JP2015087367A - 放射性物質収納容器の管理方法、放射性物質収納容器の組立方法及び放射性物質収納容器 - Google Patents

Abstract

【課題】蓋部を胴部に対して押し付ける力を計測することができ、放射性物質収納容器の内部空間の密閉状態をより確実に維持することができる放射性物質収納容器の管理方法、放射性物質収納容器の組立方法及び放射性物質収納容器を提供すること。【解決手段】ボルト及び蓋部のうちいずれかの測定対象部の変位を計測する計測ステップと、計測した変位と、予め検出した変位と軸力との関係と、に基づいて軸力を検出する検出ステップと、検出ステップで検出した軸力は適切であるかを判定する判定ステップと、を有する。【選択図】図３

Description

本発明は、放射性物質収納容器の管理方法、放射性物質収納容器の組立方法及び放射性物質収納容器に関する。

原子力発電プラントの原子炉などで発生した放射性廃棄物は、放射性物質収納容器に収納され、貯蔵施設や再処理施設などに搬送され、貯蔵または再処理される。このような放射性物質収納容器は、上部が開口した底付きの円筒形状をなす胴部と、複数の放射性物質を個々に収納可能な複数のセルを有するバスケットと、胴部の上部に固定される蓋部と、を有する。放射性物質収納容器は、胴部に対して蓋部をボルトで締結し、蓋部に対して胴部を密着させることで、胴部と蓋部とで囲まれる空間を密閉状態とする。放射性物質収納容器は、胴部と蓋部との間には、金属ガスケット等のシール機構も設けられている。

ここで、特許文献１には、上蓋の内容器に対する動的変位量を算出する方法として、内容器（胴部）の開口部を密封するシール材として用いられ、内容器のフランジ面とこの開口部を塞ぐ上蓋のフランジ面との間に所定圧力が加えられて狭持される円環形状の金属ガスケットにひずみゲージを設け、ひずみゲージで検出する方法が記載されている。

特開２００３−２３２８８９号公報

放射性物質収納容器は、内部に放射性物質を収納しているため、密封状態を維持する必要があり、胴部に対して蓋部が所定の圧力以上で押し付けられている必要がある。ここで、特許文献１に記載の装置は、ガスケットに作用する力を計測することができるが、蓋部を胴部に対して押し付ける力を計測するものではない。また、特許文献１に記載の装置は、ガスケットの表面にひずみゲージを貼って応力を計測するため、検出値を取得するための配線を通過させる穴等を胴部と蓋部のいずれかに形成する必要がある。放射性物質収納容器は、内部に放射性物質を収納してから４０から６０年もの長期間におよぶ密封状態を維持管理するには、ひずみゲージの長期間における信頼性の低下やひずみゲージによる応力の検出値を取得するための配線を通過させる穴等を設けると、長期間の密封状態への信頼性が低下するおそれがある。

本発明は、蓋部を胴部に対して押し付ける力を計測することができ、放射性物質収納容器の内部空間の密閉状態をより確実に長期間にわたり維持することができる放射性物質収納容器の管理方法、放射性物質収納容器の組立方法及び放射性物質収納容器を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための本発明は、放射性物質が収納される胴部と、前記胴部の開口部を塞ぐ蓋部と、前記蓋部を前記胴部に対して固定するボルトと、を備える放射性物質収納容器の管理方法であって、前記ボルト及び前記蓋部のうちいずれかの測定対象部の変位を計測する計測ステップと、計測した変位と、予め検出した変位と軸力との関係と、に基づいて軸力を検出する検出ステップと、前記検出ステップで検出した軸力は適切であるかを判定する判定ステップと、を有することを特徴とする。

また、前記判定ステップで、軸力が低下していると判定した場合、前記ボルトを締める増し締めステップをさらに有することが好ましく、増し締めステップの後に、前記検出ステップと前記判定ステップとを有することが好ましい。

また、前記測定対象部の変位は、前記蓋部のたわみ量であることが好ましい。

また、前記測定対象部の変位は、前記ボルトのたわみ量であることが好ましい。

前記測定対象部の変位は、前記座金のたわみ量であることが好ましい。

また、前記予め検出した変位と軸力との関係は、熱や放射線による物性値の変化を加味して、あらかじめ計算または実験で算出されていることが好ましい。

また、前記蓋部は、密閉状態をより確実に維持することができる放射性物質収納容器の管理としては、前記胴部に対して固定された一次蓋部よりも外側に配置され、前記胴部に固定された二次蓋部であることが好ましい。また、前記蓋部の組立時は、一次蓋部、二次蓋部及び二次蓋部のさらに外側に輸送時等に取り付けられる三次蓋にも適用することが好ましい。なお、一次蓋部、二次蓋部及び三次蓋部は、ドレン／ベントポート、圧力監視ポート等を有する構造であってもよい。前記ポートにおいて密封状態を維持する必要があるポートについては同様に、ポート用蓋を固定するボルトを備える放射性物質収納容器の管理方法であって、前記ボルトを締める締結ステップと、前記ボルト及び前記ポート蓋部のうちいずれかの測定対象部の変位を計測する計測ステップと、計測した変位と、予め検出した変位と軸力との関係と、に基づいて軸力を検出する検出ステップと、前記検出ステップで検出した軸力は適切であるかを判定し、前記軸力が低いと判定した場合、前記締結ステップに進む判定ステップと、を有することが好ましい。

上記の目的を達成するための本発明は、放射性物質が収納される胴部と、前記胴部の開口部を塞ぐ蓋と、前記蓋部を前記胴部に対して固定するボルトと、を備える放射性物質収納容器の組立方法であって、前記ボルトを締める締結ステップと、前記ボルト及び前記蓋部のうちいずれかの測定対象部の変位を計測する計測ステップと、計測した変位と、予め検出した変位と軸力との関係と、に基づいて軸力を検出する検出ステップと、前記検出ステップで検出した軸力は適切であるかを判定し、前記軸力が低いと判定した場合、前記締結ステップに進む判定ステップと、を有することを特徴とする。

また、前記判定ステップで、軸力が低下していると判定した場合、前記ボルトを締める増し締めステップをさらに有することが好ましく、増し締めステップの後に、前記検出ステップと前記判定ステップとを有することが好ましい。

また、前記測定対象部の変位は、前記蓋部のたわみ量であることが好ましい。

また、前記測定対象部の変位は、前記ボルトのたわみ量であることが好ましい。

また、前記測定対象部の変位は、前記座金のたわみ量であることが好ましい。

また、前記蓋部は、密閉状態をより確実に維持することができる放射性物質収納容器の管理としては、前記胴部に対して固定された一次蓋部よりも外側に配置され、前記胴部に固定された二次蓋部であることが好ましい。また、前記蓋部は、一次蓋部、二次蓋部及び二次蓋部のさらに外側に輸送時等に取り付けられる三次蓋部も含むことが好ましい。なお、一次蓋部、二次蓋部及び三次蓋部は、ドレン／ベントポート、圧力監視ポート等を有する構造であってもよい。前記ポートにおいて密封状態を維持する必要があるポートについては同様に、ポート用蓋を固定するボルトと、を備える放射性物質収納容器の組立方法であって、前記ボルトを締める締結ステップと、前記ボルト及び前記ポート蓋部のうちいずれかの測定対象部の変位を計測する計測ステップと、計測した変位と、予め検出した変位と軸力との関係と、に基づいて軸力を検出する検出ステップと、前記検出ステップで検出した軸力は適切であるかを判定し、前記軸力が低いと判定した場合、前記締結ステップに進む判定ステップと、を有することが好ましい。

上記の目的を達成するための本発明は、放射性物質収納容器であって、放射性物質が収納される胴部と、前記胴部の開口部を塞ぐ蓋部と、前記蓋部を前記胴部に対して固定するボルトと、を備え、前記ボルトは、前記胴部側とは反対側の面に開口し、軸方向に延在し、軸力によってたわみ量が変化する穴が形成されていることを特徴とする。

また、前記穴に挿入され、前記穴のたわみ量を検出する検出部をさらに有することが好ましい。

本発明によれば、放射性物質収納容器の内部空間の密閉状態をより確実に長期間にわたり維持することができる。

図１は、本実施形態に係る放射性物質収納容器の一例を示す縦断面図である。 図２は、二次蓋部と胴本体とボルトとの関係を示す縦断面図である。 図３は、管理システムの概略構成の一例を示すブロック図である。 図４は、放射性物質収納容器の組立方法の一例を示すフローチャートである。 図５は、放射性物質収納容器の管理方法の一例を示すフローチャートである。 図６は、二次蓋部と胴本体とボルトとの関係の他の例を示す縦断面図である。 図７は、ボルトとボルトのたわみを計測する機構の一例を示す断面図である。 図８は、ボルトとボルトのたわみを計測する機構の一例を示す断面図である。 図９は、ボルトとボルトのたわみを計測する機構の一例を示す断面図である。 図１０は、ボルトとボルトのたわみを計測する機構の一例を示す断面図である。 図１１は、ボルトとボルトのたわみを計測する機構の一例を示す断面図である。 図１２は、軸力とたわみ（ボルト周辺ひずみ）との関係の一例を示す説明図である。 図１３は、ボルトとボルトのたわみを計測する機構の一例を示す断面図である。 図１４は、軸力とたわみ（ボルト周辺変位）との関係の一例を示す説明図である。 図１５は、ボルトとボルトのたわみを計測する機構の一例を示す断面図である。

以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施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、本実施形態に係る放射性物質収納容器としてのキャスクの縦断面図である。放射性物質収納容器としてのキャスク１１は、胴部１２と蓋部１３とバスケット１４とから構成されている。胴部１２は、胴本体２１の一方、つまり、上部に開口部２２が形成され、他方、つまり、下部に底部（閉塞部）２３が形成された円筒形状をなしており、内部に放射性物質（例えば、使用済燃料集合体）を収納可能となっている。すなわち、胴本体２１は、内部にキャビティ２４が設けられ、このキャビティ２４は、その内面がバスケット１４の外周形状に合わせた形状となっている。バスケット１４は、複数の放射性物質（図示略）を個々に収納するセルを複数有している。バスケット１４は、図１に示すようにバスケット本体１４Ａを有する。バスケット本体１４Ａは、互いに平行かつ所定間隔で配置されるセルとしての放射性物質収納部１４Ｂが上下方向で連続して形成されている。上下方向とは、キャスク１１において胴部１２の円筒形状の中心軸に沿う方向であり、胴本体２１の上下方向に相当する。そして、胴本体２１は、下部に底部２３が溶接または一体成形により結合されており、この胴本体２１及び底部２３は、γ線遮蔽機能を有する炭素鋼製の鍛造品となっている。胴本体２１及び底部２３は、炭素鋼の代わりにステンレス鋼を用いることもできる。また、胴本体２１及び底部２３は、球状黒鉛鋳鉄や炭素鋼鋳鋼などの鋳造品を用いることもできる。

胴部１２は、胴本体２１の外周側に所定の隙間を空けて外筒２５が配設されており、胴本体２１の外周面と外筒２５の内周面との間に、熱伝達を行う銅製の伝熱フィン２５ａが周方向に等間隔で複数溶接されている。そして、胴部１２は、胴本体２１と外筒２５との空間部に、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有するボロンまたはボロン化合物を含有したレジン（中性子遮蔽材）２６が流動状態で図示しないパイプ等を介して注入され、固化されている。

また、胴部１２は、底部２３の下側に複数の連結板２７により所定の隙間を空けて底板２８が連結されていてもよく、この連結板２７と底板２８との空間部にレジン（中性子遮蔽材）２９が設けられている。なお、連結板２７を設けないこともある。更に、胴部１２は、外周部における所定の位置にトラニオン４１が固定されている。

胴部１２における胴本体２１の開口部２２を塞ぐ蓋部１３は、一次蓋部３１と二次蓋部３２によって構成されている。一次蓋部３１は、円盤形状であり、二次蓋部３２も、円盤形状である。図１に示すように、二次蓋部３２にレジン（中性子遮蔽材）３３が封入されている。なお、二次蓋部３２にレジン３３が封入されてなくてもよい。また、一次蓋にレジン３３が封入される場合もある。一次蓋部３１は、ボルト３５により胴本体２１の上端部に着脱自在に取り付けられる。二次蓋部３２も、ボルト３６により胴本体２１の上端部に着脱自在に取付けられる。また、本実施形態のキャスク１１は、蓋部１３の周囲にレジンを封入した補助遮蔽体３４が設けられている。なお、補助遮蔽体３４が設けられない場合もある。

次に、図２を用いて、二次蓋部３２を胴本体２１に締結するボルト３６の周辺部の構造について説明する。図２は、二次蓋部と胴部とボルトとの関係を示す縦断面図である。なお、図２では、二次蓋部３２と胴本体２１とボルト３６との関係で説明するが、一次蓋部３１と胴本体２１とボルト３５との関係も同様である。つまりボルト３６の周辺の二次蓋部３２の構造とボルト３５の周辺の一次蓋部３１の構造は同様の構造となる。

二次蓋部３２は、γ線を遮蔽する炭素鋼製の部材であり、ボルト３６が挿入される貫通穴４０が形成されている。貫通穴４０はねじ溝が形成されていない。また、胴本体２１の貫通穴４０の対応する部分には、ボルト３６が螺合されるボルト穴４１が形成されている。ボルト穴４１はねじ溝が形成されている。二次蓋部３２の貫通穴４０と胴本体２１のボルト穴４１とは、周方向（バスケット１４が格納されている領域の外縁に沿って）に所定の間隔で複数形成されている。ボルト３６は、先端側の一部がボルト穴４１に螺合することで、二次蓋部３２を胴本体２１に押し付け、二次蓋部３２を胴本体２１に固定する。

また、二次蓋部３２は、貫通穴４０が形成されている部分よりもバスケット１４側で、かつ、バスケット１４が格納されている領域である領域、つまり、貫通穴４０よりも内側で胴本体２１と接する部分に、周方向に延在する溝４２が形成されている。溝４２には、ガスケット４６が挿入されている。

ガスケット４６は、金属性のリング状の部材であり、溝４２の壁面と胴本体２１と接触している。ガスケット４６は、溝４２の内部空間の高さ（ボルト３６の軸方向）よりも大きい形状であり、二次蓋部３２が胴本体２１に押し付けられることで、溝４２の壁面と胴本体２１と接触した状態となる。このとき、ガスケット４６は、溝４２の壁面と胴本体２１とにより縮む方向の力が付与されるため、両者と所定の力以上で接触し、密着する。ガスケット４６は、周方向の全周に配置された部材であり、胴本体２１と二次蓋部３２とを密着させることで、胴本体２１と二次蓋部３２の内部空間を密閉状態とする。このように、二次蓋部３２は、胴本体２１に押し付けられることで、ガスケット４６が胴本体２１と二次蓋部３２を密閉し、キャスク１１の内部の気密性（密封性）が確保される。

ここで、二次蓋部３２は、貫通穴４０と重なる部分の胴本体２１側の面に切欠き４４が形成されている。切欠き４４が形成されている。切欠き４４は、二次蓋部３２と胴本体２１との間の形成された隙間であり、貫通穴４０及びボルト穴４１とつながった空間である。切欠き４４は、ボルト３６がボルト穴４１に螺合されている状態によって変動する二次蓋部３２を胴本体２１に押し付ける力によって、隙間の距離Ｌ１が変動する。ここで、ボルト３６は、作業者によって締められてボルト穴４１に螺合する量が多くなることで、ボルト３６の頭部と胴本体２１との間の距離が短くなり、生じるボルト３６の頭部が二次蓋部３２を胴本体２１側に押す力が大きくなり、隙間の距離Ｌ１が短くなる。また、距離Ｌ１が変動すると、同時に二次蓋部３２の切欠き４４とは反対側の面と、胴部３１の外側（開口部２２の密閉された空間から遠い側）の端面との距離Ｌ２も変動する。ここで、距離Ｌ１が短くなると距離Ｌ２は長くなり、距離Ｌ１が長くなると距離Ｌ２は短くなる。

次に、図３を用いて、キャスク（放射性物質格納容器）１１を管理する管理システム１００について説明する。図３は、管理システムの概略構成の一例を示すブロック図である。管理システム１００は、処理装置１０２と計測装置１０４とを有する。管理システム１００は、キャスク１１の組み立て（特に胴部１２への蓋部１３の取付作業）と保管を管理する。なお、本実施形態では、管理システム１００を用いた場合として説明するが、管理システム１００を用いずに、キャスク１１の組み立てと保管を行ってもよい。

処理装置１０２は、パーソナルコンピュータ等の演算装置であり、演算部１１２と記憶部１１４とを有する。処理装置１０２は、マウス、キーボード、タッチパネル、コントローラ等の作業者が操作を入力する入力デバイスや、ディスプレイ、プリンタ、スピーカ等の作業者に情報を報知する出力デバイスを備えている。演算部１１２は、各種演算処理を行い、後述する軸力の算出や締結状態の判定処理を行う。記憶部１１４は、演算部１１２の処理に用いるプログラムやデータ等を記憶している。記憶部１１４は、基準テーブル１２０を有する。基準テーブル１２０は、実験や演算で予め算出した測定対象部のたわみ量と軸力との関係を記憶している。

計測装置１０４は、測定対象部のたわみ量を計測する装置である。本実施形態の計測装置１０４は、測定対象部のたわみ量として距離Ｌ２を計測する。計測装置１０４は、距離Ｌ２の計測結果に基づいて距離Ｌ１を算出して距離Ｌ１を計測結果としてもよい。計測装置１０４としては、測定対象部のたわみ量を計測する種々の装置を用いることができ、測定対象部のたわみ量や、測定対象部のたわみ量に連動して変位する部分の変位を計測する変位計や、画像を撮影する装置と撮影した装置を解析して測定対象部のたわみ量を算出する装置との組み合わせ等を用いることができる。

次に、図４を用いて、放射性物質収納容器の組み立て方法について説明する。図４は、放射性物質収納容器の組立方法の一例を示すフローチャートである。図４に示す方法は、管理システム１００が作業者によって実行された作業や入力された結果、計測装置１０４で計測した結果等に基づいて処理を実行する。

まず、組立方法は、燃料を装荷する（ステップＳ１２）。つまり、胴本体２１の内部に放射性物質を格納する。次に、組立方法は、胴本体２１に対して一次蓋部３１を設置し（ステップＳ１４）、一次蓋部３１の貫通穴４０にボルト３５を挿入し、ボルト３５をボルト穴４１に螺合させることで、一次蓋部３１をボルト締めする（ステップＳ１６）。組立方法は、一次蓋部３１をボルト締めしたら、一次蓋部３１の変形部位（測定対象部）、切欠き４４が形成されている部分のたわみ量σを計測する（ステップＳ１８）。

組立方法は、たわみ量σを計測したら、たわみ量σと剛性ｋに基づいて、締付け軸力Ｆを算出する（ステップＳ２０）。剛性ｋは、上述した測定対象部のたわみ量と軸力との関係を示すパラメータであり、あらかじめ計算や実験で算出している。つまり、たわみ量σを計測した結果とあらかじめ取得しているたわみ量と軸力との関係とに基づいて軸力Ｆを算出する。軸力Ｆは、ボルト３５が一次蓋部３１を胴本体２１に押し付ける力（締め付ける力）である。

組立方法は、軸力Ｆを算出したら、締付け軸力Ｆが適切であるかを判定する（ステップＳ２２）。組立方法は、軸力Ｆが適切ではない（ステップＳ２２でＮｏ）と判定した場合、ステップＳ１６に戻り、もう一度ボルト締めを行う。つまり、ボルト３５を増し締めする。

組立方法は、軸力Ｆが適切である（ステップＳ２２でＹｅｓ）と判定した場合、胴本体２１に対して二次蓋部３２を設置し（ステップＳ２４）、二次蓋部３２の貫通穴４０にボルト３６を挿入し、ボルト３６をボルト穴４１に螺合させることで、二次蓋部３２をボルト締めする（ステップＳ２６）。組立方法は、二次蓋部３２をボルト締めしたら、二次蓋部３２の変形部位（測定対象部）、切欠き４４が形成されている部分のたわみ量σを計測する（ステップＳ２８）。

組立方法は、たわみ量σを計測したら、たわみ量σと剛性ｋに基づいて、締付け軸力Ｆを算出する（ステップＳ３０）。剛性ｋは、上述した測定対象部のたわみ量と軸力とを関係を示すパラメータであり、あらかじめ計算や実験で算出している。組立方法は、軸力Ｆを算出したら、締付け軸力Ｆが適切であるかを判定する（ステップＳ３２）。組立方法は、軸力Ｆが適切ではない（ステップＳ３２でＮｏ）と判定した場合、ステップＳ１６に戻り、もう一度ボルト締めを行う。つまり、ボルト３６を増し締めする。組立方法は、軸力Ｆが適切である（ステップＳ３２でＹｅｓ）と判定した場合、蓋部の取付を完了とし、後処理を行った後、キャスク１１を貯蔵施設へ輸送し、保管し（ステップＳ３４）、本処理を終了する。

このように、キャスク１１は、図４に示す組立方法のように、距離Ｌ２を計測した結果、つまりたわみ量に基づいて軸力を計測することができ、その結果に基づいて、ボルト３５、３６によって、蓋部１３が胴部１２に押し付けられているかを判定することができる。これにより、適切な負荷でボルト締めを行うことができる。具体的には、ボルト締めの際、ボルトに作用するトルクに基づいて判定を行う場合、条件に応じて、トルクと軸力との関係は変化するため軸力が適切に算出されない場合がある。これに対して、本実施形態は、たわみ量に基づいて軸力を算出することで、簡単な構造で軸力を直接計測することができる。

また、本実施形態のように表面に露出している部分のたわみを計測することで、内部に計測機構が残留することを抑制でき、また外部から計測地点に簡単にアクセスすることができる。内部とつながる穴を形成する必要がないため、密閉性をより確実に維持することができる。密閉性をより確実に維持できることで、放射性物質収納容器の内部空間の密閉状態をより確実に長期間にわたり維持することができる。

次に、図５を用いて、放射性物質収納容器の保管時の管理方法、具体的には、密閉状態の検査を行う際の１つの処理について説明する。図５は、放射性物質収納容器の管理方法の一例を示すフローチャートである。キャスク１１は、放射性物質を収納した後、例えば６０年以上の長期間、管理した状態で保管される。管理方法は、保管しているキャスク１１を所定の周期で点検し、適切な保管状態を維持する。

管理方法は、点検を実行するかを判定する（ステップＳ４０）。つまり点検を行う時期であるかを判定する。管理方法は、点検を行わない（ステップＳ４０でＮｏ）と判定した場合、ステップＳ４０に戻る。つまり、管理方法は、点検を行うタイミングまで、判定を繰り返す。

管理方法は、点検を行う（ステップＳ４０でＹｅｓ）と判定した場合、二次蓋部３２の変形部位（測定対象部）、切欠き４４が形成されている部分のたわみ量σを計測する（ステップＳ４２）。管理方法は、たわみ量σを計測したら、たわみ量σと剛性ｋに基づいて、締付け軸力Ｆを算出する（ステップＳ４４）。剛性ｋは、上述した測定対象部のたわみ量と軸力との関係を示すパラメータであり、あらかじめ計算や実験で算出している。なお、剛性ｋは、点検を行う時点での長期間の熱及び放射線にさらされることによる物性の変化を考慮して算出することでより適切な値とすることができる。管理方法は、軸力Ｆを算出したら、締付け軸力Ｆが適切であるかを判定する（ステップＳ４６）。管理方法は、軸力Ｆが適切ではない（ステップＳ４６でＮｏ）と判定した場合、二次蓋部３２をボルト締めする（ステップＳ４８）。管理方法は、軸力が弱くなっている場合、ボルト３６を増し締めし、軸力を増加させ、処理を終了する。なお、管理方法は、ステップＳ４８の処理後、ステップＳ４２に戻って、軸力を再確認してもよい。管理方法は、軸力Ｆが適切である（ステップＳ４６でＹｅｓ）と判定した場合、本処理を終了する。

管理方法が、以上のように、保管時の点検の際にも、距離Ｌ２を計測した結果、つまりたわみ量に基づいて軸力を計測することができ、その結果に基づいて、ボルト３６によって、二次蓋部３２が胴部１２に押し付けられているかを判定することができる。これにより、適切な負荷でボルト締めを行うことができる。具体的には、ボルト締めの際、ボルトに作用するトルクに基づいて判定を行う場合、条件に応じて、トルクと軸力との関係は変化するため軸力が適切に算出されない場合がある。これに対して、本実施形態は、たわみ量に基づいて軸力を算出することで、簡単な構造で軸力を直接計測することができる。

また、本実施形態のように表面に露出している部分のたわみを計測することで、内部に計測機構が残留することを抑制でき、また外部から計測地点に簡単にアクセスすることができる。内部とつながる穴を形成する必要がないため、密閉性をより確実に維持することができる。密閉性をより確実に維持できることで、放射性物質収納容器の内部空間の密閉状態をより確実に長期間にわたり維持することができる。

また、図５に示す処理では、ボルトを増し締めしたが処理としてはこれに限定されない。例えば、ボルト３６を交換したり、ボルト３６の頭部と二次蓋部３２との接触面を保修してもよい。

ここで、蓋部は、一次蓋部、二次蓋部に加え、二次蓋部のさらに外側に輸送時等に取り付けられる三次蓋部を備えていてもよい。また、一次蓋部、二次蓋部及び三次蓋部にはドレン／ベントポート、圧力監視ポート等を備えていてもよい。蓋部がポートにおいて密封状態を維持する必要がある場合、ポート用蓋と、ポート用蓋を固定するボルトと、を備える構造としてもよい。この場合も、ポート用蓋を固定するボルトを締める締結ステップと、前記ボルト及び前記ポート蓋部のうちいずれかの測定対象部の変位を計測する計測ステップと、計測した変位と、予め検出した変位と軸力との関係と、に基づいて軸力を検出する検出ステップと、前記検出ステップで検出した軸力は適切であるかを判定し、前記軸力が低いと判定した場合、前記締結ステップに進む判定ステップと、を実行することで、同様の効果を得ることができる。

ここで、上記実施形態では、蓋部の胴部と対面する面に切欠きを設け、二次蓋部の切欠きが形成された部分のたわみを計測したがこれに限定されない。キャスクは、ボルトの締め付けによって、作用する力が変化し、変形が生じる部分に変形（たわみ量）を計測できる機構を備えていればよい。キャスクは、変形が生じる部分に変形（たわみ量）を計測する機構を備えることで、その機構に基づいて、密閉状態をより確実に検出することができる。これにより、密閉性を確実に維持でき、放射性物質収納容器の内部空間の密閉状態をより確実に長期間にわたり維持することができる。

図６は、二次蓋と胴部とボルトとの関係の他の例を示す縦断面図である。図６に示すキャスクは、二次蓋部３２とボルト３６の頭部との間に座金６０が配置されている。なお、座金６０は、ボルト（締結機構）３６の一部である。座金６０は、二次蓋部３２Ａ側の面でかつ貫通穴５０とつながっている部分に切欠き６３と、ボルト３６が挿入される貫通穴６４が形成されている。また、座金６０は、切欠き６３と外部を連通させる穴６６が形成されている。穴６６には、基準棒６２が挿入されている。基準棒６２は、二次蓋部３２Ａの表面６８と接している。

図６に示す座金６０は、ボルト３６がボルト穴４１に螺合されている状態によって、切欠き６３の形状が変化する。具体的には、切欠き６３の二次蓋部３２と対面する面６７と二次蓋部３２の表面６８との距離Ｌ３が変動する。ここで、ボルト３６は、作業者によって締められたボルト穴４１に螺合する量が多くなることで、ボルト３６の頭部と胴本体２１との間の距離が短くなり、生じるボルト３６の頭部が二次蓋部３２を胴本体２１側に押す力が大きくなり、隙間の距離Ｌ３が短くなる。また、距離Ｌ３が変動すると、同時に切欠き６７とは反対側の面と、二次蓋部３２に突き当てられている基準棒６２の二次蓋部３２とは反対側の端部との距離Ｌ４も変動する。ここで、距離Ｌ３が短くなると距離Ｌ４は長くなり、距離Ｌ３が長くなると距離Ｌ４は短くなる。図６に示すように、ボルト３６に設けた座金６０を軸力に応じてたわむ構造とし、そのたわみ量を計測することで、たわみ量から軸力を計測することができる。また、ボルト３６側にたわみを計測する機構を設けることで、二次蓋部３２Ａの形状を簡単にすることができる。

図７は、ボルトとボルトのたわみを計測する機構の一例を示す断面図である。図７に示すキャスクのボルト３６Ａは、ねじ溝が形成されているねじ部７０がボルト穴４１に螺合し、直胴部７２が貫通穴４０と対面している。ボルト３６Ａは、内部に軸方向に延在する穴７４が形成されている。穴７４は、ねじ部７０と直動部７２の境界が底となる。穴７４には、基準棒６２が挿入されている。図７の基準棒６２は、穴７４の底面に突き当てられている。

ここで、ボルト３６Ａは、ボルト穴４１に螺合されている状態によって、頭部とねじ部７０との距離が変化する。具体的にはボルト３６Ａは、作業者によって締められてボルト穴４１に螺合する量が多くなると、ボルト３６の頭部とねじ部７０との間の距離Ｌ５が長くなり、生じるボルト３６の頭部が二次蓋部３２を胴本体２１側に押す力が大きくなる。作業者によって締められてボルト穴４１に螺合する量が少なくなると、ボルト３６の頭部とねじ部７０との間の距離Ｌ５が短くなり、生じるボルト３６の頭部が二次蓋部３２を胴本体２１側に押す力が小さくなる。穴７４は、直胴部７２に設けられているため、ボルト３６の頭部とねじ部７０との間の距離Ｌ５に連動して伸び縮みする。これに対して基準棒６２は、長さが一定であり、端部が穴７４の底面についているため、距離Ｌ５が長くなると、ボルト３６Ａから突出している部分の距離Ｌ６が短くなり、距離Ｌ５が短くなると距離Ｌ６が長くなる。

図７に示すように、ボルト３６Ａに軸力に応じてたわむ部分を計測する機構を設け、そのたわみ量を計測することでも、たわみ量から軸力を計測することができる。また、ボルト３６Ａ側にたわみを計測する機構を設けることで、二次蓋部３２Ａの形状を簡単にすることができる。なお、穴７４は、本実施形態のように、ねじ部７０と直胴部７２との境界が底となる形状が好ましいが、底の軸方向の位置が直胴部７２と重なる位置にあればよい。

図８は、ボルトとボルトのたわみを計測する機構の一例を示す断面図である。図７に示す例では、穴７４の軸方向の伸びをたわみとして計測したが、図８に示すように、穴７４の径Ｄをたわみ量として計測してもよい。具体的には、上述したように、ボルト３６Ｂに作用する軸力に応じて、穴７４が伸び縮みする。したがって、穴７４の伸び縮みに応じて、ポワソン比で径Ｄも伸び縮みする。この関係を用いることで、穴７４の径の変動をたわみとして計測しても同様にたわみから軸力を計測することができる。なお、形状はレーザ変位計等で計測することができる。

図９は、ボルトとボルトのたわみを計測する機構の一例を示す断面図である。図９に示すボルト３６Ｃは、穴７４に一定量の液体８０が貯留されている。穴７４は、上述したように軸力に応じて内径が変化することで、液体８０の液面８１の高さも変化する。この関係を用いることで、穴７４の径の変動をたわみとして計測しても同様にたわみから軸力を計測することができる。

図１０は、ボルトとボルトのたわみを計測する機構の一例を示す断面図である。図１０に示すボルト３６Ｄは、穴７４の内部に圧電素子８２を挿入し、穴７４の形状の変化によって生じる圧電素子８２に作用する圧力の変化を電流で検出する。このように、圧電素子８２を用いて、穴７４の形状の変化、つまりたわみ量を計測しても同様にたわみから軸力を計測することができる。なお、この場合、電流とたわみとの関係と、軸力とたわみとの関係を用いて、電流と軸力との関係をあらかじめ算出することで演算を簡単にすることができる。

図１１は、ボルトとボルトのたわみを計測する機構の一例を示す断面図である。図１２は、軸力とたわみ（ボルト周辺ひずみ）との関係の一例を示す説明図である。図１１に示す例は、カメラ８４を用いて、ボルト３６及び二次蓋部３２Ｂの表面の形状を撮影し、画像相関法に基づいて、ボルト３６の周辺部のひずみを計測する。管理システム１００は、図１２に示すように画像相関法に基づいて求められるボルト周辺のひずみと軸力との関係をあらかじめ算出している。なお、ボルト周辺のひずみと軸力との関係は、モックアップモデルで算出すればよい。この例では、カメラ８４で撮影した画像に基づいて計測したボルト３６の周辺部のひずみと図１２に示す関係とを用いることで軸力を算出することができる。このように、蓋部のボルトの周辺の部分の状態の変化をたわみとして計測しても同様にたわみから軸力を計測することができる。

図１３は、ボルトとボルトのたわみを計測する機構の一例を示す断面図である。図１４は、軸力とたわみ（ボルト周辺変位）との関係の一例を示す説明図である。図１３に示す例は、ボルト３６及び二次蓋部３２Ｂの表面の形状を型８６で転写し、型８６の表面の形状を計測することで、ボルト３６の周辺部の変位を計測する。管理システム１００は、図１４に示すようにボルト周辺の変位と軸力との関係をあらかじめ算出している。なお、ボルト周辺の変位と軸力との関係も、モックアップモデルで算出すればよい。この例では、型８６で転写して計測したボルト３６の周辺部の変位と図１４に示す関係とを用いることで軸力を算出することができる。このように、蓋部のボルトの周辺の部分の状態の変化をたわみとして計測しても同様にたわみから軸力を計測することができる。

図１５は、ボルトとボルトのたわみを計測する機構の一例を示す断面図である。図１５に示す例は、軸力の計測に、超音波軸力計９０を用いている。超音波軸力計９０を用いる場合は、測定対象のボルトと同じ基準ボルトを負荷がかかっていない状態で、キャスク１１と一体で保管し、基準ボルトと測定対象のボルトとの差に基づいて、ボルトのたわみ（伸び）を計測し、その結果に基づいて、軸力を計測する。このように、ボルト自体の伸びをたわみとして計測することでもたわみから軸力を計測することができる。

１１ キャスク（放射性物質収納容器）
１２ 胴部
１３ 蓋部
１４ バスケット
１４Ａ バスケット本体
１４Ｂ 放射性物質収納部
２１ 胴本体
２２ 開口部
２３ 底部
２４ キャビティ
２５ 外筒
２５ａ 伝熱フィン
２７ 連結板
２８ 底板
３１ 一次蓋部
３２、３２Ａ、３２Ｂ 二次蓋部
３３ レジン
３４ 補助遮蔽体
３５、３６、３６Ａ、３６Ｂ、３６Ｃ、３６Ｄ ボルト
４０ 貫通穴
４１ ボルト穴
４２ 溝
４４ 切欠き
４６ ガスケット
６０ 座金
６２ 基準棒
７０ ねじ溝
７２ 直胴部
７４ 穴
８０ 液体
８１ 液面
８２ 圧電素子
８４ カメラ
８６ 型
９０ 超音波軸力計
１００ 管理システム
１０２ 処理装置
１０４ 計測装置
１１２ 演算部
１１４ 記憶部
１２０ 基準テーブル

Claims (14)

1. 放射性物質が収納される胴部と、前記胴部の開口部を塞ぐ蓋部と、前記蓋部を前記胴部に対して固定するボルトと、を備える放射性物質収納容器の管理方法であって、
   前記ボルト及び前記蓋部のうちいずれかの測定対象部の変位を計測する計測ステップと、
   計測した変位と、予め検出した変位と軸力との関係と、に基づいて軸力を検出する検出ステップと、
   前記検出ステップで検出した軸力は適切であるかを判定する判定ステップと、を有することを特徴とする放射性物質収納容器の管理方法。
2. 前記判定ステップで、軸力が低下していると判定した場合、前記ボルトを締める増し締めステップをさらに有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容器の管理方法。
3. 前記測定対象部の変位は、前記蓋部のたわみ量であ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容器の管理方法。
4. 前記測定対象部の変位は、前記ボルトのたわみ量であ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容器の管理方法。
5. 前記測定対象部の変位は、前記座金のたわみ量であ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容器の管理方法。
6. 前記予め検出した変位と軸力との関係は、熱や放射線による物性値の変化を加味して、あらかじめ計算または実験で算出されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の放射性物質収納容器の管理方法。
7. 前記蓋部は、前記胴部に対して固定された一次蓋部よりも外側に配置され、前記胴部に固定された二次蓋部であることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の放射性物質収納容器の管理方法。
8. 放射性物質が収納される胴部と、前記胴部の開口部を塞ぐ蓋と、前記蓋部を前記胴部に対して固定するボルトと、を備える放射性物質収納容器の組立方法であって、
   前記ボルトを締める締結ステップと、
   前記ボルト及び前記蓋部のうちいずれかの測定対象部の変位を計測する計測ステップと、
   計測した変位と、予め検出した変位と軸力との関係と、に基づいて軸力を検出する検出ステップと、
   前記検出ステップで検出した軸力は適切であるかを判定し、前記軸力が低いと判定した場合、前記締結ステップに進む判定ステップと、を有することを特徴とする放射性物質収納容器の組立方法。
9. 前記測定対象部の変位は、前記蓋部のたわみ量であることを特徴とする請求項８に記載の放射性物質収納容器の組立方法。
10. 前記測定対象部の変位は、前記ボルトのたわみ量であることを特徴とする請求項８に記載の放射性物質収納容器の組立方法。
11. 前記測定対象部の変位は、前記座金のたわみ量であることを特徴とする請求項８に記載の放射性物質収納容器の組立方法。
12. 前記蓋部は、前記胴部に対して固定された一次蓋部よりも外側に配置され、前記胴部に固定された二次蓋部であることを特徴とする請求項８から１１のいずれか一項に記載の放射性物質収納容器の組立方法。
13. 放射性物質が収納される胴部と、
    前記胴部の開口部を塞ぐ蓋部と、
    前記蓋部を前記胴部に対して固定するボルトと、を備え、
    前記ボルトは、前記胴部側とは反対側の面に開口し、軸方向に延在し、軸力によってたわみ量が変化する穴が形成されていることを特徴とする放射性物質収納容器。
14. 前記穴に挿入され、前記穴のたわみ量を検出する検出部をさらに有することを特徴とする請求項１３に記載の放射性物質収納容器。

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