JP2019508675A - 核燃料デブリコンテナ - Google Patents

Abstract

コンテナは、水中または空気中において、例えば原子炉のメルトダウンなどからの放射性デブリを安全に格納するよう設計されている。コンテナは、全体が金属のパーツからできていることが好ましいがこれは必須ではない。コンテナは、上端と下端との間に延びる長尺円筒状筐体と、下端に設けられた平板状底部と、上端に設けられた開放上部と、開放上部の上に取り付けられた円板状蓋と、を有するオーバパックを有する。バスケットは、オーバパックの内部に設けられる。バスケットは、その長手方向に沿って互いに平行な複数の長尺円筒状キャニスタを有する。複数のキャニスタのそれぞれは、上端と下端との間に延びる長尺円筒状筐体と、下端に設けられた平板状底部と、上端に設けられた開放上部と、開放上部の上に取り付けられた円板状蓋と、を有する。
【選択図】図１Ｃ

Description

優先権主張
本願は、２０１６年３月２日に出願された米国特許仮出願第６２／３０２,３６３号の優先権の利益を享受する。その出願は、参照によりその全体が本明細書に組み入れられる。

本開示の実施の形態は主に、炉心溶融物や核燃料棒アセンブリやそのパーツなどの放射性デブリを安全に格納することに関する。

日本の東京電力（ＴＥＰＣＯ）により所有され運用されている福島第一原子力発電所（ＩＦ）第一号機から第三号機は、２０１１年３月１１日に発生した東日本大震災により甚大な被害を被った。１Ｆ原子炉内の核燃料は溶融し、その結果、原子炉圧力容器（ＲＰＶ）および／または圧力格納容器（ＰＣＶ）の底に落ちて、そこで原子炉の内側やコンクリート構造や他の物質と溶け合って融合した後、燃料デブリとして固化したものと想定されている。

１Ｆの廃炉を進めるために、適切で安全な「梱包、移送および格納（ＰＴＳ）」手法を用いてＲＰＶ／ＰＣＶから燃料デブリを除去することが必要である。燃料デブリ取り出し手順は１０年以内に開始され、２０年間から２５年間のうちに完了することが予定されている。３０年から４０年後、燃料デブリは全て中間格納所に置かれることが計画されている。

放射性デブリを安全に取り除いて格納するためのコンテナおよび方法の実施の形態が提供される。

とりわけ、ある実施の形態は、放射性デブリが臨界に達し得ないように、水中または空気中において放射性デブリを安全に収容して閉じ込めるよう設計されたキャニスタである。キャニスタは、上端と下端との間に延びる長尺円筒状筐体と、下端に設けられた平板状底部と、上端に設けられた開放上部と、開放上部の上に取り付けられた円板状蓋と、を有する。放射性デブリが核臨界に達し得ないように、キャニスタの直径は約４９．５センチメートル（ｃｍ）以下であり、キャニスタの内側軸方向長さは３８１．０ｃｃｍ以下である。さらに、放射性デブリが二酸化ウラン（ＵＯ２）燃料を含み、該二酸化ウラン燃料の量が約１００キログラム（ｋｇ）以下であり、かつ、ＵＯ２燃料の初期濃縮が約３．７パーセント以下であることが想定される。

とりわけ、他の実施の形態は、放射性デブリが臨界に達し得ないように、水中または空気中において放射性デブリを安全に収容して閉じ込めるよう設計されたキャニスタである。キャニスタは上記パラグラフで説明された特徴に加えて、キャニスタの内部に長尺フラックストラップを有する。フラックストラップは、キャニスタの内側が複数のセクタに分割されるようにする。フラックストラップは中性子アブソーバと揃えられていてもよい内側空き領域を有し、キャニスタが水中にある場合、内側空き領域は水を含む。フラックストラップは中性子の動きを遅くするよう作用し、これは望まれない中性子の倍増を制限し、したがって未臨界を確実にする。この実施の形態は、各セクタに、１つから４つの、損傷したまたは損傷していない、部分または全体の、核燃料棒アセンブリの封止を可能とする。

とりわけ、他の実施の形態は、放射性デブリが臨界に達し得ないように、水中または空気中において放射性デブリを安全に収容して閉じ込めるよう設計されたバスケットである。バスケットは、その長手方向に沿って互いに平行な複数の長尺円筒状キャニスタを有する。複数のキャニスタのそれぞれは、上端と下端との間に延びる長尺円筒状筐体と、下端に設けられた平板状底部と、上端に設けられた開放上部と、開放上部の上に取り付けられた円板状蓋と、を有する。放射性デブリが核臨界に達し得ないように、キャニスタのそれぞれの直径は約４９．５ｃｍ以下であり、キャニスタのそれぞれの内側軸方向長さは３８１．０ｃｃｍ以下である。さらに、放射性デブリがＵＯ２燃料を含み、該ＵＯ２燃料の量が約１００ｋｇ以下であり、かつ、ＵＯ２燃料の初期濃縮が約３．７パーセント以下であることが想定される。

とりわけ、他の実施の形態は、放射性デブリが臨界に達し得ないように、水中または空気中において放射性デブリを安全に収容して閉じ込めるよう設計されたコンテナである。コンテナは、上端と下端との間に延びる長尺円筒状筐体と、下端に設けられた平板状底部と、上端に設けられた開放上部と、開放上部の上に取り付けられた円板状蓋と、を有するオーバパックを有する。バスケットは、オーバパックの内部に設けられる。バスケットは、その長手方向に沿って互いに平行な複数の長尺円筒状キャニスタを有する。複数のキャニスタのそれぞれは、上端と下端との間に延びる長尺円筒状筐体と、下端に設けられた平板状底部と、上端に設けられた開放上部と、開放上部の上に取り付けられた円板状蓋と、を有する。放射性デブリが核臨界に達し得ないように、キャニスタのそれぞれの直径は約４９．５ｃｍ以下であり、キャニスタのそれぞれの内側軸方向長さは３８１．０ｃｃｍ以下である。さらに、放射性デブリがＵＯ２燃料を含み、該ＵＯ２燃料の量が約１００ｋｇ以下であり、かつ、ＵＯ２燃料の初期濃縮が約３．７パーセント以下であることが想定される。

とりわけ、他の実施の形態は、放射性デブリが臨界に達し得ないように、水中または空気中において放射性デブリを安全に格納するためのコンテナである。コンテナは、上端と下端との間に延びる長尺円筒状筐体と、下端に設けられた平板状底部と、上端に設けられた開放上部と、開放上部の上に取り付けられた円板状蓋と、を有するオーバパックを有する。バスケットは、オーバパックの内部に設けられる。バスケットは、バスケット内においてその長手方向に沿って互いに平行な複数の長尺円筒状キャニスタを有する。複数のキャニスタのそれぞれは、上端と下端との間に延びる長尺円筒状筐体と、下端に設けられた平板状底部と、上端に設けられた開放上部と、開放上部の上に取り付けられた円板状蓋と、を有する。バスケットのそれぞれの内径は約４９．５ｃｍ以下であり、バスケットのそれぞれの内側軸方向長さは３８１．０ｃｃｍ以下である。複数のキャニスタのうちの少なくともひとつは長尺フラックストラップを有し、該長尺フラックストラップは、キャニスタの内側が複数のセクタに分割されるようにする。フラックストラップは中性子の動きをゆっくりにするための、空気を伴うひとつ以上の内側空き領域を有する、フラックストラップを有するキャニスタはその複数のセクタのうちの少なくともひとつに放射性デブリを有する。フラックストラップのため、複数のセクタに放射性デブリを搭載することができ、該放射性デブリが二酸化ウラン（ＵＯ２）燃料を含み、該二酸化ウラン燃料の量が任意でありかつその初期濃縮も任意である。さらに、フラックストラップを有する各セクタの中に、１つから４つの核燃料棒アセンブリの一部又は全体を搭載することができる。

以下の図面および詳細な説明を調べると、本発明の他の装置、方法、装置、特徴および利点は当業者には明らかであるか、明らかになるであろう。そのような追加的なシステム、方法、特徴および利点の全てが本明細書の中に含まれ、本発明の範囲内にあり、かつ添付の請求の範囲によって保護されることが意図されている。

以下の図面を参照することにより、本開示の多くの態様をより良く理解することができる。図面内のコンポーネントは必ずしも実寸通りではなく、むしろ本開示の原理を明確に説明するために強調がなされている。さらに、図面において、いくつかの図面を通じて、同様の参照符号は対応する部材を示す。

キャニスタの第１の実施の形態（開放設計）を、蓋が取り付けられていない状態で示す斜視図である。

キャニスタの第２の実施の形態（十字形、または分割設計）を、蓋が取り付けられていない状態で示す斜視図である。

図１Ａまたは図１Ｂそれぞれのキャニスタの第１または第２の実施の形態を、蓋が取り付けられている状態で示す斜視図である。

蓋を伴う図１Ａまたは図１Ｂのキャニスタの上面図である。

蓋を伴う図１Ｂのキャニスタの第２の実施の形態の断面図である。

図１Ｂのキャニスタの第２の実施の形態の、図３のセクション線Ｆ−Ｆに沿って切られた断面図である。

図１Ａのキャニスタの第１の実施の形態の、図３のセクション線Ｇ−Ｇに沿って切られた断面図である。

図１Ｂのキャニスタの第２の実施の形態の、図３のセクション線Ｇ−Ｇに沿って切られた断面図である。

図５の詳細Ｈ−Ｈの断面図であり、ふるいを示す。

図２の詳細Ｉ−Ｉの断面図であり、デブリシールを示す。

図２の詳細Ｊ−Ｊの断面図であり、キャニスタ取り合い用の凹部を示す。

図１Ａおよび図１Ｂのキャニスタの上部ヘッドクロージャの断面図である。

図１Ａおよび図１Ｂのキャニスタの下部ヘッドクロージャの断面図である。

図１Ｂのキャニスタの第２の実施の形態の内側に沿って延びるフラックストラップの断面図である。

図１の複数のキャニスタを囲んで閉じ込めるバスケットの斜視図である。

オーバパックに組み付ける直前のキャニスタに関連付けられたドレーンポートおよびベントポートの斜視図である。

キャニスタおよびキャニスタ閉塞蓋を持ち上げるために用いられうるキャニスタ取り合いの斜視図である。

図１３のバスケットを持ち上げるために用いられうるバスケットスパイダー取り合いの斜視図である。

図１３のバスケットがその中へと配置されるオーバパックを、その蓋がない状態で、示す斜視図である。

図５Ａのオーバパックに取り付け可能な蓋の第１の実施の形態である。

図５Ａのオーバパックに取り付け可能な蓋の第２の実施の形態である。

複数のキャニスタを包含するバスケットを包含するオーバパックを有するコンテナの斜視図である。

図１９のコンテナの上面図である。

図１９のコンテナの、図１２のセクション線Ａ−Ａに沿って切られた断面斜視図である。

図１９のコンテナの、図１２のセクション線Ａ−Ａに沿って切られた断面図である。

図１９のコンテナの、図１４のセクション線Ｂ−Ｂに沿って切られた断面図である。

コンテナが格納構成にある場合のフィルタの使用を含む、図２１の詳細Ｃ−Ｃを示す部分拡大図である。

コンテナが輸送構成にある場合のカーバプレートの使用を含む、図２１の詳細Ｃ−Ｃを示す部分拡大図である。

コンテナのオーバパック蓋に関連付けられた膨張シールを含む、図２１の詳細Ｄ−Ｄを示す部分拡大図である。

ＩＦ燃料デブリ用のＰＴＳシステムを構築するために、核燃料デブリの状態、法的規制、および原子炉圧力容器（ＲＰＶ）および圧力格納容器（ＰＣＶ）内部の状態に基づいて手順を形成する必要がある。これは、核燃料物質を扱う際の臨界防止や、水素爆発の防止や、他の全ての関連する安全関連機能の評価を十分に考慮することを必要とする。

燃料デブリ取り出し手順は水で満たされたＰＣＶで実行されることが計画されている。放射に対するシールドと放射性物質の散逸の防止のためである。ＰＴＳ手順中の未臨界を維持するために、ＩＦ燃料デブリは制御された内径を有するキャニスタの中に確保されるであろう。

燃料デブリが燃料デブリキャニスタの中に安全に梱包されると、キャニスタ内にはいくらかの水もまた含まれるであろう。したがって、水の放射線分解により水素が発生しうる。燃料デブリキャニスタを扱う際の水素爆発を防止するため、キャニスタは、キャニスタ内でそのように生成された水素の開放を可能とするメッシュ型フィルタを含む。燃料デブリからの核分裂物質がこのフィルタから水素と共に開放されうることがありうると考えられている。フィルタを伴う燃料デブリキャニスタは、核分裂物質がキャニスタから放たれる場合であっても、（例えば、ウェットプール環境において）未臨界を維持するよう設計されなければならない。キャニスタから放たれる水素および核分裂物質を取り除くための装置の使用も可能である。
A. プロセス概説

以下は、デブリの梱包および搭載されたデブリキャニスタのその後の管理の概説である。
１. キャニスタローディング

キャニスタへの燃料デブリの搭載は、原子炉圧力容器の側で行われるであろう。詰めた後、キャニスタに蓋が置かれ（ボルトはされない）、次いでそれは既存の水路を通って原子炉の使用済み燃料プールへと運ばれるであろう。デブリの搭載が臨界に対する指定されたマージンに違反しないことを確実にするために、搭載中のキャニスタの反応性を推測するために、必要であれば、キャニスタ搭載ステーションの側に設けられた中性子モニタを利用可能である。また、可搬型計量プラットフォームも利用可能であるべきである。この場合、そうでなければ指定された重量制限に違反してしまうようなデブリの搭載を中止することができる。

充填されたキャニスタは原子炉の使用済み燃料プールのなかで受け取られ、五つのキャニスタを保持するラックに収められる。これらのラックは金属製オーバパックの中で用いられるであろうバスケットであり、これは後にまず移送キャスクの中に搭載され、その後輸送キャスクの中に搭載されることがあり、最終的には長期中間貯蔵のために換気されたコンクリート製のドライ貯蔵キャスクの中に搭載される。

この時点で、キャニスタ内のデブリは完全に水に浸され、加水分解により水素が生成されるであろう。キャニスタはそのような水素の放出を可能とするための排気パイプを含み、これは、キャニスタと、外部の水素／排気ガス処理および収集施設との接続を可能とするであろう。原子炉の使用済み燃料プールの側にはそのような施設を配置するのに十分広いフロアスペースがあるはずであり、その主な機能は以下のようなものであろう。（ａ）キャニスタからの気体および水分蒸気はまずサイクロンモイスチャセパレータ（Cyclone Moisture Separator）に入る、（ｂ）残った気体はデュプレックスフィルタモニタリングアセンブリ（Duplex Filter Monitoring Assembly、ＤＦＭＡ）に導かれる、（ｃ）フィルタされた気体はガスコレクションヘッダ（Gas Collection Header、ＧＣＨ）内に集められる、（ｄ）集められた気体はプラントベンチレーションシステム（Plant Ventilation System、ＰＶＳ）へと排出される。

デブリキャニスタは、キャニスタの排液および／またはパージの際に用いられる第２貫通ラインを含むであろう。貯蔵のこの初期期間中に、この第２ラインは、何らかの理由で水素発生がローワーエクスプローシブリミット（Lower Explosive Limit、ＬＥＬ）濃度を超えて増えた場合にヘリウムガスでのパージを可能とする許容不可な動作条件に対する警告を提供するために、キャニスタからの各ラインは監視されるであろう。
２. 原子炉の使用済み燃料プールデブリキャニスタの排液および乾燥

適切であるとみなされたとき、五つのデブリキャニスタを保持する各バスケットは原子炉の使用済み燃料プール（キャニスタ処理ステーション）内の他の場所に移され、そこでは五つのキャニスタのグループが外部のキャニスタ処理システムに接続されるであろう。これは、各キャニスタから排水し、次いで、水分のほぼ全てを追い出すために摂氏約１５０度のヘリウムで各キャニスタをパージするであろう。これが達成されると、必要であれば、五つのキャニスタのバスケットはプール内の元の貯蔵位置に戻され、そこでそれは再び外部ガス除去および処理システムに接続されうる。それは、他の貯蔵場所への移送が行われるようなときまで、そこに留まりうる。この比較的乾燥した条件では、加水分解を通じた水素の発生はかなり抑えられるであろう。あるいはまた、キャニスタをオーバパックおよび移送キャスク内にすぐに梱包し、原子炉の使用済み燃料プールからデブリキャニスタを取り除いてもよい。
３. 原子炉の使用済み燃料プールからの移送

原子炉のプールからの移送の前に、バスケットは、それ自身が既に移送キャスク内に搭載されてしまっている金属製オーバパック内に搭載されるであろう。この時点で、オーバパックには一時的なシールド蓋が嵌められているであろう。この一時的な蓋への貫通を通じて、キャニスタのドレインラインは閉じられ、排気ガス貫通ラインに外部フィルタが取り付けられるであろう。一時的な蓋は最終クロージャ蓋により置き換えられるであろう。この最終クロージャ蓋は、デブリ管理において予期される次のステージに依存して、ボルト締めされるかまたは溶接されるデザインのものである。例えば共通ＡＦＲ（away from reactor、原子炉から離れた）ウェットプールへのオンサイト移送を行うつもりであれば、クロージャ蓋はボルト締めされるであろう。ＡＦＲ（オフサイト）中間ドライ貯蔵への直接移送を行うつもりであれば、クロージャ蓋は溶接されるであろう。

溶接クロージャは、オフサイト輸送の期間のための単純なクロージャ板を含む。貯蔵場所に着くと、これは外部フィルタに置き換えられる。キャニスタがオーバパックから取り出されて再びウェットプール環境に格納されるような場合、ボルト締めクロージャは単に単純なカバー板を含む。あるいはまた、移送中にかなりの時間の中断が生じうることが心配される場合、それはまた外部フィルタを含みうる。

動作の次の段階（ウェットプールやドライ貯蔵）に進む前に、金属製オーバパックから廃液して乾燥させるであろう。
４. デブリキャニスタの鍵となる特徴

二つのキャニスタの変形例が開示される。第１のものは内部の分割を伴わない開放構造であり、これにより、デブリの搭載が容易になり、最終的にはより小さい直径のキャニスタで達成されうるものと比べてより高い充填密度を期待することができる。第２のものは十字形の内部分割材を含むものであり、これは、実質的に無傷の燃料アセンブリが原子炉コアから回収された場合（分割材はそのような無傷のまたは部分的に無傷の燃料アセンブリピースを四つまで容易に搭載することを促進するのを助けるであろう）のためのものであり、および／または見積もられている平均デブリ混合体よりも高い濃縮ウラン濃度（これは開放キャニスタ設計では未臨界とはならないかもしれない）を有しうるデブリを扱うことができる。提案されるキャニスタのサイズの根拠およびいかにして未臨界が確保されるかの完全な詳細は後述される。

キャニスタが排水され、乾燥され、オーバパックに梱包される前、それらは一体的なフィルタを含んでいないであろう。デブリ管理のこれらのフェーズ中、適宜、排他的に外から取り付けるフィルタが用いられるであろう。

キャニスタはまた、いかなる水素吸収材や他の水素制御デバイスも特徴としないであろう。例えば、キャニスタ内部に水素捕集器を含めることは役に立たないことが分かっている。そのような捕集器は比較的短期間のうちに飽和し、その後はデブリからの水素放出の管理に寄与し得ない。
B. 未臨界の保証

回収対象の混合デブリに含まれているであろう種々の物質の量が見積もられている。圧力容器内にいまだ存在しているであろうデブリについて、これは、ある種の金属製構造材（燃料被覆管、ＢＷＲチャネル、ＢＷＲアセンブリコンポーネント、可能性として制御棒ブレード、可能性としてある原子炉構造材）と混ざったウランが主なものであろう。圧力容器を貫通してコンクリート隔壁のベースに落ちたデブリについて、混合体はコンクリートとある追加的な鉄と他の金属（圧力容器や下部コアプレートや圧力容器の下にある制御棒駆動機構などからのもの）とを含むことが予想される。

最良の計算を行うために、コアデブリからサンプルをとる必要がある。サンプルを解析することで、典型的な組成や想定される組成の範囲についての正確な情報を提供することができる。そのような情報が無い中で、ＵＯ２と炭素鋼との種々のもっともらしい比での仮想混合体に基づいて予備的な計算が行われた。これは、表Ａに示される近似情報に基づく。
表Ａ

事故当時のコアのウランの平均濃縮濃度は３．７パーセントＵ^２３５であったと想定される。これは、コアにロードされる新しいアセンブリの典型的な平均アセンブリ濃縮濃度である。個々の棒およびペレットは、４．９５パーセントＵ^２３５までの初期濃縮濃度を有していたであろう。実際は、コア内の燃料のいくらかはかなりの燃焼を経験していたであろうから、平均３．７パーセントという仮定は反応性の評価に関して保守的な仮定であると考えられる。

最初の臨界計算は、様々な比での一様なウランと他の物質との混合体の非常に保守的な仮定の下で行われた。＋２σレベルでの最大許容反応性として０．９５というＫ_ｅｆｆ値が用いられる。これらの保守的な条件の下、５５パーセントのＵＯ２含有で、キャニスタに約２５０リットルのデブリが搭載されたところで反応性がピーク値に達し、その値はＫ_ｅｆｆ＝０．９５というリミットのちょうど下である。より多くのデブリが追加されると、水（moderator、減速体）が追い出され、反応性が少し減少する。

しかしながら、デブリ混合物内のＵＯ２割合が６０パーセントへと増やされた場合、キャニスタに約２００リットルのデブリが搭載されたときに０．９５リミットを超過することが予想される。キャニスタがさらに充填されるにつれて反応係数が低減するとしても、これは許容できない。ＵＯ２が５５パーセントという想定割合には大きな不確定性があるので、明らかに、この予備的臨界評価は、１Ｆのデブリでキャニスタをいっぱいにすることができる能力に関して対応する不確定性を残す。

しかしながら、実際のところ、キャニスタへの積載のために回収され提出されるデブリは、高温で融合し合った比較的大きな物質片の形態であることが想定される。言い換えると、キャニスタ内のデブリ／水混合物は高度に不均質であろう。したがって、種々の物理的形態を有するデブリ片を伴うデブリと水との不均質混合物を仮定して、計算が行われた。これらのより現実的な仮定の下で、ＵＯ２および他の物質を、約５５：４５から約７０：３０までの間の任意の比率でキャニスタに満載することができ、このときＫ_ｅｆｆは０．９５制限値のはるか下の約０．５を超えることはないと、計算された。

しかしながら、全てのデブリについての平均値よりも高い濃縮ウラン濃度を伴うデブリが、個別のキャニスタへの積載のために回収され提出されうることが認識されている。極端な場合、完全に濃縮されたウラン材料のホットスポットが存在しうる。純粋な濃縮ウランについて、反応性リミットに違反することなくキャニスタへ搭載可能な最大量は小さい。これは、オペレータに警告を提供する、提案に係る中性子監視施設により取り上げられる。

この時点で、如何に進めるかについての決定が要求される。ひとつのオプションは、高濃縮ウラン含有デブリを比較的少量のみ搭載することであり、この場合、キャニスタの容積は十分に活用されない。これは技術的には許容可能であるが、経済的な損失（より多くのキャニスタを購入し、取り扱い、輸送し格納すること）が発生するであろう。代替案は、デザインを変更したキャニスタにそのような物質を搭載することであり、これは十字形デザインとして以下に説明される。
C. 実施の形態

図１Ａは、本開示のキャニスタ１０の第１の実施の形態（開放設計）を示す斜視図であり、該形態は総じて参照符号１０ａで示される。キャニスタ１０ａは、上端１３と下端１５との間に延びる長尺円筒状筐体１１を有する。下端１５には、筐体１１に溶接された平板状底部がある。上端１３に設けられた開放上部は円板状蓋１７を受けるよう設計され、該蓋１７は筐体１１に溶接されるかボルト締めされうる。

好適な実施の形態では、クロージャ蓋は単一ピースの蓋デザインであり、その蓋は、長い持ち手を有する水中治具を用いて作業可能なコーンボルト（cone bolts）を用いてキャニスタ１０ａに固定される。クロージャ蓋１７は取り合い治具に係合してその取り合い治具を用いて扱われ、該取り合い治具はまたキャニスタ１０ａを扱うために使用可能である。クロージャ蓋１７が完全に装着され、全てのボルトが適切に締められると、クロージャ蓋１７は取り合い治具に係合され、これにより積載済みキャニスタの取り扱いをより容易にすることができる。

設計された構成に適したＯリングを用いることで、クロージャ蓋１７はその上部ヘッドにおいてシールされる。キャニスタ１０ａは、閉じ込めた燃料デブリからの排気ガスの連続的な通過を許容する。したがって、従来のリークタイトなシーリング構成は不要である。しかしながら、キャニスタ１０ａが水中貯蔵されることから、水漏れのない構成は必要である。放射性デブリが核臨界（または望まれない核反応）に達し得ないように、キャニスタ１０ａの直径は約４９．５ｃｍまたは約１９．５インチ以下であり、キャニスタ１０ａの内側軸方向長さは約３８１．０ｃｃｍまたは約１５０．０インチ以下である。言い換えると、燃料デブリは小さなピースへと切断され、それらのピースはキャニスタ１０ａにフィットするのに十分なほど小さくなければならない。これにより、それらのピースが望まれない核臨界に達しないことが保証される。さらに、各キャニスタ１０ａ内の放射性デブリが二酸化ウラン（ＵＯ２）燃料を含み、該二酸化ウラン燃料の量が約１００ｋｇ以下であり、かつ、ＵＯ２燃料の初期濃縮が約３．７パーセント以下であることが想定される。さらに、キャニスタ１０ａにＵＯ２燃料とひとつ以上の他の非放射性物質（例えば、炭素鋼）とを、５５：４５から７０：３０までの任意の体積比で満載することが想定される。さらに、望まれない核臨界を避けるために、キャニスタ１０の第１の実施の形態は中性子アブソーバを必要としないことを注意しておく。

図１Ｂは、本開示のキャニスタ１０の第２の実施の形態（十字形、または分割設計）を示す斜視図であり、該形態は総じて参照符号１０ｂで示される。キャニスタ１０ｂは、上端１３と下端１５との間に延びる長尺円筒状筐体１１を有する。下端１５には、筐体１１に溶接された平板状底部がある。上端１３に設けられた開放上部は円板状蓋１７を受けるよう設計され、該蓋１７は筐体１１にボルト締めされる。図１Ａのキャニスタ１０ａとは異なり、キャニスタ１０ｂはさらにフラックストラップ１９を含み、フラックストラップ１９は内部チャネル２１またはポケットを伴う複数のスポーク２０を有し、内部チャネル２１またはポケットは中央長尺ハブサポート２３から外向きに延びる。これらのチャネル２１は、キャニスタ１０ｂが水中にある場合には水で満たされ、キャニスタ１０ｂが水中から取り出されて排水が許された場合には空気で満たされる。フラックストラップ１９は図２に示されるように、十字形の断面を有する。矩形チャネル２１の断面幅またはギャップは、好適には、約２．５４ｃｍまたは約１．０インチ以上である。約０．７５インチまでギャップを狭めると、Ｋｅｆｆの最大値が約０．９３８となる。１インチの公称ギャップではＫｅｆｆの最大値は約０．９０７となる。さらに、スポークの内壁は中性子アブソーバ（図６）を含む。全てが３．７パーセントＵ^２３５のウラン材でウラン対水の最適比（すなわち、最大反応性構成）が仮定される場合であっても、ギャップと中性子アブソーバとの組み合わせは燃料デブリの満載を可能とする。したがって、この実施の形態では、キャニスタ１０ｂは、任意の量の二酸化ウラン（ＵＯ２）燃料を伴う放射性デブリを含むことができ、その二酸化ウラン燃料の初期濃縮は任意であり、かつ、ひとつ以上の他の物質との体積比も任意である。

要は、フラックストラップ１９および中性子アブソーバは、中性子が遅すぎることにより非熱化条件において分裂プロセスに意味のある影響を与えることができないように、中性子を遅くする。キャニスタ１０ｂが水中にある場合に、フラックストラップ１９は特に重要である。フラックストラップ１９のために、キャニスタ１０ｂは四つのセクタを有し、各セクタは炉心溶融物などの燃料デブリを受け入れ可能であり、または代替的には、任意の条件において核燃料棒アセンブリを四つまで受け入れ可能である（第１の実施の形態はそのようなアセンブリを含むよう設計されていないので、第１の実施の形態とは異なる）。放射性デブリが望まれない核臨界に達し得ないように、キャニスタ１０ｂの直径は約４９．５ｃｍまたは１９．５インチ以下であり、キャニスタ１０ｂの内側軸方向長さは約３８１．０ｃｃｍまたは約１５０．０インチ以下である。

図２は、蓋１７を伴う各図１のキャニスタ１０の上面図である。図３は、蓋１７を伴う図１Ｂのキャニスタ１０ｂの第２の実施の形態の断面図である。キャニスタ１０ａの第１の実施の形態はそれがフラックストラップ１９を含まない点を除いて同様である。

図４は、図１Ｂのキャニスタ１０ｂの第２の実施の形態の、図３のセクション線Ｆ−Ｆに沿って切られた断面図である。

図５および図６はそれぞれ、図１Ａおよび図１Ｂのキャニスタ１０の第１および第２の実施の形態の、図３のセクション線Ｇ−Ｇに沿って切られた断面図である。図７は、図５の詳細Ｈ−Ｈの断面図であり、デブリ用ふるいを示す。図１Ｂに示されるように、キャニスタ１０ｂに関連付けられたフラックストラップ１９はオプションで、チャネル２１の内壁上に中性子アブソーバを含み、それは適切なリテーナによりその場に保持される。

図８は、図２の詳細Ｉ−Ｉの断面図であり、デブリシールを示す。図９は、図２の詳細Ｊ−Ｊの断面図であり、キャニスタ取り合い用の凹部を示す。

蓋１７と係合する上部クロージャヘッド１８の詳細は図１０に示される。内殻と外殻とは上部ヘッドリングによって上端１３においてシールされる。内殻と外殻との間のスペースはベント接続およびドレイン接続を導入するための手段を提供する。排気ガスを処理し、キャニスタ１０を監視施設に繋ぐために、ベント接続が必要である。ベントは、放射性気体、例えばクリプトン（Ｋｒ）やヨウ素（Ｉ２）など、の漏出を防ぎつつ、水素がキャニスタ１０から逃れることを可能とする。逃れた気体はオーバパック６１（図１７）に入り、次いでフィルタ９２（図２４）を介してオーバパック６１から逃れる。このベントポート１９ａは、キャニスタ１０の最上部を処理施設や監視施設によって評価することを確実にしつつ放射の流れを最小化するよう構成される。ドレインポート１９ｂは、排水を促進するために、キャニスタ１０の底へと延びている。上部クロージャヘッド１８は厚いボルト締めクロージャ蓋１７のための着座面を提供する。好適な実施の形態では、該蓋１７の厚さは８．３８ｃｍまたは３．３インチである。

下部クロージャヘッド２５の詳細は図１１に示される。キャニスタ内殻は、その底板に、排液を可能としつつ微細なデブリ粒子を閉じ込める１２個のふるい付き孔を組み入れる。これらの孔に嵌まるふるい材は２５０ミクロンを超えるサイズの物質を留める。２５０ミクロンはこの種のアプリケーションにおいて典型的なふるいの目のサイズである。逃れた液体はオーバパック６１（図１７）に入り、次いでオーバパック６１から排出される。これらのふるいを通過したより小さな粒子性物質は、キャニスタ１０がプール貯蔵されている間にキャニスタ１０に接続されるであろう外部施設で捕獲され処理されるであろう。

キャニスタ１０の内腔へのアクセスは、ボルト締めされたクロージャ蓋１７とは完全に独立したベントポートフィッティングおよびドレインポートフィッティングによって制御される。各ポートフィッティングは、図１４に示されるようなバネ付勢ポペットフィッティング２７であり、これは、特別に設計されたクイックカップリングが重要な役割を果たす水中アプリケーションで用いられてきた。このアプリケーションの例は油、気体、および他の深海プロジェクトであり、また、初期のＮＡＳＡプログラムで始まった、宇宙船で用いられたクイックディスコネクト（quick disconnects）もある。

キャニスタ１０の排水および乾燥が完了し、オーバパック６１（図１７）へ装着する直前に、ベントポートフィッティングおよびドレインポートフィッティングの両方にフィルタ付きキャップアセンブリが装着される。このタイプのフィルタアセンブリは、水素や他の排気ガスがキャニスタ１０から逃れることを可能としつつ、粒子性物質（１ミクロンより小さい）がキャニスタ１０内に留め置かれることを保証する。

図１３は、その長手方向に沿って互いに平行に構成された図１の複数のキャニスタ１０を囲んで閉じ込めるバスケット３０の斜視図である。図３では、非限定的例として、バスケット３０は三つのキャニスタ１０ａと二つのキャニスタ１０ｂとを有するように示されている。バスケット３０は、複数の長尺円筒状キャニスタ１０を囲う複数の互いに離間した平行囲い板３１を有する。囲い板３１のそれぞれは、底板３３を除いて、対応するキャニスタ１０を通過させるようにして受ける複数の円形開口を有すし、底板３３にはそのような開口はない。複数の長尺持ち上げ棒３５は、バスケット３０の周りに等間隔に設けられ、複数の長尺円筒状キャニスタ１０に沿って延びる。持ち上げ棒３５のそれぞれは上端３７と下端３９とを有する。持ち上げ棒３５のそれぞれは、上端３７に設けられたアイフック４１を有する。棒３５は、板３１および３３に取り付けられる。

図１５は、キャニスタ１０と蓋１７とを動かすために用いられうる四脚キャニスタ取り合い２９の斜視図である。キャニスタ取り合い２９は複数の脚４１を有し、本例では全部で四脚であり、円板状ボディ４２から下向きに延びる。脚４１のそれぞれは示されるようなＣ字状をしている。キャニスタ取り合い２９は、ボディ４２から上向きに延びるアイフックアセンブリ４４のアイ４４を介して天井クレーンシステムに接続される。理想的には、延長梁を用いることで取り合いと天井クレーンホイストとを接続できるとよい（クレーンフックを乾燥状態に保つため）が、これは問題の原子炉に現在配備されているクレーン構成について十分な天井高さがあるか否かに依存する。天井クレーンホイストフックは、クレーンフックを要求される極位置に回転させるための回転デバイスを有すべきである。キャニスタ取り合い２９は、キャニスタ取り合い２９の脚４１がキャニスタ１０やキャニスタクロージャ蓋１７それぞれのＬ字形スロット４８および５０に入るように、下げられる。定位置へと下げられると、キャニスタ取り合い２９は、取り合い脚の足をキャニスタ１０やキャニスタ蓋１７の対応する開口と係合させるために回される。キャニスタ１０またはキャニスタ蓋１７が所望の場所へと再配置されると、キャニスタ取り合い２９は、まずそれを逆回転方向に回し、次いでそれを持ち上げてどかすことによってスロット４８または５０のいずれかから外される。

図１６は、図１３のバスケット３０を持ち上げるために用いられうるバスケットスパイダー取り合い４５の斜視図である。バスケットスパイダー取り合い４５は複数のアーム４７を有し、本例では全部で五本あり、中央ボディ５３から外向きに延びる。五本のアーム４７のそれぞれはＬ字形の外向きに開いたフック４９を有し、該フック４９はバスケット３０の持ち上げおよび移動が可能なように、対応する持ち上げ棒アイフック４１に係合するよう設計される。例えば、この場合、バスケット３０はオーバパック６１（図９）の中に置かれるか、オーバパック６１から取り出される。さらに、スパイダー取り合い４５は中央ボディ５３から上向きに延びる持ち上げアイアセンブリ５５を有する。天井クレーン（不図示）がアイ５７を用いることで、スパイダー取り合い４５と共にそれに取り付けられたバスケット３０をも動かすことができる。

図１７は、図１３のバスケット３０がその中へと配置されるオーバパック６１を、その蓋がない状態で、示す斜視図である。オーバパック６１は、上端６５と下端６７との間に延びる長尺円筒状筐体６３を有する。下端６７には、筐体６３に溶接されるかボルト締めされる平板状底部がある。上端６５に設けられた開放上部は円板状蓋６９を受けるよう設計され、該蓋６９の第１および第２の実施の形態はそれぞれ図１８Ａおよび図１８Ｂに示され、参照符号６９ａおよび６９ｂで示される。蓋６９ａおよび６９ｂのそれぞれは複数の孔７１を有し、空気または水がその孔７１を通過し、また蓋６９ａおよび６９ｂのそれぞれは複数のねじ穴７３をも有し、ねじ穴７３は天井クレーンが、例えばリフティングラグ（lifting lugs）により、閉じ込められたバスケット３０およびキャニスタ１０を伴うオーバパック６５を動かすことを可能とするための手段を提供する。図１８Ａの蓋６９ａはボディ６３に溶接されるよう設計される。代替として、図１８Ｂの蓋６９ｂは、ボルト孔７５を介してボディ６３にボルト締めされるよう設計される。ボルト（不図示）は蓋６９ｂの対応する孔７５を貫通し、図１７に示される対応するねじアセンブリ７７へと入る。ねじアセンブリ７７はボディ６３の内側に溶接されるか、そうでなければ取り付けられる。ある実施の形態では、オーバパック６１への取り付けの前に蓋６９ａまたは６９ｂの周の周りに膨張シールが設けられてもよい。

図１９は、複数のキャニスタ１０を包含するバスケット３０を包含するオーバパック６１を有するコンテナ９０の斜視図である。コンテナ９０は溶接された蓋６９ａ（図１８Ａ）と共に示される。コンテナ９０はまた、コンテナ９０が貯蔵構成にあるときに用いられるフィルタ９２と共に示される。

図２０は、図１１のコンテナ９０の上面図である。図２１は、図１１のコンテナ９０の、図２０のセクション線Ａ−Ａに沿って切られた断面斜視図である。図２２は、図１１のコンテナ９０の、図２０のセクション線Ａ−Ａに沿って切られた断面図である。

図２３は、図１１のコンテナ９０の、図２２のセクション線Ｂ−Ｂに沿って切られた断面図である。この例では、バスケット３０は三つのキャニスタ１０ａと二つのキャニスタ１０ｂとを有するように示されている。コンテナ９０は、コンテナ９０が輸送構成にあるときに用いられるカバープレート９４と共に示される。

図２４は、コンテナ９０が格納構成にある場合の、ドレインライン９６を伴うフィルタ９２の使用を含む、図２１の詳細Ｃ−Ｃを示す部分拡大図である。

図２５は、コンテナ９０が輸送構成にある場合のカーバプレート９４の使用を含む、図２１の詳細Ｃ−Ｃを示す部分拡大図である。

図２６は、コンテナ１０のオーバパック蓋６９に関連付けられた膨張シール９８を含む、図２１の詳細Ｄ−Ｄを示す部分拡大図である。

この設計上の選択に限定されるわけではないが、好適な実施の形態では、キャニスタ１０、バスケット３０およびオーバパック６１に関連付けられた部材の全ては金属、例えばステンレス鋼、製である。これは、その長期腐食耐性およびそのリーズナブルな費用に基づく。

本発明の上述の実施の形態、特に「好適な」実施の形態、が単なる可能性のある非限定的実装例であり、単に本発明の原理の明確な理解のために設けられたものであることは強調されるべきである。本発明の精神および原理から実質的に逸脱することなく、本発明の上述の実施の形態に対する多くの変形や変更がなされうる。本明細書において、そのような変形や変更の全てが本開示および本発明の範囲内に含まれることが意図されている。

Claims (20)

1. 放射性デブリが核臨界に達し得ないよう前記放射性デブリを安全に格納するためのコンテナであって、前記コンテナは水中または空気中にあり、前記コンテナは、
   上端と下端との間に延びる長尺円筒状筐体と、前記下端に設けられた平板状底部と、前記上端に設けられた開放上部と、前記開放上部の上に取り付けられた円板状蓋と、を有するオーバパックと、
   前記オーバパックの内部に設けられたバスケットと、
   前記バスケットの内部においてその長手方向に沿って互いに平行な複数の長尺円筒状キャニスタであって、前記複数のキャニスタのそれぞれが、上端と下端との間に延びる長尺円筒状筐体と、前記下端に設けられた平板状底部と、前記上端に設けられた開放上部と、前記開放上部の上に取り付けられた円板状蓋と、を有し、前記バスケットのそれぞれが約４９．５センチメートル（ｃｍ）以下の内径を有しかつ約３８１．０ｃｍ以下の内側軸方向長さを有する、複数の長尺円筒状キャニスタと、
   前記複数のキャニスタのうちの少なくともひとつ内の放射性デブリであって、前記放射性デブリが二酸化ウラン（ＵＯ２）燃料を含み、該二酸化ウラン燃料の量が約１００キログラム（ｋｇ）以下であり、かつ、前記ＵＯ２燃料の初期濃縮が約３．７パーセント以下である、放射性デブリと、を備えるコンテナ。
2. 前記バスケットが、
   前記複数の長尺円筒状キャニスタを囲う複数の互いに離間した囲い板であって、前記複数の囲い板のそれぞれが複数の円形開口を有し、前記複数の開口のそれぞれがそこを貫通する対応するキャニスタを有する、複数の互いに離間した囲い板と、
   前記バスケットの周りに等間隔に設けられ、前記複数の長尺円筒状キャニスタに沿って延びる複数の長尺持ち上げ棒であって、前記棒のそれぞれが上端と下端とを有し、前記複数の棒が前記複数の板に取り付けられている、複数の長尺持ち上げ棒と、をさらに備える請求項１に記載のコンテナ。
3. それぞれが前記複数の棒の対応する上端に設けられた複数のアイフックをさらに備える請求項２に記載のコンテナ。
4. 前記複数の長尺円筒状キャニスタは五つある請求項１に記載のコンテナ。
5. 全ての部材がステンレス鋼製である請求項１に記載のコンテナ。
6. 前記複数のキャニスタのうちの少なくともひとつの内部に設けられた長尺フラックストラップをさらに備え、前記フラックストラップは前記キャニスタの内側が複数のセクタに分割されるようにし、前記フラックストラップは前記複数のセクタの間での中性子の動きをゆっくりにするよう設計される請求項１に記載のコンテナ。
7. 前記フラックストラップは該フラックスとラップの長手方向に沿う複数のスポークを伴う十字形の断面を有し、前記複数のスポークのそれぞれが内側空き領域を有し、前記空き領域が中性子アブソーバと揃えられており、前記コンテナが水中にある場合には前記空き領域が水で満たされ、前記コンテナが水から取り出されて排水された場合には前記空き領域が空気で満たされ、前記断面の距離が約２．５４ｃｍ以上である請求項６に記載のコンテナ。
8. 前記四つのセクタのうちの少なくともひとつは少なくともひとつの核燃料棒アセンブリの全体または一部を含む請求項７に記載のコンテナ。
9. 前記複数のキャニスタおよび前記オーバパックのそれぞれは、前記コンテナからの排水を可能とするために、その対応する下端に設けられた対応するフィルタ付きドレインを含む請求項１に記載のコンテナ。
10. 前記複数のキャニスタおよび前記オーバパックのそれぞれは、放射性気体が前記コンテナから逃れることを防止しつつ水素が前記コンテナから逃れることを可能とするために、その対応する上端に設けられた対応するフィルタ付きベントを含む請求項１に記載のコンテナ。
11. 前記コンテナが輸送構成にあるときに前記オーバパックのベントをシールする板をさらに備える請求項１０に記載のコンテナ。
12. 前記複数のコンテナのそれぞれは、それぞれの移動を可能とするために、前記上端に設けられた複数のＬ字形状の凹部を含む請求項１に記載のコンテナ。
13. 核デブリが核臨界に達し得ないよう前記核デブリを安全に格納するためのキャニスタであって、前記キャニスタは水中または空気中にあり、前記キャニスタは、
    上端と下端との間に延びる長尺円筒状筐体と、前記下端に設けられた平板状底部と、前記上端に設けられた開放上部と、前記開放上部の上に取り付けられた円板状蓋と、を備え、前記キャニスタが約４９．５センチメートル（ｃｍ）以下の内径を有しかつ約３８１．０ｃｍ以下の内側軸方向長さを有し、
    前記キャニスタは、前記キャニスタ内の放射性デブリであって、前記放射性デブリが二酸化ウラン（ＵＯ２）燃料を含み、該二酸化ウラン燃料の量が約１００キログラム（ｋｇ）以下であり、かつ、前記ＵＯ２燃料の初期濃縮が約３．７パーセント以下である、放射性デブリを備えるキャニスタ。
14. 前記キャニスタの内部に設けられた長尺フラックストラップをさらに備え、前記フラックストラップは前記キャニスタの内側が複数のセクタに分割されるようにし、前記フラックストラップは前記複数のセクタの間での中性子の動きをゆっくりにするよう設計される請求項１３に記載のキャニスタ。
15. 前記フラックストラップは該フラックスとラップの長手方向に沿う複数のスポークを伴う十字形の断面を有し、前記複数のスポークのそれぞれが内側空き領域を有し、前記空き領域が中性子アブソーバと揃えられており、前記コンテナが水中にある場合には前記空き領域が水で満たされ、前記コンテナが水から取り出されて排水された場合には前記空き領域が空気で満たされ、前記断面の距離が約２．５４ｃｍ以上である請求項１４に記載のコンテナ。
16. 前記バスケットの内部においてその長手方向に沿って互いに平行な、請求項１３に記載の複数のキャニスタと、
    前記複数の長尺円筒状キャニスタを囲う複数の互いに離間した囲い板であって、前記複数の囲い板のそれぞれが複数の円形開口を有し、前記複数の開口のそれぞれがそこを貫通する対応するキャニスタを有する、複数の互いに離間した囲い板と、
    前記バスケットの周りに等間隔に設けられ、前記複数の長尺円筒状キャニスタに沿って延びる複数の長尺棒であって、前記棒のそれぞれが上端と下端とを有し、前記複数の棒が前記複数の板に取り付けられている、複数の棒と、を備えるバスケット。
17. それぞれが前記複数の棒の対応する上端に設けられた複数のアイフックをさらに備える請求項１６に記載のバスケット。
18. 上端と下端との間に延びる長尺円筒状筐体と、前記下端に設けられた平板状底部と、前記上端に設けられた開放上部と、前記開放上部の上に取り付けられた円板状蓋と、を有するオーバパックと、
    前記オーバパックの内部に設けられた請求項１６に記載のバスケットと、を備えるコンテナ。
19. 前記キャニスタからの排水を可能とするための、前記下端に設けられたドレインと、放射性気体が前記キャニスタから逃れることを防止しつつ水素が前記キャニスタから逃れることを可能とするための、前記上端に設けられたフィルタ付きベントと、をさらに備える請求項１３に記載のキャニスタ。
20. 放射性デブリが臨界に達し得ないよう前記放射性デブリを安全に格納するためのコンテナであって、前記コンテナは水中または空気中にあり、前記コンテナは、
    上端と下端との間に延びる長尺円筒状筐体と、前記下端に設けられた平板状底部と、前記上端に設けられた開放上部と、前記開放上部の上に取り付けられた円板状蓋と、を有するオーバパックと、
    前記オーバパックの内部に設けられたバスケットと、
    前記バスケットの内部においてその長手方向に沿って互いに平行な複数の長尺円筒状キャニスタであって、前記複数のキャニスタのそれぞれが、上端と下端との間に延びる長尺円筒状筐体と、前記下端に設けられた平板状底部と、前記上端に設けられた開放上部と、前記開放上部の上に取り付けられた円板状蓋と、を有し、前記バスケットのそれぞれが約４９．５センチメートル（ｃｍ）以下の内径を有しかつ約３８１．０ｃｍ以下の内側軸方向長さを有する、複数の長尺円筒状キャニスタと、
    前記複数のキャニスタのうちの少なくともひとつのキャニスタの内部に設けられた長尺フラックストラップであって、前記フラックストラップは前記キャニスタの内側が複数のセクタに分割されるようにし、前記フラックストラップは中性子の動きをゆっくりにするための、空気を伴う内側空き領域を有する、長尺フラックストラップと、
    前記少なくともひとつのキャニスタ内の放射性デブリであって、前記放射性デブリが二酸化ウラン（ＵＯ２）燃料を含み、該二酸化ウラン燃料の量が任意でありかつその初期濃縮も任意である、放射性デブリと、
    前記少なくともひとつのキャニスタの中にある、少なくともひとつの核燃料棒アセンブリの全体または一部と、を備えるコンテナ。

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