JP2014181978A - 貯蔵用キャニスターの応力腐食割れ防止方法及び貯蔵用キャニスター - Google Patents

Abstract

【課題】核燃料からの放射線が遮蔽された状態で外表面全体に圧縮残留応力を発生させた状態とすることができる貯蔵用キャニスターの応力腐食割れ防止方法及び貯蔵用キャニスターを提供する。
【解決手段】金属製の胴体２の上部２ａに蓋体４を溶接することによって当該胴体２における引張残留応力が生じた範囲に圧縮応力を付与して、応力腐食割れを防止する貯蔵用キャニスター１の応力腐食割れ防止方法である。蓋体４の溶接によって引張残留応力の発生が予定される胴体２の範囲Ｌに予め第１の圧縮応力を付与し、当該範囲Ｌに圧縮残留応力が生じている状態で蓋体４を溶接することで引張残留応力をキャンセルし、その後第２の圧縮応力を付与して当該範囲Ｌの全域で圧縮残留応力を生じさせる。
【選択図】図５

Description

本発明は、放射性廃棄物である核燃料を格納した状態で密閉し、核廃棄物貯蔵施設に設置される貯蔵用キャニスターと、貯蔵用キャニスターの応力腐食割れ防止方法に関する。

放射性廃棄物である核燃料は、原子力発電所等の核施設内で貯蔵用キャニスターに格納され、そこから核燃料を長期間保管するための図１の核廃棄物貯蔵施設１００まで移送される。この貯蔵施設１００内では、キャスク１０１内に貯蔵用キャニスター１０２が設置されているが、金属製の貯蔵用キャニスター１０２の応力腐食割れの発生が懸念されている。貯蔵用キャニスター１０２の応力腐食割れは、貯蔵用キャニスター１０２を構成するオーステナイト系ステンレス鋼材に引張応力が残留し、かつ海塩等の腐食環境下である場合に発生する。核燃料から発生する熱を貯蔵用キャニスター１０２の表面から放散させるため、図１のとおりキャスク１０１の上下には通気口１０１ａ、ｂが形成されている。この双方の通気口１０１ａ、ｂに外気が通されるため、貯蔵用キャニスター１０２は、外気に曝され続ける。日本国内においては、核廃棄物貯蔵施設１００は沿岸に建設されることになり、海塩等の腐食環境を避けることはできない。

貯蔵用キャニスター１０２に残留する引張応力は、貯蔵用キャニスター１０２を構成するための胴体に蓋体を溶接した際に発生する引張残留応力である。そこで、溶接後に塑性加工を施して貯蔵用キャニスター１０２に残留する引張応力を消失させ、圧縮残留応力を生じさせた状態として、応力腐食割れを防止することが知られている（非特許文献１参照）。それには、例えば貯蔵用キャニスター１０２の胴体に蓋体を溶接した後、溶接した部位とその近傍に圧縮応力を付与するための作業を行う。より具体的には、原子力発電所内で核燃料を貯蔵用キャニスター１０２の胴体に入れ、一次蓋を溶接し、続いて二次蓋を溶接して核燃料を密閉する。核燃料が格納された貯蔵用キャニスター１０２の胴体の上部及び各蓋体には、溶接によって引張残留応力が生じている。その部分に、例えばピーニング法等によって圧縮応力を付与する塑性加工を行い、引張残留応力を消失させ、貯蔵用キャニスター１０２の外表面の全域に渡って圧縮応力を残留させた状態とする。核燃料を国内で貯蔵するにあたって、貯蔵用キャニスター１０２をこのような状態とすることは応力腐食割れを防止するための必須条件とされる。

核燃料が収容された貯蔵用キャニスター１０２は密閉されているため、放射性物質の外部への漏れはないが、放射線は薄い肉厚の胴体を透過して外部へ漏洩してしまう。貯蔵用キャニスター１０２の応力腐食割れを防止するためには、貯蔵用キャニスター１０２に面した状態で塑性加工の作業を行わなければならないが、貯蔵用キャニスター１０２から漏れてくる放射線の影響が問題となる。

平成２３年５月、財団法人電力中央研究所発行、電力中央研究所報告、研究報告Ｎ１００３５、キャスク方式による使用済燃料貯蔵の実用化研究

核燃料が格納された貯蔵用キャニスター１０２は、核貯蔵施設まで厚い肉厚を有する移送用キャスクに入れて移送される。放射線の影響を抑えるため、プール内で貯蔵用キャニスター１０２を移送用キャスクに入れてから、上開口近傍の隙間空間を利用して、応力腐食割れを防止するための塑性加工を施す。蓋体の溶接によって引張応力が残留するのは、胴体の上端から底部に向かって比較的深い範囲に至る。そのため上開口から深い位置まで作業する必要があるが、例えば移送用キャスクの上部をより開放した形状とすれば、被爆量が上昇してしまうという問題が起こる。

そこで本発明はこのような従来技術の問題点に鑑み、核燃料からの放射線が遮蔽された状態で外表面全体に圧縮残留応力を発生させた状態とすることができる貯蔵用キャニスターの応力腐食割れ防止方法及び貯蔵用キャニスターを提供することを目的とする。

本発明者は、放射線の影響を抑えながら外表面全体に圧縮残留応力を発生させた状態とするためには、貯蔵用キャニスターと移送用キャスク間の浅い上開口で施工できるようにすることが重要であることに着目し次の技術的手段を講じた。

即ち、本発明の貯蔵用キャニスターの応力腐食割れ防止方法は、金属製の筒状胴体の上部に蓋体を溶接することによって当該筒状胴体における引張残留応力が生じた範囲に圧縮応力を付与して、応力腐食割れを防止する貯蔵用キャニスターの応力腐食割れ防止方法であって、前記蓋体の溶接によって前記引張残留応力の発生が予定される前記筒状胴体の範囲に予め第１の圧縮応力を付与し、当該範囲に圧縮残留応力が生じている状態で前記蓋体を溶接することで発生する引張残留応力をキャンセルし、その後第２の圧縮応力を付与し当該範囲の全域で圧縮残留応力を生じさせることを特徴とする。

本発明によれば、蓋体の溶接によって引張残留応力の発生が予定される筒状胴体の範囲に予め第１の圧縮応力を付与するため、溶接による引張残留応力がキャンセルさせられ、それに伴い第２の圧縮応力を付与するための施工範囲が小さくなる。これにより、貯蔵用キャニスターと移送用キャスク間の浅い上開口で施工を行うことが可能となり、筒状胴体の外表面の全域に渡って圧縮残留応力を生じた状態とすることができる。

前記第１の圧縮応力を付与する前記筒状胴体の範囲は、当該筒状胴体の上端から軸方向内側へ向かう軸方向範囲であり、この軸方向範囲Ｌが下記関係式を満たすことが好ましい。
（ｒ：筒状胴体の外半径、ｔ：筒状胴体の厚み）

蓋体の溶接によって引張残留応力が生じる筒状胴体の軸方向範囲は上記関係式の右辺で表されるため、第１の圧縮応力を付与する軸方向範囲を上記式を満たす範囲とすれば、筒状胴体の外表面の全域に渡って圧縮残留応力が生じた状態とすることができる。

前記第１の圧縮応力を付与する作業は多様な施工方法で行うことができるが、例えばジルコニアショットピーニング法又はバニシング法による施工方法が好ましい。

本発明の貯蔵用キャニスターは、金属製の筒状胴体の上部に蓋体が溶接されて構成され、核燃料を内蔵した密閉状態でキャスク内に設置される貯蔵用キャニスターであって、前記蓋体の溶接によって引張残留応力の発生が予定される前記筒状胴体の範囲に予め第１の圧縮応力を付与し、当該範囲に圧縮残留応力が生じている状態で前記蓋体を溶接することで引張残留応力をキャンセルし、その後第２の圧縮応力を付与して当該範囲の全域で圧縮残留応力が生じた状態となっていることを特徴とする。

本発明によれば、蓋体の溶接によって引張残留応力の発生が予定される筒状胴体の範囲に予め第１の圧縮応力が付与されているため、溶接による引張残留応力がキャンセルさせられ、第２の圧縮応力を付与するための施工範囲が小さくなっている。これにより、貯蔵用キャニスターと移送用キャスク間の浅い上開口で施工を行うことが可能となっており、筒状胴体の外表面の全域に渡って圧縮残留応力を生じた状態とすることができる。

貯蔵用キャニスターは、キャスクと前記筒状胴体間の上開口において、前記第２の圧縮応力を付与する施工を可能とする構成とすればよい。

具体的には、前記蓋体を、前記筒状胴体の上端に溶接された上蓋とこの上蓋の内部側で当該筒状胴体と溶接された下蓋とからものとした場合、当該下蓋の溶接位置を、当該筒状胴体の上端から上記関係式の右辺で表されるＬ最小値までの軸方向範囲内とすればよい。

上記の通り本発明によれば、溶接による引張残留応力がキャンセルさせられるため、第２の圧縮応力を付与するための施工範囲が小さくなり、貯蔵用キャニスターと移送用キャスク間の浅い上開口で施工を行うことが可能となる。これにより、核燃料からの放射線が遮蔽された状態で筒状胴体の外表面の全域に渡って圧縮残留応力を生じた状態とすることができる。

核貯蔵施設の概略図である。 本発明の一実施形態を示す貯蔵用キャニスターの側面図である。 貯蔵用キャニスターの応力腐食割れ防止方法の手順を説明するためのフロー図である。 底部材が設けられた胴体の斜視図である。 胴体の溶接部分とその近傍の拡大図である。 （ａ）は本発明の概念を説明する説明図であり、（ｂ）はこれに対応する従来技術の説明図である。 レーザ溶接法及びアーク溶接法による胴体外表面での軸方向残留応力を示すグラフである。 圧縮応力処理部に引張応力をかけたときの残留応力値の変化を説明するための図である。 移送用キャスク内での貯蔵用キャニスターの一部拡大図である。 水冷した場合と水冷しない場合における胴体外表面での軸方向残留応力を示すグラフである。 水冷した場合と水冷しない場合における胴体外表面での周方向残留応力を示すグラフである。

本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図２は本発明の一実施形態を示す貯蔵用キャニスター１の側面図である。この貯蔵用キャニスター１は、使用済核燃料５０を格納するためのものであり、使用済核燃料５０を格納後、核貯蔵施設に設置される。貯蔵用キャニスター１は、オーステナイト系ステンレス鋼製であり、縦長の円筒状の胴体２（筒状胴体）と、この胴体２の底を塞ぐ底部材３と、胴体２の上部２ａを塞ぐ蓋体４で構成されている。底部材３と蓋体４が胴体２に溶接されて、放射性物質が漏れないように貯蔵用キャニスター１が密閉される。一般に、貯蔵用キャニスター１は、胴体２の外径：１７００ｍｍ程度、高さ；４６００ｍｍ程度、厚み：１３ｍｍ程度で構成されている。

本実施形態の蓋体４は、内側の一次蓋部材５（下蓋）と、外側の二次蓋部材６（上蓋）とからなっている。なお、胴体２を密閉する蓋体を構成する蓋部材の数は限定されず、１つ又は３つ以上の蓋部材を用いてもよい。一次蓋部材５の周縁と胴体２の内周面２ｂとが溶接され、それと共に二次蓋部材６の周縁と胴体２の内周面２ｂとが溶接されている。底部材３は胴体２の下端部２ｃと溶接されている。

図３に貯蔵用キャニスター１の応力腐食割れ防止方法の手順を説明するためのフロー図を示す。本実施形態の貯蔵用キャニスターの応力腐食割れ防止方法（以下、応力腐食割れ防止方法）は、圧縮応力を残留させることで応力腐食割れを防止する方法であり、蓋体４の溶接によって引張残留応力の発生が予定される胴体２の軸方向範囲に予め第１の圧縮応力を付与し、当該軸方向範囲に圧縮応力が生じている状態で蓋体４を溶接することで、引張残留応力をキャンセルし、その後第２の圧縮応力を付与する方法である。詳細には、胴体２への第１の圧縮応力付与の後、プール中の移送キャスク内に設置された有底の胴体２に使用済核燃料を収容し、蓋体４をこの胴体２に自動溶接して当該胴体２を密閉する。この状態で、胴体２の上部に第２の圧縮応力を付与する。その後、移送用キャスクを貯蔵用キャニスター１と共に核貯蔵施設へ移送して使用済核燃料を貯蔵する。

以下手順を追って説明する。まず、筒状の胴体２に底部材３を溶接して図４に示す有底筒状胴体７とする。有底筒状胴体７の底部７ａには、溶接の際に生じた引張残留応力が存在する。そのため、例えばショットピーニング法等による塑性加工を施してその残留引張応力を消失させ圧縮応力を残留させた状態とする。これにより、底部７ａの応力腐食割れを防止できる。なおこの作業時には、核燃料が格納されておらず胴体２を取り囲む構造物もないので、作業スペースの不足及び放射線被爆の問題は生じない。

図５は胴体２の溶接部分とその近傍の拡大図である。各蓋部材５、６を溶接する前に、溶接によって引張残留応力の発生が予定される胴体２の範囲に予め第１の圧縮応力の付与のための施工を行う。胴体２の上部２ａにおける第１の圧縮応力を付与する範囲Ｌは、胴体２の上端２ｄから軸方向内側へ向かう軸方向範囲であり、この範囲Ｌが下記関係式を満たすようにする。従って、第１の圧縮応力を付与する軸方向範囲Ｌは、胴体２の上端２ｄからこの関係式の右辺で表されるＬ最小値（以下Ｌ最小値という）までの範囲か、それよりも深いことを要する。Ｌ最小値は一般的な貯蔵用キャニスター１では３００ｍｍ程度となる。
（ｒ：筒状胴体の外半径、ｔ：筒状胴体の厚み）

図６（ａ）は本発明の応力腐食割れ防止方法の概念を説明する説明図であり、（ｂ）はこれに対応する従来技術の説明図である。二次蓋部材６の溶接によって生じる引張残留応力の軸方向範囲は、胴体２の上端２ｄからＬ最小値までの範囲である。従って、少なくとも当該範囲に予め第１の圧縮応力を付与し、圧縮残留応力を生じさせておくことで、溶接時に生じる引張残留応力をキャンセルすることができる。溶接時に、胴体２の上端２ｄとその近傍範囲ｓ１は融解に近い状態となるため、この軸方向範囲ｓ１に限っては付与した圧縮残留応力も消失する。従って、第２の圧縮応力を付与する工程で、その浅い軸方向範囲ｓ１を処理するだけで、胴体２の外表面の全域に渡って圧縮残留応力を生じさせた状態とすることができる。これにより、第２の圧縮応力を付与する深さ（軸方向範囲ｓ１）を従来の深さｓ２よりも浅くすることができる。なお、第１の圧縮応力を付与しない範囲であるＬ範囲以外の部分は、前もって何らかの方法で圧縮残留応力が付与されていればよい。

本実施形態では、胴体２に内側の一次蓋部材５を溶接し、続いて外側の二次蓋部材６を溶接している。二次蓋部材６の溶接によって、胴体２の上端２ｄからＬ最小値までの軸方向範囲に引張残留応力が生じる。同様に一次蓋部材５の溶接によっても引張残留応力が生じる。一次蓋部材５の溶接位置は、胴体２の上端２ｄからＬ最小値までの軸方向範囲内とされていればよい。第１の圧縮応力を付与する軸方向範囲Ｌの外端は胴体２の上端２ｄであり、これにより一次及び二次蓋部材５、６の溶接による引張残留応力がキャンセルされる。

胴体２の上端２ｄからＬ最小値までの範囲は上記のとおり引張残留応力が生じる範囲であるため、この範囲への第１の圧縮応力Ｐ１の付与は必須となる。第１の圧縮応力Ｐ１を付与する軸方向範囲Ｌは、胴体２の上端２ｄから下端部２ｃまで、又は軸方向中央部２ｅまでとしてもよく、作業上好ましくは、Ｌ最小値までの範囲＋内側へ１００mm程度、より好ましくはＬ最小値までの範囲＋内側へ５０mm程度である。第１の圧縮応力Ｐ１を付与するための塑性加工を、Ｌ最小値の範囲＋１００mm程度まで行っていれば、溶接により発生する引張残留応力をより確実にキャンセルすることができる。

各蓋部材５、６にも溶接による引張残留応力が生じているが、問題となるのは外気に曝される外側の二次蓋部材６である。この二次蓋部材６にも同様に第１の圧縮応力を付与するための塑性加工を施してもよいが、移送用キャスクの上方は開放されているため、作業スペース上の問題はなく、蓋体４への第１の圧縮応力の付与は必須ではない。胴体２及び蓋体４を溶接する際の溶接法は限定しないが、レーザ溶接法又はアーク溶接法を用いることが好ましい。図７はこれらの溶接法で溶接した際の胴体の外表面での軸方向残留応力を示すグラフである。引張残留応力の領域がレーザ溶接法よりもアーク溶接法の方が大きくなっており、レーザ溶接法がより好ましいことがわかる。

第１の圧縮応力及び第２の圧縮応力を付与するための塑性加工について説明する。オーステナイト系ステンレス鋼材はスケール処理のために、すでに圧縮残留応力が生じているが、スケール処理による圧縮残留応力の深さは最大でも２００μｍ程度である。そのため、第１の圧縮応力及び第２の圧縮応力を付与するための塑性加工が必要となる。圧縮応力を付与するための塑性加工法は限定されるものではなく、例えば、レーザピーニング法、ウォータージェットピーニング法、ショットピーニング法等の各種のピーニング法がある。レーザピーニング法及びウォータージェットピーニング法は一般的な方法ではなく、作業性が低く、施工コストが高い。ショットピーニング法には、例えば鋳鋼ショット、アルミナショット、ジルコニアショットが知られている。鋳鋼ショットでは、圧縮層の深さは例えば約０．４ｍｍであり、赤錆の発生が懸念される。アルミナショットでは、表面が粗くなる点は問題ないが、圧縮層深さは約０．５ｍｍであり、鋳鋼ショットと同様に圧縮残留応力が生じている深さが比較的浅くなってしまう。

ジルコニアショットでは、ジルコニアの靱性が大きく、圧縮層の深さは約０．７ｍｍであり、圧縮残留応力の深さを深くできる。本実施形態では、ジルコニアショットを採用し、１．０μｍ径のジルコニア粒を、５ｋｇ／ｃｍ^２Ｇの空気圧で照射し、カバレッジを３とした。圧縮層の深さは０．７ｍｍであった。これら３つのショット形態の中では、ジルコニアショットが最適である。

圧縮応力を付与するための他の塑性加工法として、バニッシング法が知られている。バニッシング法とは、硬質な球材が先端に設けられた押圧具を、対象とする材料表面に当てて、転圧する塑性加工法である。この方法は、粉塵を発生させずに深い圧縮層が得られることから、原子力発電設備内での作業には最適である。各種のピーニング法では、処理した表面性状は梨地となり、バニッシング法では、処理した表面性状が鏡面になることから、いずれの方法を採用しても、施工した範囲を目視で簡単に確認できるため作業性が向上する。

図８はオーステナイト系ステンレス鋼材の圧縮応力処理部に引張応力を付与したときの残留応力値の変化を説明するための図である。所定寸法のオーステナイト系ステンレス鋼材３０の片方の表面３０ａに、ジルコニアショットによるピーニング処理を施し、左右から引張荷重をかけて、その際のピーニング部分３１の残留応力値の変化を計測した。計測した結果が図８のグラフである。グラフ中の縦鎖線は０．２％耐力である２４３ＭＰａを示す。ピーニング部分３１の残留応力値は０．２％耐力まで「圧縮」であることから、０．２％耐力までであれば、引張荷重が作用しても残留応力は圧縮側となる。貯蔵用キャニスター１は０．２％耐力の１／３で設計されるため、付与された圧縮残留応力が消失することはない。

核燃料貯蔵施設は沿岸に建設されていることから、貯蔵用キャニスター１はキャスク内で常に塩分雰囲気に曝される。圧縮残留応力を存在させておけば、応力腐食割れは防止できるが、塩分による孔食の問題も考慮する必要がある。塩分による孔食が圧縮残留応力層の深さよりも深部へ進行すれば、応力腐食割れのおそれが生じる。そこで、沿岸での環境条件に近い相対湿度：１５％（室温）での、最大孔食深さを推定した。１０００時間の最大孔食深さをもとに直線的に孔食が成長したものとして推定値を算出した。なお、貯蔵用キャニスターの温度と気象データから求めた応力腐食割れが進展する可能性のある時間の積算は、本州北端では３８５３時間後であり、中部日本海沿岸では１５０２１時間である。「平成２３年５月、財団法人電力中央研究所発行、電力中央研究所報告、研究報告Ｎ１００３５、コンクリートキャスク方式による使用済燃料貯蔵の実用化研究（非特許文献１）」から引用。

以下、最大孔食深さの推定値を示す。
（グラインダ処理）
ＳＵＳ３０４Ｌ：１６１μｍ（本州北端）、６２５μｍ（中部日本海沿岸）
ＳＵＳ３１６Ｌ：２１３μｍ（本州北端）、８２９μｍ（中部日本海沿岸）
（ピーニング処理）
ＳＵＳ３０４Ｌ：１１４μｍ（本州北端）、４４２μｍ（中部日本海沿岸）
ＳＵＳ３１６Ｌ：１８２μｍ（本州北端）、７０６μｍ（中部日本海沿岸）
（バニッシング処理）
ＳＵＳ３１６Ｌ：２１５μｍ（本州北端）、８３８μｍ（中部日本海沿岸）

グラインダ処理による圧縮残留応力層の深さは０であり、ジルコニアショットによるピーニング処理で得られる圧縮残留応力層の深さは８００μｍであり、バニッシング処理で得られる圧縮残留応力層の深さは１５００μｍである。

応力腐食割れが発生しない条件は、（孔食深さ＜圧縮残留応力層の深さ）であるため、ピーニング処理又はバニッシング処理を施し、第１の圧縮応力及び第２の圧縮応力の付与による圧縮残留応力層を１ｍｍ程度まで形成しておけば、孔食の影響による応力腐食割れは発生しない。貯蔵用キャニスター１の製造時に、擦過や衝突により材料表層を若干損傷する場合があったとしても、その損傷深さは、数百μｍ程度までであるので、圧縮残留応力層を１ｍｍ程度まで形成しておけば、損傷の影響による応力腐食割れも防ぐことができる。圧縮残留応力層は深い程よいが、作業性の観点から最大でも２ｍｍ程度であり、好ましくは上記の１ｍｍ程度である。

以上の応力腐食割れ防止方法を実施することにより本発明の貯蔵用キャニスターを得ることができる。即ち、本発明の貯蔵用キャニスター１は、金属製の筒状の胴体２の上部２ａに蓋体４が溶接されて構成され、核燃料を内蔵した密閉状態でキャスク内に設置される貯蔵用キャニスター１であって、蓋体４の溶接によって引張残留応力の発生が予定される胴体２の範囲に予め第１の圧縮応力を付与し、当該範囲に圧縮残留応力が生じている状態で蓋体４を溶接することで引張残留応力をキャンセルし、その後第２の圧縮応力を付与して当該範囲の全域で圧縮残留応力が生じた状態となっている貯蔵用キャニスター１である。

図９は移送用キャスク１０に入れられた貯蔵用キャニスター１の一部拡大図である。放射線の影響を抑えるため、貯蔵用キャニスター１を移送用キャスク１０に入れてから、応力腐食割れを防止するための塑性加工を施す。従来では、塑性加工を施す範囲は、胴体の上部から下方に向かって深い範囲にまで至っていたが、本実施形態の貯蔵用キャニスター１では、胴体２の上部２ａから下方に向かって浅い範囲ｓ１に限られる。貯蔵用キャニスター１と移送用キャスク１０間の上開口１１を利用すれば第２の圧縮応力を付与するための塑性加工のための作業には十分である。移送キャスク１０の厚みｄは２００ｍｍ程度である。

胴体２の上端２ｄからＬ最小値までの範囲は一般的な貯蔵用キャニスター１では上記のとおり３００ｍｍ程度となる。本実施形態では上開口１１の径方向寸法ｗは１２５ｍｍ程度、上開口１１の深さｈ（軸方向寸法）は１４５ｍｍ程度である。上開口１１の深さｈは、一次蓋部材５の溶接部位の下端１２から底部側へ、貯蔵用キャニスター１の厚みｔの２倍程度とすればよい。なお、これらの寸法は限定されず適宜変更することができる。以上の方法で貯蔵用キャニスター１を形成すれば、核燃料からの放射線が遮蔽された状態で、全ての引張残留応力をキャンセルし、胴体２の全域に圧縮残留応力を生じさせた状態とすることが可能となる。

本実施形態によれば、蓋体４の溶接によって引張残留応力の発生が予定される胴体２の範囲に予め第１の圧縮応力を付与するため、溶接による引張残留応力がキャンセルさせられ、それに伴い第２の圧縮応力を付与するための施工範囲が小さくなる。これにより、貯蔵用キャニスター１と移送用キャスク１０間の浅い上開口１１で施工を行うことが可能となり、核燃料からの放射線が遮蔽された状態で胴体２の外表面の全域に渡って圧縮残留応力を生じた状態とすることができる。

上記の実施形態は本発明にかかる貯蔵用キャニスターの応力腐食割れ防止方法及び貯蔵用キャニスターの一例を示したものであり制限的なものではない。貯蔵用キャニスターの応力腐食割れ防止方法に他の工程を含ませること、貯蔵用キャニスターの形状、寸法等を変更してもよい。

例えば図９を参照して、移送用キャスク１０と貯蔵用キャニスター１２との間の上開口１１に水を充填し、この状態で各蓋部材５、６の溶接を行ってもよい。即ち、この貯蔵用キャニスターの応力腐食割れ防止方法は、蓋体の溶接によって引張残留応力の発生が予定される筒状胴体の範囲に予め第１の圧縮応力を付与し、当該範囲に圧縮残留応力が生じている状態で蓋体を溶接することで引張残留応力をキャンセルし、その後第２の圧縮応力を付与して当該範囲の全域で圧縮残留応力を生じさせる方法であって、蓋体の溶接の際に溶接箇所を水冷しながら行うことで、第２の圧縮応力を付与する範囲をさらに小さくする方法である。

図１０は溶接箇所を水冷した場合と水冷しない場合における胴体外表面での軸方向残留応力を示すグラフであり、図１１は溶接箇所を水冷した場合と水冷しない場合における胴体外表面での周方向残留応力を示すグラフである。図１０及び図１１からわかるように、残留する軸方向応力及び残留する周方向応力のどちらも引張応力の発生領域が狭まっていることが認められる。冷却しながら溶接するので胴体の膨張が抑えられ、溶接後の引張残留応力の生じる軸方向範囲をより狭くすることができる。これにより、第２の圧縮応力を付与するための施工範囲をより小さくすることができる。

１ 貯蔵用キャニスター
２ 胴体
３ 底部材
４ 蓋体
５ 一次蓋部材
６ 二次蓋部材
７ 有底筒状胴体
１０ 移送用キャスク
Ｌ 第１の圧縮応力を付与する軸方向範囲

Claims (6)

1. 金属製の筒状胴体の上部に蓋体を溶接することによって当該筒状胴体における引張残留応力が生じた範囲に圧縮応力を付与して、応力腐食割れを防止する貯蔵用キャニスターの応力腐食割れ防止方法であって、
   前記蓋体の溶接によって前記引張残留応力の発生が予定される前記筒状胴体の範囲に予め第１の圧縮応力を付与し、当該範囲に圧縮残留応力が生じている状態で前記蓋体を溶接することで発生する引張残留応力をキャンセルし、その後第２の圧縮応力を付与して当該範囲の全域で圧縮残留応力を生じさせることを特徴とする貯蔵用キャニスターの応力腐食割れ防止方法。
2. 前記第１の圧縮応力を付与する前記筒状胴体の範囲は、当該筒状胴体の上端から軸方向内側へ向かう軸方向範囲であり、この軸方向範囲Ｌが下記関係式を満たすことを特徴とする請求項１に記載の貯蔵用キャニスターの応力腐食割れ防止方法。
   （ｒ：筒状胴体の外半径、ｔ：筒状胴体の厚み）
3. 前記第１の圧縮応力は、ジルコニアショットピーニング法又はバニシング法によって付与することを特徴とする請求項１又は２に記載の貯蔵用キャニスターの応力腐食割れ防止方法。
4. 金属製の筒状胴体の上部に蓋体が溶接されて構成され、核燃料を内蔵した密閉状態でキャスク内に設置される貯蔵用キャニスターであって、
   前記蓋体の溶接によって引張残留応力の発生が予定される前記筒状胴体の範囲に予め第１の圧縮応力を付与し、当該範囲に圧縮残留応力が生じている状態で前記蓋体を溶接することで発生する引張残留応力をキャンセルし、その後第２の圧縮応力を付与して当該範囲の全域で圧縮残留応力が生じた状態となっていることを特徴とする貯蔵用キャニスター。
5. キャスクと前記筒状胴体間の上開口において、前記第２の圧縮応力を付与し、前記範囲の全域で圧縮残留応力を生じさせることが可能な構成を有することを特徴とする請求項４に記載の貯蔵用キャニスター。
6. 前記蓋体は、前記筒状胴体の上端に溶接された上蓋とこの上蓋の内部側で当該筒状胴体と溶接された下蓋とからなり、当該下蓋の溶接位置が当該筒状胴体の上端から上記関係式の右辺で表されるＬ最小値までの軸方向範囲内であることを特徴とする請求項５に記載の貯蔵用キャニスター。