態について、実施例に基づき詳細に説明する。

図１は、本発明の実施例１に係る放射線発生体収納施設１０１を示す。この放射線発生体収容施設１０１は、自然循環方式により空気冷却をする施設であり、建屋１０２は地中に掘り下げられて設けられている。つまり、建屋１０２はその下部側が地中に入っており、上部側は大気側に露出している。この建屋１０２の壁面（側面、天井面、床面）は、放射線を遮蔽するコンクリートなどで形成されている。
建屋１０２内には、放射線発生体１０３が収納されている。放射線発生体１０３は、放射線（中性子線やＸ線やγ線など）を発生する、例えば、ガラス固化体やキャスクや放射線発生装置である。

吸気ダクト１１０は、水平ダクト１１１と垂直ダクト１１２とを連通して構成されている。
水平ダクト１１１は、地中に配置された水平方向に伸びるダクトであり、その基端部１１１ａが建屋１０２の内部空間に連通しており、その先端面１１１ｂは閉塞している。
鉛直ダクト１１２は、鉛直方向に配置されており、その基端部１１２ａが水平ダクト１１１に連通している。しかも、鉛直ダクト１１２の基端部１１２ａが水平ダクト１１１に連通している位置は、水平ダクト１１１の基端部１１１ａと先端面１１１ｂとの間の位置になっている。この鉛直ダクト１１２は、水平ダクト１１１の配置位置から鉛直方向上方に向かって立ち上がっており、先端には大気に開口した吸気口１１２ｂが形成されている。この鉛直ダクト１１２は、基端部１１２ａ側の部分が地中に配置され、上側部分は大気中に配置されている。

この吸気ダクト１１０では、水平ダクト１１１の内部空間のうち、鉛直ダクト１１２が連通している部分よりも、先端面１１１ｂ側の空間が放射線減衰空間Ｒ１となっている。なお、吸気ダクト１１０内には、放射線遮蔽板は配置していない。

排気ダクト１２０は、水平ダクト１２１と垂直ダクト１２２とを連通して構成されている。
水平ダクト１２１は、地中に配置された水平方向に伸びるダクトであり、その基端部１２１ａが建屋１０２の内部空間に連通しており、その先端面１２１ｂは閉塞している。
鉛直ダクト１２２は、鉛直方向に配置されており、その基端部１２２ａが水平ダクト１２１に連通している。しかも、鉛直ダクト１２２の基端部１２２ａが水平ダクト１２１に連通している位置は、水平ダクト１２１の基端部１２１ａと先端面１２１ｂとの間の位置になっている。この鉛直ダクト１２２は、水平ダクト１２１の配置位置から鉛直方向上方に向かって立ち上がっており、先端には大気に開口した排気口１２２ｂが形成されている。この鉛直ダクト１２２は、基端部１２２ａ側の部分が地中に配置され、上側部分は気中に配置されている。

この排気ダクト１２０では、水平ダクト１２１の内部空間のうち、鉛直ダクト１２２が連通している部分よりも、先端面１２１ｂ側の空間が放射線減衰空間Ｒ２となっている。なお、吸気ダクト１２０内には、放射線遮蔽板は配置していない。

図１において、空気の流れは点線の矢印で示しており、放射線の進行は実線の矢印で示している。
空気は吸気ダクト１１０内を通って建屋１０２の内部に入って、放射線発生体１０３を空気冷却する。温度上昇した空気は、排気ダクト１２０内を通って外部の大気中に排出される。
このとき、吸気ダクト１１０及び排気ダクト１２０内に、放射線遮蔽板を配置していないため、ダクト１１０，１２０内を流通する空気の圧損は少ない。このように流通空気の圧損を少なくすることができるため、排気ダクト１２０の高さを、放射線遮蔽板を配置しているものに比べて、低くすることができる。
なお、放射線減衰空間Ｒ１，Ｒ２はいわば「袋小路の空間」となっており、空気が淀むが、この空気淀みは圧損をほとんど増加させることはない。

一方、放射線発生体１０３から発生した放射線は直進し、「袋小路の空間」となっている放射線減衰空間Ｒ１，Ｒ２に進行し、この放射線減衰空間Ｒ１，Ｒ２を形成している水平ダクト１１１、１２１の内壁面に衝突し、更に多重反射してエネルギー減衰し、水平ダクト１１１，１２１に吸収され、外部に漏洩することはない。

このように、実施例１の放射線発生体収容施設１０１では、吸気ダクト１１０及び排気ダクト１２０内の空気の流路に、圧損の要因となる放射線遮蔽板などの構造物を置かないようにしたことで、圧損を低減することができる。併せて、排気ダクト１２０の高さを低くすることができる。
また、空気は袋小路となっている放射線減衰空間Ｒ１，Ｒ２では淀んで流れないが、放射線は空気の淀みに関係なく直進することを利用して、放射線減衰空間Ｒ１，Ｒ２で放射線を減衰させることができる。
このように、実施例１では、放射線の遮蔽と圧損低減を両立することができる。

ここで、放射線減衰空間の有無により、「放射線減衰の効果」と「圧損の影響」がどのように変化するかの概要を、図１及び図２を参照して説明する。
なお、図２(ａ)は、放射線減衰空間が無いものの概要図であり、図２（ｂ）は、放射線減衰空間が有るものの概要図である。

図２（ａ）、（ｂ）を参照して放射線減衰の効果を概説する。
図２（ａ）のように放射線減衰空間がない場合は、排気口（図中＊を付した部分）から直接散乱面（１回散乱）をみることができるため、放射線が多数到来する。
一方、図２（ｂ）のように、放射線減衰空間がある場合は、直接散乱面は見ることができなくなる。排気口から直視できるのは間接散乱面であり、間接散乱面に入射する時点で既に放射線は散乱を経験している。１回の散乱あたりの減衰比（散乱比）は数分の１から数１０分の１（粒子、エネルギーに依存）であり、仮に１／２としても、放射線減衰空間による放射線減衰効果は、放射線減衰空間が無いものに比べて２倍以上と見込める。

また、図１の放射線発生体収容施設１０１において、放射線減衰空間Ｒ１，Ｒ２を設けることによる圧損増加率は、数％に過ぎず、従来のダクト内の放射線遮蔽板を排除できるため圧損は大幅に低減される。

図１、図２を参照して概説したように、放射線減衰空間を備えることにより、放射線を大幅に減衰することができ、かつ、図９に示すような従来技術に比べて圧損を低減できる。

なお実施例１では、建屋１０２は半地下の建屋となっており、水平ダクト１１１，１２１は地下に埋設され、垂直ダクト１１２，１２２は基端部側が地中に配置されているが、建屋が地上に敷設されているものでは、水平ダクト１１１，１２１及び垂直ダクト１１２，１２２を気中（地上）に配置する構造とする。この場合には、ダクト１１０，１２０のうち少なくとも水平ダクト１１１，１２１を放射線遮蔽材により形成するか、少なくとも水平ダクト１１１，１２１に放射線遮蔽材を施す。
また、吸気ダクトと排気ダクトのうち、一方のダクトを、図９に示すような従来構造とすることも可能である。

次に、実施例１の放射線発生体収容施設１０１の放射線減衰空間における減衰効果を高めた第１の工夫を、実施例２として説明する。

図３は排気ダクト１２０の放射線減衰空間Ｒ２の部分を示す断面図であり、図４は放射線減衰空間Ｒ２を上から見た平面図である。
両図に示すように、放射線減衰空間Ｒ２には、複数枚（本例では４枚）の放射線反射板１３０ａ〜１３０ｄが配置されている。

放射線反射板１３０ａ〜１３０ｄは、水平ダクト１２１のうち放射線減衰空間Ｒ２を形成するダクト内壁面に固定されており、ダクト内壁面から放射線減衰空間Ｒ２に突出するにつれて先端面１２１ｂ側に向かうように、傾斜して配置されている。

放射線減衰空間Ｒ２に、放射線反射板１３０ａ〜１３０ｄを傾斜配置しているため、放射線発生体１０３から進行してきて放射線減衰空間Ｒ２に侵入した放射線は、水平ダクト１２１の内壁面のみならず放射線反射板１３０ａ〜１３０ｄでも反射し、反射回数が増加し減衰効果が高まる。
しかも、傾斜配置された放射線反射板１３０ａ〜１３０ｄは、放射線減衰空間Ｒ２に侵入し反射した放射線が建屋１０２側に戻ることを遮り、放射線減衰空間Ｒ２内に閉じ込める作用をする。
このように放射線反射板１３０ａ〜１３０ｄにより、放射線の多重反射や閉じ込めを促進できるため、放射線減衰空間Ｒ２を小さくすることができる。

なお放射線減衰空間Ｒ２は、空気の流れに対して淀み部であるため、放射線減衰空間Ｒ２に放射線反射板１３０ａ〜１３０ｄを配置しても、圧損を増加させることはない。

また、吸気ダクト１１０側の放射線減衰空間Ｒ１にも、図３，図４に示すのと同様な傾斜した放射線反射板を配置することもできる。

次に、実施例１の放射線発生体収容施設１０１の放射線減衰空間における減衰効果を高めた第２の各種の工夫を、実施例３として説明する。

図５は排気ダクト１２０の放射線減衰空間Ｒ２の部分を示す断面図であり、図６は図５のＡ矢視図である。
図５，図６に示すように、放射線減衰空間Ｒ２には、水平面内で広がる放射線反射板１３１が多数枚（本例では６枚）、相互に間隔を開けつつ平行な状態で、上下（鉛直）方向にずらして配置している。

図５，図６に示すように、多数枚の放射線反射板１３１を配置して、放射線減衰空間Ｒ２を複数空間に区切っているため、放射線の通り道を狭めることで多重反射が促進され、減衰が進む。これにより、放射線減衰空間Ｒ２の体積を小さくすることが可能となる。

図７に示すものでは、放射線減衰空間Ｒ２には、鉛直面内で広がる放射線反射板１３２が多数枚（本例では６枚）、相互に間隔を開けつつ平行な状態で、左右（水平）方向にずらして配置している。

図７に示すように、多数枚の放射線反射板１３２を配置して、放射線減衰空間Ｒ２を複数空間に区切っているため、放射線の通り道を狭めることで多重反射が促進され、減衰が進む。これにより、放射線減衰空間Ｒ２の体積を小さくすることが可能となる。

図８に示すものでは、放射線減衰空間Ｒ２には、放射線反射板１３３を格子状に組んだものを配置している。

図８に示すように、格子状に組んだ放射線反射板１３３を配置して、放射線減衰空間Ｒ２を複数空間に区切っているため、放射線の通り道を狭めることで多重反射が促進され、減衰が進む。これにより、放射線減衰空間Ｒ２の体積を小さくすることが可能となる。

なお放射線減衰空間Ｒ２は、空気の流れに対して淀み部であるため、放射線減衰空間Ｒ２に放射線反射板１３１，１３２，１３３を配置しても、圧損を増加させることはない。

また、吸気ダクト１１０側の放射線減衰空間Ｒ１にも、図５〜図８に示すのと同様な多数枚の放射線反射板を配置することもできる。

本発明は、ガラス固化体を貯蔵するガラス固化体貯蔵施設や、使用済燃料を収納したキャスクを貯蔵するキャスク貯蔵施設や、放射線発生装置が設置された放射線発生施設など、放射線発生体を収納する放射線発生体収納施設に適用することができる。

１、１０１ 放射線発生体収納施設
２、１０２ 建屋
３、１０３ 放射線発生体
１０、１１０ 吸気ダクト
１１１ 水平ダクト
１１２ 鉛直ダクト
２０、１２０ 排気ダクト
１２１ 水平ダクト
１２２ 鉛直ダクト
１３０ａ〜１３０ｄ、１３１、１３２、１３３ 放射線反射板

Claims (4)

1. 放射線発生体を収納する建屋と、前記建屋に連通した吸気ダクトと、前記建屋に連通した排気ダクトを備えた放射線発生体収納施設において、
   前記吸気ダクトと前記排気ダクトの少なくとも一方は、
   水平ダクトと鉛直ダクトとで構成されており、
   前記水平ダクトは、その基端部が前記建屋の内部空間に連通しており、その基端部から水平方向に伸びて、先端面が閉塞しており、
   前記鉛直ダクトは、その基端部が前記水平ダクトに連通しており、その基端部から鉛直方向上方に向かって立ち上がっており、その先端には大気に開口した開口部が形成されており、
   しかも、前記鉛直ダクトの基端部が前記水平ダクトに連通している位置は、前記水平ダクトの基端部と前記水平ダクトの先端面との間の位置になっていることを特徴とする放射線発生体収納施設。
2. 請求項１において、
   前記建屋は、その下部側が地中に入っており、その上部側が大気側に露出しており、
   前記水平ダクトは、地中に配置され、
   前記鉛直ダクトは、その基端部側が地中に配置され、上側部分は大気中に配置されていることを特徴とする放射線発生体収納施設。
3. 請求項１において
   前記水平ダクトのうち前記鉛直ダクトが連通している部分よりも前記先端面側には、前記水平ダクトの内壁面に固定されると共に、水平ダクトの内部空間に突出するにつれて前記先端面側に向かうように傾斜している複数枚の放射線反射板が配置されていることを特徴とする放射線発生体収納施設。
4. 請求項１において
   前記水平ダクトの内部空間のうち前記鉛直ダクトが連通している部分よりも前記先端面側には、相互に間隔を開けつつ平行な状態で複数枚の放射線反射板が配置されていることを特徴とする放射線発生体収納施設。

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