JP2020183938A - 金属キャスクの密封喪失の検知方法及び検知装置並びに金属キャスク - Google Patents

Abstract

【課題】金属キャスクの密封構造が損なわれていることを的確に検知することができるようにする。【解決手段】 使用済燃料と共に負圧状態で不活性ガスが内部に密封され、縦置き姿勢で保管される金属キャスク１の密封構造の喪失を検知する方法において、金属キャスク１の蓋４の外部を内部の不活性ガスよりも熱伝導率の小さな気体２８の雰囲気とし、金属キャスク１の底温度ＴB、蓋温度ＴT及び側壁温度ＴSのうちの少なくとも一つの温度を計測し、底温度ＴB、蓋温度ＴT、及び側壁温度ＴSの少なくともいずれかの温度に所定の閾値を超えた変化が生じたときに金属キャスク１の密封構造が損なわれたと判断するようにしている。【選択図】図１

Description

本発明は、金属キャスクの密封喪失の検知方法及び検知装置並びに金属キャスクに関する。さらに詳述すると、本発明は、使用済燃料の長期貯蔵管理に用いられる金属製キャスクの密封性の喪失を検知する技術に関する。

使用済燃料の貯蔵に用いられる従来の金属キャスクとして、図８に示すように、内筒１０１と、当該内筒１０１の内部に収納される使用済燃料集合体１０８を入れる格子状の燃料収納区画１０２（「バスケット」とも呼ばれる）と、内筒１０１の上部にボルト締め付けによって固定されて取り付けられる一次蓋１０３及び当該一次蓋１０３を覆う二次蓋１０４と、内筒１０１の外側に設けられる中性子遮へい材１０５と、当該中性子遮へい材１０５を囲む外筒１０６とを有するものがある（特許文献１）。なお、図中において、符号１０９は、内筒１０１と一次蓋１０３や二次蓋１０４との間に介在するように設けられる環状の金属ガスケットである。

金属キャスクの内筒１０１の内部には、使用済燃料と共に、熱伝導が良く且つ不活性なガスとしてヘリウム(Ｈｅ)ガスが例えば０．８ ａｔｍ 程度の負圧で充填されている。また、一次蓋１０３と二次蓋１０４との間の空間１０７に例えば４ ａｔｍ 程度の高圧のヘリウムガスが充填されている。これらの構成により、従来の金属キャスクでは、一次蓋１０３の密封性が損なわれた場合には一次蓋１０３と二次蓋１０４との間の空間１０７に充填されている高圧のヘリウムガスが負圧の内筒１０１内へと吸い込まれる（別言すると、インリークが起こる）ことになる。そこで、従来の金属キャスクでは、一次蓋１０３の健全性（具体的には、密封性の保持）の確認として、一次蓋１０３と二次蓋１０４との間の空間１０７のガス圧を圧力計１１０によって常時監視するようにしている。

特開２０１８−５４３０９号公報

しかしながら、従来の金属キャスクでは、一次蓋１０３と二次蓋１０４との間の空間１０７の圧力が低下した場合に、一次蓋１０３の密封性が損なわれたのか、或いは二次蓋１０４の密封性が損なわれたのかを即座に特定することはできない。このため、二次蓋１０４の密封性の健全性を確認する作業を別途行うことが必要とされ、余分な手間が掛かり、この点において従来の金属キャスクは、一次蓋１０３の密封性の健全性を簡便にそして確実に確認することを可能とする構造であるとは言い難い。

また、従来の金属キャスクでは、少なくとも二つの蓋１０３，１０４が必要とされると共にこれら二つの蓋１０３，１０４の間の空間１０７に高圧でガスを充填する手間が必要とされ、加えて、圧力計１１０（尚、通常は二台設置される）が必要とされ、その分コストが嵩むという問題がある。

そこで、本発明は、金属キャスクの密封構造が損なわれていることを的確に検知することができる金属キャスクの密封喪失の検知方法及び検知装置並びに金属キャスクを提供することを目的とする。

かかる目的を達成するため、本発明は、使用済燃料と共に負圧状態で不活性ガスが内部に密封され、縦置き姿勢で保管される金属キャスクの密封構造の喪失を検知する方法において、金属キャスクの蓋の外部を内部の不活性ガスよりも熱伝導率の小さな気体の雰囲気とし、金属キャスクの底温度、蓋温度及び側壁温度のうちの少なくとも一つの温度を計測し、温度に所定の閾値を超えた変化が生じたときに金属キャスクの密封構造が損なわれたと判断するようにしている。

また、本発明の金属キャスクの密封喪失の検知方法は、金属キャスクの底温度、蓋温度及び側壁温度を計測し、底温度及び蓋温度が所定の閾値を超えて上昇し且つ側壁温度が所定の閾値を超えて低下するときに、金属キャスクの密封構造が損なわれたと判断するようにしている。

また、本発明の金属キャスクの密封喪失の検知方法は、金属キャスクの底温度、蓋温度及び側壁温度を計測し、底温度、蓋温度及び側壁温度のうちのいずれか二つの温度の間の温度差に所定の閾値を超えて変化が生じたときに、金属キャスクの密封構造が損なわれたと判断するようにしている。

また、本発明は、使用済燃料と共に負圧状態で不活性ガスが内部に密封され、縦置き姿勢で保管される金属キャスクの密封構造の喪失を検知する装置において、金属キャスクの蓋の外部を不活性ガスよりも熱伝導率の小さな気体の雰囲気として、金属キャスクの密封構造が損なわれたときに金属キャスクの内部へと吸い込まれる構造とされ、金属キャスクの底温度、蓋温度及び側壁温度のうちの少なくとも一つの温度を計測する温度センサと、温度センサからの計測値データが入力され、入力された計測温度値に所定の閾値を超えて変化が生じたときに金属キャスクの密封構造が損なわれたと判断する密封喪失判断部とを有している。

また、本発明の金属キャスクの密封喪失の検知装置は、密封喪失判断部には、温度センサから金属キャスクの底温度、蓋温度及び側壁温度の全ての計測値データが入力され、金属キャスクの底温度及び蓋温度が所定の閾値を超えて上昇し且つ側壁温度が所定の閾値を超えて低下したときに、金属キャスクの密封構造が損なわれたと判断するようにしている。

また、本発明の金属キャスクの密封喪失の検知装置は、密封喪失判断部には、温度センサから金属キャスクの底温度、蓋温度及び側壁温度のうちの少なくとも二つの温度の計測値データが入力され、二つの温度の間の温度差に所定の閾値を超えて変化が生じたときに金属キャスクの密封構造が損なわれたと判断するようにしている。

また、本発明は、使用済燃料と共に負圧状態で不活性ガスが内部に密封され、横置き姿勢で保管される金属キャスクの密封構造の喪失を検知する方法において、金属キャスクの蓋の外部を不活性ガスよりも熱伝導率の小さな気体の雰囲気とし、金属キャスクの底温度、蓋温度、横置きの姿勢における側壁下部温度及び横置きの姿勢における側壁上部温度のうちの少なくとも一つの温度を計測し、温度に所定の閾値を超えた変化が生じたときに金属キャスクの密封構造が損なわれたと判断するようにしている。

また、本発明の金属キャスクの密封喪失の検知方法は、金属キャスクの底温度、蓋温度、横置きの姿勢における側壁下部温度及び横置きの姿勢における側壁上部温度のうちのいずれか二つの温度の間の温度差に所定の閾値を超えて変化が生じたときに、金属キャスクの密封構造が損なわれたと判断するようにしている。

また、本発明は、使用済燃料と共に負圧状態で不活性ガスが内部に密封され、横置き姿勢で保管される金属キャスクの密封構造の喪失を検知する装置において、金属キャスクの蓋の外部を不活性ガスよりも熱伝導率の小さな気体の雰囲気として、金属キャスクの密封構造が損なわれたときに属キャスクの内部へと吸い込まれる構造とされ、金属キャスクの底温度、蓋温度、横置きの姿勢における側壁下部温度及び横置きの姿勢における側壁上部温度のうちの少なくとも一つの温度を計測する温度センサと、温度センサからの計測値データが入力され、入力された計測温度値に所定の閾値を超えて変化が生じたときに金属キャスクの密封構造が損なわれたと判断する密封喪失判断部とを有している。

また、本発明の金属キャスクの密封喪失の検知装置は、密封喪失判断部には、温度センサから金属キャスクの底温度、蓋温度、横置きの姿勢における側壁下部温度及び横置きの姿勢における側壁上部温度のうちの少なくとも二つの温度の計測値データが入力され、二つの温度の間の温度差に所定の閾値を超えて変化が生じたときに金属キャスクの密封構造が損なわれたと判断するようにしている。

さらに、本発明にかかる金属キャスクは、請求項４から６および請求項９から１０のいずれか１つに記載の金属キャスクの密封喪失の検知装置を備えるようにしている。

本発明の金属キャスクの密封喪失の検知方法や検知装置によれば、金属キャスクの密封構造が損なわれたときに内部の不活性ガスよりも熱伝導率の小さな気体を金属キャスク内に流入させて金属キャスク内雰囲気の熱伝導率を低下させることによって除熱効果を低減させ、使用済燃料の温度が上昇して金属キャスク自体の温度を変化させることを利用しているので、金属キャスクの密封構造が損なわれていることを的確に検知することができる。依って、縦置き姿勢／横置き姿勢の金属キャスクにおける密封性の喪失の検知手法や検知手段としての有用性や信頼性の向上を図ることが可能になる。

本発明に係る金属キャスクの密封喪失の検知方法及び金属キャスクの密封喪失の検知装置の第一の実施形態が適用され得る金属キャスクの一例を示す概略構造図である（金属キャスクは縦断面図であり、バスケットは側面図である）。 図１に示す金属キャスクに関する各部温度の位置を示す図である。図２Ａは縦置きの姿勢の金属キャスクの正面図である。図２Ｂは縦置きの姿勢の金属キャスクの平面図である。図２Ｃは縦置きの姿勢の金属キャスクの底面図である。 本発明に係る金属キャスクの密封喪失の検知装置の第一の実施形態の一例を示す機能ブロック図である。 本発明に係る金属キャスクの密封喪失の検知方法及び金属キャスクの密封喪失の検知装置の第二の実施形態が適用され得る金属キャスクの一例を示す概略構造図である（金属キャスクは縦断面図であり、バスケットは側面図である）。 図４に示す金属キャスクに関する各部温度の位置を示す図である。図５Ａは横置きの姿勢の金属キャスクの側面図である。図５Ｂは横置きの姿勢の金属キャスクの正面図である。図５Ｃは横置きの姿勢の金属キャスクの背面図である。 本発明に係る金属キャスクの密封喪失の検知装置の第二の実施形態の一例を示す機能ブロック図である。 本発明に係る金属キャスクの密封喪失の検知方法及び金属キャスクの密封喪失の検知装置の第一の実施形態が適用され得る従来型の金属キャスクの一例を示す概略構造図である（金属キャスクは縦断面図であり、バスケットは側面図である）。 従来の金属キャスクを示す概略構造図である（金属キャスクは縦断面図であり、バスケットは一部切欠き図である）。

以下、本発明の構成を図面に示す実施の形態の例に基づいて詳細に説明する。

《第一の実施形態：竪型キャスク》
図１から図３に、本発明に係る金属キャスクの密封喪失の検知方法及び金属キャスクの密封喪失の検知装置の第一の実施形態の一例を示す。なお、各図は、本発明に係る構成を含む金属キャスクの概略構造を示すための概念図であり、各部の寸法関係や詳細構造が実物／実機に則して正確に表されている図ではない。

第一の実施形態では、放射性物質である棒状の使用済燃料（「使用済燃料集合体」とも呼ばれる）を長手方向が鉛直方向に沿う姿勢で収納した上で貯蔵建屋内や屋外などで縦置きの姿勢で保管される態様のキャスク（「竪型キャスク１」と呼ぶ）に対して本発明が適用される場合について説明する。すなわち、竪型キャスク１は、竪型キャスク１自身の長手方向が鉛直方向に沿う姿勢で設置される。

竪型キャスク１は、円筒状の胴部２、当該胴部２の下端開口を塞ぐ円盤状の底板３、胴部２の上端開口を塞ぐ円盤状の蓋４、胴部２の外周を取り巻いて覆う中性子遮蔽体５、当該中性子遮蔽体５の外周面を覆う外筒６、及び蓋４を被って外筒６の上端に取り付けられるカバー７を有する。

なお、胴部２内の使用済燃料の崩壊熱を外筒６に伝達するための伝熱フィン（図示省略）が胴部２の外周面と外筒６との間に所定の間隔で配設され、これら伝熱フィンの間に例えば合成樹脂が流し込まれて中性子遮蔽体５が形成される。

胴部２、底板３、蓋４、及び外筒６は、例えば炭素鋼やステンレス鋼などの金属を主要な材料として形成される。

胴部２に対し、底板３は溶接によって接合され、蓋４は胴部２との間に環状の金属ガスケット９を介在させた上でボルト締め付けによって固定されて取り付けられる。

胴部２、底板３、及び蓋４からなる密封性能を備える容器のことを「容器体１０」と呼ぶ。すなわち、容器体１０は、使用済燃料を胴部２内に収納して密封する構造を備えるものとして構成される。

例えばステンレス鋼製のハニカム構造の仕切り１１（「バスケット」とも呼ばれる）が容器体１０の胴部２に装入され、仕切り１１の各区画に放射性物質である使用済燃料１２が挿入される。

容器体１０は、封入された放射性物質が外部に漏洩しないようにするために溶接による密閉／密封構造が採られると共に、熱伝導率の大きい不活性ガスが封入され、容器体１０内の使用済燃料１２の崩壊熱がバスケット１１や不活性ガスを介して容器体１０を構成する胴部２、底板３、及び蓋４へと伝達され、更には伝熱フィンを介して外筒６へと伝達される構造とされている。

容器体１０内に封入される不活性ガスとしては、外気（通常は、空気）よりも熱伝導率の大きい不活性ガスが一般には用いられ、具体的には例えばヘリウム（Ｈｅ）が用いられることが好ましいものの、他の不活性ガスが用いられるようにしても良い。

容器体１０は、初期内圧が負圧にされた状態で密封される。容器体１０内の圧力は、負圧（即ち、１ ａｔｍ 未満）であれば特定の値には限定されないものの、０．１〜０．８ ａｔｍ 程度の範囲のうちのいずれかの値に設定されることが考えられ、０．１〜０．５ ａｔｍ 程度の範囲のうちのいずれかの値に設定されることが好ましく、０．１ ａｔｍ 程度に設定されることが一層好ましい。

カバー７は、天面は塞がれていると共に下面は開口し且つ中空部７ａを有する王冠状（別言すると、瓶の口金形）に形成され、容器体１０の蓋４を被うようにして外筒６の上縁部に取り付けられる。ここで、本実施形態の金属キャスクは、蓋４とカバー７との間の空間の圧力を監視するものではないので、圧力計が不要になると共に、堅固なカバー（二次蓋）７は必須ではなくなり、内部のガスの純度が保たれる程度の気密性を備える簡易なカバーが設けられれば良い。

カバー７の中空部７ａに、容器体１０内に封入される不活性ガスよりも熱伝導率の小さい気体８が充填される。気体８は、カバー７の内圧が容器体１０の内圧（負圧状態）よりも大きくなるように中空部７ａへと充填される。すなわち、カバー７の内圧は、相対的に容器体１０の内圧よりも大きければ良く、負圧でも良く、或いは大気圧と同等でも良く、更に言えば大気圧よりも大きくても良く、例えば従来の金属キャスクと同様の４気圧程度としても良い。

カバー７は、カバー７内の圧力が保持され得る程度（言い換えると、カバー７内の気体の純度が保たれ得る程度）に外筒６に対して接合されれば良い。したがって、従来の金属キャスクにおける二次蓋のような堅固な構造である必要はなく、従来の二次蓋と比べて格段に簡易な構造であって構わない。この点に関連して、カバー７（尚、外筒６との接合構造を含む）を一層簡易な構造にするため、カバー７の内圧は大気圧と同程度であることが好ましい。

胴部２と蓋４との間の密封性が損なわれた場合には、容器体１０の初期内圧が負圧であり且つカバー７の内圧が容器体１０の内圧よりも大きいため、カバー７の中空部７ａに充填された気体８が容器体１０内へと吸い込まれる（別言すると、インリークが起こる）ことになる。

蓋４の外側を取り囲む気体８としては、少なくとも容器体１０の内部に封入される不活性ガスよりも熱伝導率の小さい気体であれば良く、活性ガスあるいは不活性ガスであることを問われない。しかしながら、金属キャスクの密封が喪失する状態においても、使用済燃料１２の酸化を避けることが必要条件とされる場合には気体８として不活性ガスのみが用いられ、使用済燃料１２の酸化を避けることが必要条件とされない場合には気体８として活性ガスを含む気体や活性ガスのみが用いられることが許容される。

例えば、容器体１０の内部に封入される不活性ガスとしてヘリウムが用いられる場合には、気体８として用いる不活性ガス（即ち、ヘリウムよりも熱伝導率の小さい不活性ガス）としては具体的には例えばアルゴンや窒素が挙げられ、活性ガス（即ち、ヘリウムよりも熱伝導率の小さい活性ガス）としては具体的には例えば空気が挙げられる。

初期内圧が負圧である容器体１０の密封性が損なわれた場合にはカバー７内の気体８が容器体１０内へと吸い込まれることになるため、吸い込まれる量（別言すると、インリーク量）が確保され得ることが考慮されてカバー７の中空部７ａの容積が設計されることが好ましい。具体的には例えば、容器体１０内の不活性ガスが充填される空間の容積と容器体１０の初期内圧とが設定された上で、容器体１０の密封性が損なわれた場合に容器体１０内の圧力が概ね大気圧レベルになるために必要とされる気体の量が考慮されてカバー７の中空部７ａの容積が設計されることが好ましい。

尚、気体８として空気が用いられることが許容される場合には、加圧の必要がない限り、カバー７の存在は必要ない。

そして、本実施形態の金属キャスクの密封喪失の検知方法は、金属キャスクの密封構造が損なわれたとき、金属キャスク内部の不活性ガスよりも熱伝導率の小さい気体を金属キャクス内部へと流入させて金属キャスク内雰囲気の熱伝導率を低下させることによって除熱効果を低減させ、使用済燃料の温度が上昇して金属キャスク自体の温度も変化することに起因する温度変化を利用するようにしている。即ち、金属キャスクの温度を観測して当該温度が所定の閾値を超えて変化したり箇所別の温度の差が所定の閾値を超えて変化したりしたときに金属キャスクの密封構造が損なわれていると判断するものである。

つまり、竪型キャスク１の底温度Ｔ_B、蓋温度Ｔ_T及び側壁温度Ｔ_Sうちの少なくとも一つの温度を計測し、その温度に所定の閾値を超えた変化が生じたときに竪型キャスク１（特に、容器体１０）の密封構造が損なわれたと判断するようにしている。尚、本明細書において、所定の閾値とは、特定の値に限定されるものではなく、例えば想定実機に関する数値解析や実験または外気温度の変動実績などに基づいて適切な値に適宜設定されるものである。

竪型キャスク１の底温度Ｔ_Bは竪型キャスク１のうちの容器体１０を構成する底板３の温度であり、竪型キャスク１の蓋温度Ｔ_Tは容器体１０を構成する蓋４の温度であり、竪型キャスク１の側壁温度Ｔ_Sは容器体１０を構成する胴部２を囲う外筒６の温度である。

ここで、監視対象となる温度としては、底温度Ｔ_B、蓋温度Ｔ_T、及び側壁温度Ｔ_Sのいずれでも良いが、単独で用いるだけでなく他の温度との組み合わせで用いても良く、好ましくは最も大きな温度変化を示す底温度Ｔ_Bあるいは底温度Ｔ_Bと他の温度との組み合わせであるが、これらに特に限られるものではなく、全ての部位の温度を用いても良いし、場合によってはそれらの組み合わせであっても良い。例えば、竪型キャスク１の底温度Ｔ_B、蓋温度Ｔ_T、及び側壁温度Ｔ_Sのうちのいずれか二つの温度の間の温度差ΔＴ_BS（＝Ｔ_B−Ｔ_S）、ΔＴ_TS（＝Ｔ_T−Ｔ_S）、ΔＴ_BT（＝Ｔ_B−Ｔ_T）に所定の閾値を超えて変化が生じたときに竪型キャスク１（特に、容器体１０）の密封構造が損なわれて気体８の竪型キャスク１の内部へのインリークが発生したと判断するようにしても良い。例えば、大きな温度変化を生む底温度Ｔ_Bと側壁温度Ｔ_Sとの間の温度差ΔＴ_BSに変化が生じたときに竪型キャスク１の密封構造が損なわれたと判断しても良いし、さらに好ましくは竪型キャスク１の底温度Ｔ_B及び蓋温度Ｔ_Tが所定の閾値を超えて上昇し且つ側壁温度Ｔ_Sが所定の閾値を超えて低下するときに、竪型キャスク１の密封構造が損なわれたと判断しても良い。

上記金属キャスクの密封喪失の検知方法は、本発明に係る金属キャスクの密封喪失の検知装置によっても実施され得る。本実施形態の金属キャスクの密封喪失の検知装置は、使用済燃料と共に負圧状態で不活性ガスが内部に密封され、貯蔵建屋内あるいは屋外に縦置きで保管される竪型キャスク１の密封構造の喪失を検知するものであって、竪型キャスク１の蓋の外部を不活性ガスよりも熱伝導率の小さな気体の雰囲気として、竪型キャスク１の密封構造が損なわれたときに竪型キャスク１の内部へと吸い込まれる構造とされ、竪型キャスク１の底温度、蓋温度及び側壁温度のうちの少なくとも一つの温度を計測する温度センサ即ち竪型キャスク１の底温度Ｔ_Bを計測する第一の温度センサ１３Ａ、竪型キャスク１の蓋温度Ｔ_Tを計測する第二の温度センサ１３Ｂ、及び竪型キャスク１の側壁温度Ｔ_Sを計測する第三の温度センサ１３Ｃのうちの少なくとも一つの温度センサと、いずれかの温度センサ１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃによって計測される少なくとも一つの温度の計測値データが入力され、当該入力された計測値に所定の閾値を超えて変化が生じたときに気体８の竪型キャスク１（特に、容器体１０）の密封構造が損なわれたと判断する密封喪失判断部１６ａとを有している。

密封喪失判断部１６ａは、底温度Ｔ_B、蓋温度Ｔ_T、及び側壁温度Ｔ_Sのいずれの温度を単独で用いて、若しくは複数の温度間の温度差あるいは他の温度との組み合わせで用いて、それらの温度が所定の閾値を超えて変化が生じたときに気体８の竪型キャスク１の内部へのインリークが発生したと（つまり、竪型キャスク１の密封構造が損なわれたと）判断するようにしている。ここで、最も大きな温度変化を示す底温度Ｔ_Bあるいは底温度Ｔ_Bと他の温度との組み合わせが好ましいが、これらに特に限られるものではなく、全ての部位の温度を用いても良いし、場合によってはそれらの組み合わせであっても良い。例えば、密封喪失判断部１６ａは、竪型キャスク１の底温度Ｔ_B、蓋温度Ｔ_T、及び側壁温度Ｔ_Sのうちのいずれか二つの温度の間の温度差ΔＴ_BS、ΔＴ_TS、ΔＴ_BTに所定の閾値を超えて変化が生じたときに竪型キャスク１の密封構造が損なわれて気体８の金属キャスクの内部へのインリークが発生したと判断するようにしても良い。また、密封喪失判断部１６ａは、大きな温度変化を生む底温度Ｔ_Bと側壁温度Ｔ_Sとの間の温度差に変化が生じたときに竪型キャスク１の密封構造が損なわれたと判断しても良いし、さらに好ましくは竪型キャスク１の底温度Ｔ_B及び蓋温度Ｔ_Tが所定の閾値を超えて上昇し且つ側壁温度Ｔ_Sが所定の閾値を超えて低下するときに、竪型キャスク１の密封構造が損なわれたと判断しても良い。

第一から第三の温度センサ１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃとしては、例えば熱電対やサーミスターのような温度計測手段が用いられ得る。第一から第三の温度センサ１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃは、竪型キャスク１の密封性喪失の検知感度を一層高める上では竪型キャスク１（具体的には、容器体１０や外筒６）の表面に直に接触して表面温度を計測することが望ましいものの、場合によっては非接触式温度計が用いられて竪型キャスク１の表面の温度を測定したり表面の極近傍の温度を計測したりするようにしても良い。

発明者の分析によると、竪型キャスク１（具体的には、容器体１０）の初期内圧が負圧で熱伝導率の大きい不活性ガス具体的には例えばヘリウムガスが充填された状態から前記不活性ガスよりも熱伝導率の小さい気体８が容器体１０内へと吸い込まれる場合、容器体１０の内部の圧力増加（言い換えると、負圧から大気圧(１ ａｔｍ)へと向かう圧力変化）に伴い、竪型キャスク１の底温度Ｔ_Bと蓋温度Ｔ_Tとが上昇する一方で側壁温度Ｔ_Sは低下する。

竪型キャスク１に生ずる温度変化のメカニズムは、熱伝導率の大きい不活性ガス雰囲気の中にインリークで熱伝導率の小さい気体８が混入することで、熱伝導率の低下に伴って除熱効果が低減し、竪型キャスク１内の使用済燃料の温度が上昇することに起因する。したがって、使用済燃料に接触している竪型キャスク１の底の温度Ｔ_Bが上昇する。

また、混入した気体は竪型キャスク１（具体的には、容器体１０）内に初期充填されている不活性ガスよりも密度が大きい（具体的には例えば、空気はヘリウムよりも密度が大きい）ため、混入した気体は容器体１０内の下部空間に溜まる一方で、初期充填されている不活性ガスは容器体１０内の上部空間に溜まることになる。これにより、温度が上昇した使用済燃料の熱が熱伝導の良い不活性ガスを介して容器体１０の蓋へと伝えられ、蓋温度Ｔ_Tも上昇すると考えられる。

また、インリークで竪型キャスク１の底温度Ｔ_Bと蓋温度Ｔ_Tとが上昇する一方で、使用済燃料の発熱量自体はインリーク前後で基本的には変化しないことから、側壁温度Ｔ_Sは相対的に低下すると考えられる。

なお、インリークにおいて竪型キャスク１の底温度Ｔ_Bが上昇し且つ蓋温度Ｔ_Tも上昇するという現象は、竪型キャスク１内が熱伝導率の大きい不活性ガス雰囲気の負圧の状態からインリークが発生して熱伝導率の小さい気体が混入する場合に特有の現象であり、従来は知られていない知見である。

また、インリーク後の竪型キャスク１の内部の大気圧に向かう圧力増加に伴い、竪型キャスク１の底温度Ｔ_Bと側壁温度Ｔ_Sとの温度差ΔＴ_BSや竪型キャスク１の底温度Ｔ_Bと蓋温度Ｔ_Tとの温度差ΔＴ_BTは大きくなる。

竪型キャスク１の底温度Ｔ_Bとしては、竪型キャスク１の容器体１０を構成する底板３の何れの箇所における温度が計測されて用いられても構わないものの、気体８のインリークが発生した場合の竪型キャスク１の容器体１０の底板３の下面（即ち、底面）における温度変化は底面の中心位置に於いて最も大きくなるので、竪型キャスク１の容器体１０の底板３の下面（即ち、底面３Ｂ）の水平面方向における中心位置３Ｂcの温度が計測されて用いられることが好ましい（図２Ａ、図２Ｃ）。

竪型キャスク１の蓋温度Ｔ_Tとしては、竪型キャスク１の容器体１０を構成する蓋４の何れの箇所における温度が計測されて用いられても構わないものの、気体８のインリークが発生した場合の竪型キャスク１の容器体１０の蓋４の上面（即ち、天面）における温度変化は天面の中心位置に於いて最も大きくなるので、竪型キャスク１の容器体１０の蓋４の上面（即ち、天面４Ｔ）の水平面方向における中心位置４Ｔcの温度が計測されて用いられることが好ましい（図２Ａ、図２Ｂ）。

竪型キャスク１の側壁温度Ｔ_Sとしては、竪型キャスク１の容器体１０を構成する胴部２を囲う外筒６の何れの箇所における温度が計測されて用いられても構わないものの、気体８のインリークが発生した場合の竪型キャスク１の容器体１０の外筒６の外面（以下、側周面６Ｓと呼ぶ）における温度変化は側周面６Ｓの上下方向における中央位置若しくは中央位置の周囲に於いて最も大きくなることが多いので、側周面６Ｓの上下方向における中央位置６Ｓc若しくはその周囲の温度が計測されて用いられることが好ましい（図２Ａ）。なお、竪型キャスク１の底温度Ｔ_Bと蓋温度Ｔ_Tとのそれぞれの上昇の程度／バランスや竪型キャスク１内の構造物の構成などにより、竪型キャスク１の側周面６Ｓにおける温度変化が最も大きくなる位置が側周面６Ｓの上下方向における中央位置６Ｓcからずれる場合がある。

上記の発明者の分析を踏まえ、縦置き姿勢の竪型キャスク１に関する下記のＩからIIIまでの温度のうちの少なくとも一つを観測して温度が経時的に変化するか否かを監視することにより、竪型キャスク１の密封構造が維持されているか或いは損なわれているかの判定を行うこと、つまり竪型キャスク１におけるガスインリークの検知を行うことが可能になる。
Ｉ）竪型キャスク１の底温度Ｔ_B（尚、インリークによって上昇する）
II）竪型キャスク１の蓋温度Ｔ_T（尚、インリークによって上昇する）
III)竪型キャスク１の側壁温度Ｔ_S（尚、インリークによって低下する）

上記の発明者の分析を踏まえ、また、縦置き姿勢の竪型キャスク１に関する下記のｉからiiiまでの温度差のうちの少なくとも一つを観測して温度差が経時的に変化するか否かを監視することにより、竪型キャスク１の密封構造が維持されているか或いは損なわれているかの判定を行うこと、つまり竪型キャスク１におけるガスインリークの検知を行うことが可能になる。なお、下記のｉ、ii、iiiの順番がガスインリークに対する感度の良好さの順位に対応すると考えられ、延いてはガスインリークの検知における有利さの順位に対応すると考えられる。
ｉ）竪型キャスク１の底温度Ｔ_Bと側壁温度Ｔ_Sとの温度差ΔＴ_BS
ii）竪型キャスク１の蓋温度Ｔ_Tと側壁温度Ｔ_Sとの温度差ΔＴ_TS
iii)竪型キャスク１の底温度Ｔ_Bと蓋温度Ｔ_Tとの温度差ΔＴ_BT

竪型キャスク１に関する二つの温度の間の温度差が用いられる場合には、貯蔵建屋内や屋外などで保管されている状況における外気温度の変化の影響を受けてそれぞれ変動する二つの温度から、外気温度の変化が相殺されるので、外気温度の変化の影響を受け難くなって正確な判定が行われ得る。

また、竪型キャスク１（具体的には、容器体１０）の初期内圧の負圧度が大きい（即ち、初期内圧が低い）ほど、インリークに伴う熱伝導率の小さい気体８の流入量が多いので、インリーク後の（別言すると、インリークの進行に伴う）竪型キャスク１内の使用済燃料の温度上昇の度合いが大きくなり、このため、竪型キャスク１に関する各部温度Ｔ_B、Ｔ_T、Ｔ_Sの変化幅や温度差ΔＴ_BS、ΔＴ_TS、ΔＴ_BTは大きくなる。

なお、竪型キャスク１（具体的には、容器体１０）の初期内圧の負圧度が大きいほどガスインリーク後の竪型キャスク１内の使用済燃料の温度上昇の度合いが大きく、そして、竪型キャスク１に関する各部温度Ｔ_B、Ｔ_T、Ｔ_Sの変化幅や温度差ΔＴ_BS、ΔＴ_TS、ΔＴ_BTの変化幅が大きいほどガスインリークの検知には有利である（言い換えると、検知感度が向上する）ものの、これら各部温度Ｔ_B、Ｔ_T、Ｔ_Sや温度差ΔＴ_BS、ΔＴ_TS、ΔＴ_BTの変化の大きさは使用済燃料の温度変化の大きさが反映された結果であるので、必要に応じ、竪型キャスク１内の使用済燃料の許容温度上昇の程度が考慮された上で初期内圧の負圧度が設定される。

金属キャスクの密封喪失の検知装置は、所定のプログラムがコンピュータ上で実行されることによって実現されるようにしても良い。

金属キャスクの密封喪失の検知装置１５は、例えば図３に示すように、制御部１６（具体的には、ＣＰＵ；即ち、中央演算処理装置）、記憶部１７、インターフェース１８、及び表示部１９を備えるコンピュータにおいて、記憶部１７に記憶されているプログラムが実行されることによって実現され得る。

金属キャスクの密封喪失の検知装置１５としてのコンピュータの制御部１６に、プログラムが実行されることにより、各温度センサ１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃから入力された縦置き姿勢の竪型キャスク１の底温度Ｔ_B、蓋温度Ｔ_T、及び側壁温度Ｔ_Sのうちの少なくとも一つの温度の変化に基づいて竪型キャスク１の密封構造が損なわれたとの判断を行う密封喪失判断部１６ａが構成される。第一の温度センサ１３Ａ、第二の温度センサ１３Ｂ、及び第三の温度センサ１３Ｃの計測値データは、インターフェース１８を介してコンピュータに少なくとも一つが入力され、入力された計測値に経時的に有意な変化（別言すると、特異な）が生じているか否かが密封喪失判断部１６ａによって判定される。

密封喪失判断部１６ａは、具体的には例えば、入力された計測値が所定の閾値を超えて変化したときに、計測値に経時的に有意な変化が生じていると判定し、延いては竪型キャスク１の密封構造が損なわれていると判断するようにすることが考えられる。

例えば、本実施形態の密封喪失判断部１６ａでは、上述したように底温度Ｔ_B、蓋温度Ｔ_T、及び側壁温度Ｔ_Sのいずれかの温度を単独で用いて、それらの温度が所定の閾値を超えて変化が生じたときに竪型キャスク１の密封構造が損なわれて気体８のインリークが発生したと判断するようにしているが、これに特に限られず、全ての部位の温度を用いても良いし、あるいはそれらの組み合わせ即ち複数の温度間の温度差若しくは他の温度との組み合わせを用いても良く、より好ましくは最も大きな温度変化を示す底温度Ｔ_Bあるいは底温度Ｔ_Bと他の温度との組み合わせから得られる温度変化から判断することである。例えば、コンピュータの制御部１６に、プログラムが実行されることにより、キャニスタ４の底温度Ｔ_B、蓋温度Ｔ_T、及び側壁温度Ｔ_Sのうちのいずれか二つの温度の間の温度差ΔＴ_BS、ΔＴ_TS、ΔＴ_BTに所定の閾値を超えて変化が生じたときに竪型キャスク１の密封構造が損なわれて気体８の竪型キャスク１の内部へのインリークが発生したと判断するようにしても良い。

また、密封喪失判断部１６ａは、大きな温度変化を生む底温度Ｔ_Bと側壁温度Ｔ_Sとの間の温度差に変化が生じたときに竪型キャスク１の密封構造が損なわれたと判断しても良いし、さらに好ましくは竪型キャスク１の底温度Ｔ_B及び蓋温度Ｔ_Tが所定の閾値を超えて上昇し且つ側壁温度Ｔ_Sが所定の閾値を超えて低下するときに、竪型キャスク１の密封構造が損なわれたと判断しても良い。

そして、計測値に所定の閾値を超えて経時的な変化が生じている場合には、検知装置１５は、例えば、竪型キャスク１の密封構造が損なわれたことを表示部１９に表示させたり、あるいは警報などを発生させたりする。

《第二の実施形態：横型キャスク》
図４から図６に、本発明に係る金属キャスクの密封喪失の検知方法及び検知装置の第二の実施形態の一例を示す。尚、本実施形態において、第一の実施形態の縦置き金属キャスクと同様の構成については説明を省略する。

第二の実施形態では、放射性物質である棒状の使用済燃料（「使用済燃料集合体」とも呼ばれる）を長手方向が水平方向に沿う姿勢で収納した上で貯蔵建屋内や屋外などで横置きの姿勢で保管される態様のキャスク（「横型キャスク２１」と呼ぶ）に対して本発明が適用される場合について説明する。すなわち、横型キャスク２１は、横型キャスク２１自身の長手方向が水平方向に沿う姿勢で設置される。

横型キャスク２１の構成（具体的には、容器体、外筒、カバー及び気体、仕切り／バスケットの装入、溶接やボルト締め付けによる密封構造、不活性ガスの封入、初期内圧が負圧など）は上述の第一の実施形態と同様である。横型キャスク２１を構成する各要素の符号は、胴部２２、底板２３、蓋２４、中性子遮蔽体２５、外筒２６、カバー２７、中空部２７ａ、気体２８、金属ガスケット２９、容器体３０、仕切り／バスケット３１、使用済燃料３２とする。

そして、第二の実施形態の金属キャスクの密封喪失の検知方法は、内部が不活性ガス雰囲気の負圧状態にされると共に密封構造が損なわれたときには不活性ガスよりも熱伝導率の小さい気体２８が内部へと流入するように構成されて横置きの姿勢で保管される横型キャスク２１の底温度Ｔ_HB、蓋温度Ｔ_HT、横置きの姿勢における側壁下部温度Ｔ_HSL、及び横置きの姿勢における側壁上部温度Ｔ_HSUのうちの少なくとも一つの温度に所定の閾値を超えて変化が生じたときに横型キャスク２１の密封構造が損なわれたと判断するようにしている。つまり、横型キャスク２１の底温度Ｔ_HB、蓋温度Ｔ_HT、横置きの姿勢における側壁下部温度Ｔ_HSL、及び横置きの姿勢における側壁上部温度Ｔ_HSUのうちの少なくとも一つの温度を計測し、その温度に所定の閾値を超えた変化が生じたときに横型キャスク２１（特に、容器体３０）の密封構造が損なわれたと判断するようにしている。

ここで、横型キャスク２１の底温度Ｔ_HBは横型キャスク２１のうちの容器体３０を構成する底板２３の温度であり、横型キャスク２１の蓋温度Ｔ_HTは容器体３０を構成する蓋２４の温度であり、横型キャスク２１の横置きの姿勢における側壁下部温度Ｔ_HSLや側壁上部温度Ｔ_HSUは容器体３０を構成する胴部２２を囲う外筒２６の温度である。

尚、監視対象となる温度としては、横型キャスク２１の底温度Ｔ_HB、蓋温度Ｔ_HT、横置きの姿勢における側壁下部温度Ｔ_HSL、及び横置きの姿勢における側壁上部温度Ｔ_HSUのうちの少なくとも一つの温度のいずれでも良いが、単独で用いるだけでなく他の温度との組み合わせで用いても良く、好ましくは最も大きな温度変化を示す底温度Ｔ_Bあるいは底温度Ｔ_Bと他の温度との組み合わせであるが、これらに特に限られるものではなく、全ての部位の温度を用いても良いし、場合によってはそれらの組み合わせであっても良い。例えば、横型キャスク２１の底温度Ｔ_HB、蓋温度Ｔ_HT、横置きの姿勢における側壁下部温度Ｔ_HSL、及び横置きの姿勢における側壁上部温度Ｔ_HSUのうちのいずれか二つの温度の間の温度差ΔＴ_HBT（＝Ｔ_HB−Ｔ_HT）、ΔＴ_HBSU（＝Ｔ_HB−Ｔ_HSU）、ΔＴ_HSLT（＝Ｔ_HSL−Ｔ_HT）、ΔＴ_HSLU（＝Ｔ_HSL−Ｔ_HSU）に所定の閾値を超えて変化が生じたときに横型キャスク２１の密封構造が損なわれて蓋外部の気体２８のインリークが発生したと判断するようにしても良い。また、大きな温度変化を生む底温度Ｔ_HBと蓋温度Ｔ_HTとの間若しくは側壁上部温度Ｔ_HSUとの間の温度差に変化が生じたときに横型キャスク２１の密封構造が損なわれたと判断しても良いし、さらに好ましくは横型キャスク２１の底温度Ｔ_HB及び側壁下部温度Ｔ_HSLが所定の閾値を超えて上昇し且つ蓋温度Ｔ_HT及び側壁上部温度Ｔ_HSUが所定の閾値を超えて低下するときに、キャニスタの密封構造が損なわれたと判断しても良い。

上記金属キャスクの密封喪失の検知方法は、第二の実施形態に係る金属キャスクの密封喪失の検知装置によっても実施され得る。第二の実施形態の金属キャスクの密封喪失の検知装置は、使用済燃料と共に負圧状態で不活性ガスが内部に密封され、貯蔵建屋内あるいは屋外に横置きで保管される横型キャスク２１の密封構造の喪失を検知するものであって、横型キャスク２１の蓋２４の外部を不活性ガスよりも熱伝導率の小さな気体２８の雰囲気として、横型キャスク２１の密封構造が損なわれたときに横型キャスク２１の内部へと吸い込まれる構造とされ、横型キャスク２１の底温度、蓋温度及び側壁温度のうちの少なくとも一つの温度を計測する温度センサ即ち底温度Ｔ_HBを計測する第一の温度センサ３３Ａ、蓋温度Ｔ_HTを計測する第二の温度センサ３３Ｂ、横置きの姿勢における側壁下部温度Ｔ_HSLを計測する第三の温度センサ３３Ｃ、及び横置きの姿勢における側壁上部温度Ｔ_HSUを計測する第四の温度センサ３３Ｄと、少なくとも一つの温度センサによって計測される少なくとも一つの温度の計測値データが入力され、当該入力された計測値の所定の閾値を超えた変化に基づいて横型キャスク２１の密封構造が損なわれたと判断する密封喪失判断部３６ａとを有する。

ここで、密封喪失判断部３６ａは、底温度Ｔ_HB、蓋温度Ｔ_HT、側壁下部温度Ｔ_HSL、及び側壁上部温度Ｔ_HSUのいずれかの温度を単独で用いて、若しくは複数の温度間の温度差あるいは他の温度との組み合わせで用いて、それらの温度が所定の閾値を超えて変化が生じたときに横型キャスク２１の密封構造が損なわれて気体２８の内部へのインリークが発生したと判断するようにしている。したがって、最も大きな温度変化を示す底温度Ｔ_HBあるいは底温度Ｔ_HBと他の温度との組み合わせが好ましいが、これらに特に限られるものではなく、全ての部位の温度を用いても良いし、場合によってはそれらの組み合わせであっても良い。例えば、密封喪失判断部３６ａは、横型キャスク２１の底温度Ｔ_HB、蓋温度Ｔ_HT、側壁下部温度Ｔ_HSL及び側壁上部温度Ｔ_HSUのうちのいずれか二つの温度の間の温度差ΔＴ_HBT、ΔＴ_HBSU、ΔＴ_HSLT、ΔＴ_HSLUに所定の閾値を超えて変化が生じたときに横型キャスク２１の密封構造が損なわれて気体２８の横型キャスク２１の内部へのインリークが発生したと判断するようにしても良い。また、密封喪失判断部３６ａは、大きな温度変化を生む底温度Ｔ_HBと蓋温度Ｔ_HTとの間若しくは側壁上部温度Ｔ_HSUとの間の温度差に変化が生じたときに横型キャスク２１の密封構造が損なわれたと判断しても良いし、さらに好ましくは横型キャスク２１の底温度Ｔ_HB及び側壁下部温度Ｔ_HSLが所定の閾値を超えて上昇し且つ蓋温度Ｔ_HT及び側壁上部温度Ｔ_HSUが所定の閾値を超えて低下するときに、横型キャスク２１の密封構造が損なわれたと判断しても良い。

尚、第一から第四の温度センサ３３Ａ、３３Ｂ、３３Ｃ、３３Ｄは、第一の実施形態の温度センサと同様であり、説明は省略する。

発明者の分析によると、横型キャスク２１（具体的には、容器体３０）の初期内圧が負圧で熱伝導率の大きい不活性ガス（具体的には例えば、ヘリウムガス）が充填された状態から不活性ガスよりも熱伝導率の小さい気体２８が容器体３０内へと吸い込まれる場合、横型キャスク２１の内部での大気圧に向かう圧力増加に伴い、横型キャスク２１に関する、横置き姿勢において水平方向における一方の端部になる底温度Ｔ_HBが上昇すると共に、横置き姿勢における側壁下部温度Ｔ_HSLも上昇し、一方で、横置き姿勢において水平方向における他方の端部になる蓋温度Ｔ_HTは低下すると共に、横置き姿勢における側壁上部温度Ｔ_HSUも低下することを知見するに至った。

なお、横型キャスク２１に関する、底部は水平方向における一方の端部、蓋部は水平方向における他方の端部になる。即ち、底温度Ｔ_HBは、竪型キャスク１の使用済燃料並びにバスケットが接触している底になる部分の温度に相当し、蓋温度Ｔ_HTは竪型キャスク１の蓋になる部分（使用済燃料が接触しない側）の温度に相当する。

さらに、横型キャスク２１に関する、横置き姿勢における側壁下部温度Ｔ_HSLは、横置きの姿勢にされた状態の横型キャスク２１の容器体３０を構成する胴部２２を囲う外筒２６のうちの、横置きの姿勢の横型キャスク２１（特に、外筒２６）の中心を通る水平面Ｈpよりも下部になる部分の温度である。

また、横型キャスク２１に関する、横置き姿勢における側壁上部温度Ｔ_HSUは、横置きの姿勢にされた状態の横型キャスク２１の容器体３０を構成する胴部２２を囲う外筒２６のうちの、横置きの姿勢の横型キャスク２１（特に、外筒２６）の中心を通る水平面Ｈpよりも上部になる部分の温度である。

横型キャスク２１に関する温度変化は、第１の実施形態と同様に、熱伝導率の大きい不活性ガス雰囲気の中にインリークで熱伝導率の小さい気体が混入するため、熱伝導率の低下に伴って除熱効果が低減し、横型キャスク２１内の使用済燃料の温度が上昇することによって生じる。

そして、使用済燃料の熱は、接触（特に、金属同士の接触）によって最も伝えられるために横型キャスク２１の底温度Ｔ_HB及び横置きの姿勢における側壁下部温度Ｔ_HSLが上昇し、蓋温度Ｔ_HT及び横置きの姿勢における側壁上部温度Ｔ_HSUが低下する。

横型キャスク２１の底温度Ｔ_HBとしては、横型キャスク２１の容器体３０を構成する底板２３のうちの何れの箇所における温度が計測されて用いられても構わないものの、横型キャスク２１において気体２８のインリークが発生した場合の横型キャスク２１の容器体３０の底板２３の外面（即ち、底面）における温度変化は底面の中心位置に於いて最も大きくなるので、横置き姿勢の横型キャスク２１の容器体３０の底板２３の、横型キャスク２１（特に、胴部２２、外筒２６）の軸心方向（即ち、水平方向Ｈ）における一方の端面（即ち、底面２３ＨＢ）の鉛直面方向Ｖpにおける中心位置２３ＨＢcの温度が計測されて用いられることが好ましい（図５Ａ、図５Ｃ）。

横型キャスク２１の蓋温度Ｔ_HTとしては、横型キャスク２１の容器体３０を構成する蓋２４のうちの何れの箇所における温度が計測されて用いられても構わないものの、横型キャスク２１において気体２８のインリークが発生した場合の横型キャスク２１の容器体３０の蓋２４の外面（即ち、天面）における温度変化は天面の中心位置に於いて最も大きくなるので、横置き姿勢の横型キャスク２１の容器体３０の蓋２４の、横型キャスク２１（特に、胴部２２、外筒２６）の軸心方向（即ち、水平方向Ｈ）における他方の端面（即ち、天面２４ＨＴ）の鉛直面方向Ｖpにおける中心位置２４ＨＴcの温度が計測されて用いられることが好ましい（図５Ａ、図５Ｂ）。

横型キャスク２１の側壁下部温度Ｔ_HSLとしては、横置き姿勢の横型キャスク２１の容器体３０を構成する胴部２２を囲う外筒２６のうちの、横型キャスク２１（特に、外筒２６）の中心を通る水平面Ｈpよりも下部になる部分の何れの箇所における温度が計測されて用いられても構わないものの、横型キャスク２１の容器体３０の外筒２６の外面（即ち、側周面２６ＨＳ）のうちの最下部２６ＨＳＬ（別言すると、最下底部）の、水平方向Ｈにおける中央位置２６ＨＳＬc若しくはその周囲の温度が計測されて用いられることが好ましい（図５Ａ）。なお、横型キャスク２１の底温度Ｔ_HBと蓋温度Ｔ_HTとのそれぞれの上昇と低下との程度／バランスや横型キャスク２１内の構造物の構成などにより、横型キャスク２１の容器体３０を構成する胴部２２を囲う外筒２６の外面（即ち、側周面２６ＨＳ）における温度変化が最も大きくなる位置が側周面２６ＨＳのうちの最下部２６ＨＳＬの水平方向Ｈにおける中央位置２６ＨＳＬcからずれる場合がある。

横型キャスク２１の側壁上部温度Ｔ_HSUとしては、横置きの姿勢にされた状態の横型キャスク２１の容器体３０を構成する胴部２２を囲う外筒２６のうちの、横置きの姿勢の横型キャスク２１（特に、外筒２６）の中心を通る水平面Ｈpよりも上部になる部分のうちの何れの箇所における温度が計測されて用いられても構わないものの、横置き姿勢の横型キャスク２１の容器体３０の外筒２６の外面（即ち、側周面２６ＨＳ）のうちの最上部２６ＨＳＵ（別言すると、天辺部）の、水平方向Ｈにおける中央位置２６ＨＳＵcの温度が計測されて用いられることが好ましい（図５Ａ）。

上記の発明者の分析を踏まえ、横置き姿勢の横型キャスク２１に関する下記のＩからIVまでの温度のうちの少なくとも一つを観測して温度が経時的に変化するか否かを監視することにより、横型キャスク２１の密封構造が維持されているか或いは損なわれているかの判定を行うこと、つまり横型キャスク２１におけるインリークの検知を行うことが可能になる。
Ｉ）横型キャスク２１の底温度Ｔ_HB（尚、インリークによって上昇する）
II）横型キャスク２１の蓋温度Ｔ_HT（尚、インリークによって低下する）
III)横置き姿勢の横型キャスク２１の側壁下部温度Ｔ_HSL
（尚、インリークによって上昇する）
IV）横置き姿勢の横型キャスク２１の側壁上部温度Ｔ_HSU
（尚、インリークによって低下する）

上記の発明者らの分析を踏まえ、また、横置き姿勢の横型キャスク２１に関する下記のｉからivまでの温度差のうちの少なくとも一つを観測して温度差が経時的に変化するか否かを監視することにより、横型キャスク２１の密封構造が維持されているか或いは損なわれているかの判定を行うこと、つまり横型キャスク２１におけるインリークの検知を行うことが可能になる。
ｉ）横型キャスク２１の底温度Ｔ_HBと蓋温度Ｔ_HTとの温度差ΔＴ_HBT
ii）横型キャスク２１の底温度Ｔ_HBと側壁上部温度Ｔ_HSUとの温度差ΔＴ_HBSU
iii)横型キャスク２１の側壁下部温度Ｔ_HSLと蓋温度Ｔ_HTとの温度差ΔＴ_HSLT
iv）横型キャスク２１の側壁下部温度Ｔ_HSLと側壁上部温度Ｔ_HSUとの温度差ΔＴ_HSLU

なお、底温度Ｔ_HBと側壁下部温度Ｔ_HSLとの上昇の度合いが異なるので、横型キャスク２１の底温度Ｔ_HBと側壁下部温度Ｔ_HSLとの温度差ΔＴ_HBSL（＝Ｔ_HB−Ｔ_HSL）が観測されて経時変化の有無が監視されるようにしても良く、また、蓋温度Ｔ_HTと側壁上部温度Ｔ_HSUの低下の度合いが異なるので、横型キャスク２１の蓋温度Ｔ_HTと側壁上部温度Ｔ_HSUとの温度差ΔＴ_HTSU（＝Ｔ_HT−Ｔ_HSU）が観測されて経時変化の有無が監視されるようにしても良い。

横型キャスク２１に関する二つの温度の間の温度差が用いられる場合には、貯蔵建屋内や屋外などで保管されている状況における外気温度の変化の影響を受けてそれぞれ変動する二つの温度から、外気温度の変化が相殺されるので、外気温度の変化の影響を受け難くなって正確な判定が行われ得る。

また、横型キャスク２１（具体的には、容器体３０）の初期内圧の負圧度が大きい（即ち、初期内圧が低い）ほど、インリークに伴う熱伝導率の小さい気体２８の流入量が多いので、インリーク後の（別言すると、インリークの進行に伴う）横型キャスク２１内の使用済燃料の温度上昇の度合いが大きくなり、このため、横型キャスク２１に関する各部温度Ｔ_HB、Ｔ_HT、Ｔ_HSL、Ｔ_HSUの変化幅や温度差ΔＴ_HBT、ΔＴ_HBSU、ΔＴ_HSLT、ΔＴ_HSLUは大きくなる。

なお、横型キャスク２１（具体的には、容器体３０）の初期内圧の負圧度が大きいほど熱伝導率の小さい気体２８の流入後の横型キャスク２１内の使用済燃料の温度上昇の度合いが大きく、そして、横型キャスク２１に関する各部温度Ｔ_HB、Ｔ_HT、Ｔ_HSL、Ｔ_HSUの変化幅や温度差ΔＴ_HBT、ΔＴ_HBSU、ΔＴ_HSLT、ΔＴ_HSLUの変化幅が大きいほどガスインリークの検知には有利である（言い換えると、検知感度が向上する）ものの、これら各部温度Ｔ_HB、Ｔ_HT、Ｔ_HSL、Ｔ_HSUや温度差ΔＴ_HBT、ΔＴ_HBSU、ΔＴ_HSLT、ΔＴ_HSLUの変化の大きさは使用済燃料の温度変化の大きさが反映された結果であるので、必要に応じ、横型キャスク２１内の使用済燃料の許容温度上昇の程度が考慮された上で初期内圧の負圧度が設定される。

金属キャスクの密封喪失の検知装置は、所定のプログラムがコンピュータ上で実行されることによって実現されるようにしても良い。

金属キャスクの密封喪失の検知装置３５は、例えば図６に示すように、制御部３６（具体的には、ＣＰＵ；即ち、中央演算処理装置）、記憶部３７、インターフェース３８、及び表示部３９を備えるコンピュータにおいて、記憶部３７に記憶されているプログラムが実行されることによって実現され得る。

金属キャスクの密封喪失の検知装置３５としてのコンピュータの制御部３６には、プログラムが実行されることにより、各温度センサ３３Ａ、３３Ｂ、３３Ｃ、３３Ｄから入力された横置き姿勢の横型キャスク２１の底温度Ｔ_HB、蓋温度Ｔ_HT、横置きの姿勢における側壁下部温度Ｔ_HSL、及び横置きの姿勢における側壁上部温度Ｔ_HSUのうちの少なくとも一つの温度の変化に基づいて横型キャスク２１の密封構造が損なわれたとの判断を行う密封喪失判断部３６ａが構成される。第一の温度センサ３３Ａ、第二の温度センサ３３Ｂ、第三の温度センサ３３Ｃ、及び第四の温度センサ３３Ｄの計測値データは、インターフェース３８を介して検知装置・コンピュータ３５に入力され、入力された計測値に所定の閾値を超えて経時的に有意な変化（別言すると、特異な）が生じているか否かが密封喪失判断部３６ａによって判定される。

密封喪失判断部３６ａは、具体的には例えば、入力された計測値が所定の閾値を超えて変化したときに、計測値に経時的に有意な変化が生じていると判定し、延いては横型キャスク２１の密封構造が損なわれていると判断するようにすることが考えられる。

例えば、本実施形態の密封喪失判断部３６ａでは、上述したように底温度Ｔ_HB、蓋温度Ｔ_HT、横置きの姿勢における側壁下部温度Ｔ_HSL、及び横置きの姿勢における側壁上部温度Ｔ_HSUのいずれかの温度を単独で用いて、それらの温度が所定の閾値を超えて変化が生じたときに横型キャスク２１の密封構造が損なわれて気体２８のインリークが発生したと判断するようにしているが、これに特に限られず、全ての部位の温度を用いても良いし、あるいはそれらの組み合わせ即ち複数の温度間の温度差若しくは他の温度との組み合わせを用いても良く、より好ましくは最も大きな温度変化を示す底温度Ｔ_HBあるいは底温度Ｔ_HBと他の温度との組み合わせから得られる温度変化から判断することである。例えば、コンピュータの制御部３６に、プログラムが実行されることにより、横型キャスク２１の底温度Ｔ_HB、蓋温度Ｔ_HT、横置きの姿勢における側壁下部温度Ｔ_HSL、及び横置きの姿勢における側壁上部温度Ｔ_HSUのうちのいずれか二つの温度の間の温度差ΔＴ_HBT、ΔＴ_HBSU、ΔＴ_HSLT、ΔＴ_HSLUに所定の閾値を超えて変化が生じたときに横型キャスク２１の密封構造が損なわれて気体２８の横型キャスク２１の内部へのインリークが発生したと判断するようにしても良い。

また、密封喪失判断部３６ａは、大きな温度変化を生む底温度Ｔ_HBと側壁下部温度Ｔ_HSL、及び側壁上部温度Ｔ_HSUとの間の温度差に変化が生じたときに横型キャスク２１の密封構造が損なわれたと判断しても良いし、さらに好ましくは横型キャスク２１の底温度Ｔ_HB及び側壁下部温度Ｔ_HSLが所定の閾値を超えて上昇し且つ蓋温度Ｔ_HT及び側壁上部温度Ｔ_HSUが所定の閾値を超えて低下するときに、横型キャスク２１の密封構造が損なわれたと判断しても良い。

そして、計測値に所定の閾値を超えて経時的な変化が生じている場合には、検知装置１５は、例えば、横型キャスク２１の密封構造が損なわれたことを表示部１９に表示させたり、あるいは警報などを発する。

以上のように構成された金属キャスクの密封喪失の検知方法や金属キャスクの密封喪失の検知装置１５、３５によれば、金属キャスク（具体的には、竪型キャスク１、横型キャスク２１）に関する温度の変化や箇所別の温度の差の変化に着目するようにしているので、金属キャスクの密封構造が損なわれていることを的確に検知することができる。このため、縦置き姿勢の竪型キャスク１や横置き姿勢の横型キャスク２１における密封性の喪失の検知手法としての有用性の向上や信頼性の向上を図ることが可能になる。

つまり、金属キャスク（竪型キャスク１、横型キャスク２１）の密封喪失が起こると、熱伝導率の大きい不活性ガス雰囲気の中に熱伝導率の小さい気体８あるいは２８が混入することで熱伝導率が低下して除熱効果が低減して使用済燃料の温度が上昇することに起因する様々な特有の現象を伴うので、金属キャスクの密封構造の損失を的確に検知しつつ放射性物質の放出を適切に制御することが可能になる。

しかも、これらの金属キャスクの密封喪失の検知方法や金属キャスクの密封喪失の検知装置では、一次蓋と二次蓋との間の空間の圧力を監視する圧力計が不要になると共に、堅固な二次蓋は必須ではなくなり、内部のガスの純度が保たれる程度の気密性を備える簡易なカバーが設けられれば良く、更に言えばカバーが設けられないようにしても良いので、金属キャスク自体の構造を簡素化することが可能になり、延いては金属キャスクの製造コストを大幅に低減させることが可能になる。

なお、上述の実施形態は本発明を実施する際の好適な形態の一例ではあるものの本発明の実施の形態が上述のものに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において本発明は種々変形実施可能である。

例えば、上述の実施形態では図１に示す竪型キャスク１や図４に示す横型キャスク２１に対して本発明が適用される場合を例に挙げたが、本発明が適用され得る竪型キャスク１や横型キャスク２１の具体的な構成／構造は図１や図４に示す例に限定されるものではなく、縦置きの姿勢で保管される種々の竪型キャスクや横置きの姿勢で保管される種々の横型キャスクに対して本発明は適用可能である。

例えば、一次蓋と二次蓋とを有する従来型の金属キャスクに対して本発明が適用されるようにしても良い。具体的には例えば、図７に示すように、上述の第一の実施形態における蓋４を一次蓋として有すると共に当該一次蓋としての蓋４を覆う二次蓋４２を有する従来型の金属キャスク４１に対して本発明が適用されるようにしても良い。二次蓋４２は、一次蓋４と同様に、胴部２との間に環状の金属ガスケット９を介在させた上でボルト締め付けによって固定されて取り付けられる。この場合には、一次蓋４と二次蓋４２との間の空間４３に、容器体１０内に封入される不活性ガスよりも熱伝導率の小さい気体８が充填される。気体８は、一次蓋４と二次蓋４２との間の空間４３の圧力が容器体１０の内圧よりも大きくなるように前記空間４３へと充填される。空間４３の圧力は、容器体１０の内圧よりも大きければ、負圧でも良く、或いは大気圧と同等でも良く、更に言えば大気圧よりも大きくても良い。なお、図７に示す構成は縦置きの姿勢で保管される従来型の金属キャスクに対応する例であるが、縦置きの金属キャスクに限らず、横置きの姿勢で保管される従来型の金属キャスクに対しても同様に本発明が適用されるようにしても良い。具体的には例えば、上述の第二の実施形態における蓋２４を一次蓋として有すると共に当該一次蓋を覆う二次蓋を有する従来型の横型キャスクにおいて一次蓋と二次蓋との間の空間に容器体３０内に封入される不活性ガスよりも熱伝導率の小さい気体２８が充填されるようにして本発明が適用されるようにしても良い。

図７に示す本発明の構成と図８に示す従来の金属キャスクの構成とを比較すると分かるように、本発明は、一次蓋４（一次蓋１０３）と二次蓋４２（二次蓋１０４）との間の空間４３（空間１０７）に、従来の金属キャスクのようにヘリウムガスが高圧で充填される代わりに容器体１０内に封入される不活性ガスよりも熱伝導率の小さい気体８が充填されることによって実現され得る。本発明は、また、図１や図４に示す本発明の構成と図８に示す従来の金属キャスクの構成とを比較すると分かるように、現状の金属キャスクにおける二次蓋１０４の代わりに簡易なカバー７、２７を有するようにしたり、或いは、現状の金属キャスクにおける二次蓋１０４もカバー７、２７も有しないようにしたりすることによって実現され得る。この場合においても、蓋４の外部の外気（空気）は内部の不活性ガスよりも熱伝導率の小さな気体であると共に内圧よりも高い正圧状態にあるため、金属キャスクの蓋の外部を内部の不活性ガスよりも熱伝導率の小さな気体の雰囲気で取り囲む状態を作り出すこととなる。したがって、本発明は、従来の金属キャスク本体を有効活用することによっても、言い換えると、従来の金属キャスク本体の構造を維持しながら、圧力計を有しない態様で、実現することが可能である。

また、上述の実施形態では金属キャスク（具体的には、竪型キャスク１、横型キャスク２１）の任意の部位の表面温度の変化あるいは複数の部位の間の温度差の変化に着目するようにしているが、金属キャスク自体の各部位の表面温度以外の温度との差が用いられるようにしても良い。具体的には、金属キャスクに関する各部温度Ｔ_B、…、Ｔ_HSUと、貯蔵建屋内や屋外などで保管されている状況における金属キャスク周囲の外気の温度（「周囲外気温度」と呼ぶ）との差が用いられるようにしても良い。金属キャスクの各部温度Ｔ_B、…、Ｔ_HSUは、一日のうちの外気温度の変化の影響を受けて、金属キャスクの密封性の喪失（具体的には、インリークの発生）とは関係なく、変動する。このため、金属キャスクの各部温度と周囲外気温度との差が用いられることにより、金属キャスクに関する各部温度の変動から外気温度の変化の影響分を相殺して取り除くことができる。

１ 竪型キャスク（金属キャスク）
２ 胴部
３ 底板
４ 蓋
５ 中性子遮蔽体
６ 外筒
７ カバー
７ａ 中空部
８ 気体
９ 金属ガスケット
１０ 容器体
１１ 仕切り、バスケット
１２ 使用済燃料
１３Ａ 第一の温度センサ
１３Ｂ 第二の温度センサ
１３Ｃ 第三の温度センサ
１５ 金属キャスクの密封喪失の検知装置（竪型キャスクの場合）
１６ 制御部
１６ａ 密封喪失判断部
１７ 記憶部
１８ インターフェース
１９ 表示部
２１ 横型キャスク（金属キャスク）
２２ 胴部
２３ 底板
２４ 蓋
２５ 中性子遮蔽体
２６ 外筒
２７ カバー
２７ａ 中空部
２８ 気体
２９ 金属ガスケット
３０ 容器体
３１ 仕切り、バスケット
３２ 使用済燃料
３３Ａ 第一の温度センサ
３３Ｂ 第二の温度センサ
３３Ｃ 第三の温度センサ
３３Ｄ 第四の温度センサ
３５ 金属キャスクの密封喪失の検知装置（横型キャスクの場合）
３６ 制御部
３６ａ 密封喪失判断部
３７ 記憶部
３８ インターフェース
３９ 表示部
４１ 従来型の金属キャスク
４２ 二次蓋
４３ 一次蓋と二次蓋との間の空間
１０１ 内筒
１０２ 燃料収納区画
１０３ 一次蓋
１０４ 二次蓋
１０５ 中性子遮蔽体
１０６ 外筒
１０７ 空間
１０８ 使用済燃料集合体
１０９ 金属ガスケット
１１０ 圧力計

Claims (11)

1. 使用済燃料と共に負圧状態で不活性ガスが内部に密封され、縦置き姿勢で保管される金属キャスクの密封構造の喪失を検知する方法において、
   前記金属キャスクの蓋の外部を内部の前記不活性ガスよりも熱伝導率の小さな気体の雰囲気とし、
   前記金属キャスクの底温度、蓋温度及び側壁温度のうちの少なくとも一つの温度を計測し、
   前記温度に所定の閾値を超えた変化が生じたときに前記金属キャスクの密封構造が損なわれたと判断する
   ことを特徴とする金属キャスクの密封喪失の検知方法。
2. 前記金属キャスクの前記底温度、前記蓋温度及び前記側壁温度を計測し、前記底温度及び前記蓋温度が所定の閾値を超えて上昇し且つ前記側壁温度が所定の閾値を超えて低下するときに、前記金属キャスクの密封構造が損なわれたと判断することを特徴とする請求項１記載の金属キャスクの密封喪失の検知方法。
3. 前記金属キャスクの前記底温度、前記蓋温度及び前記側壁温度を計測し、前記底温度、前記蓋温度及び前記側壁温度のうちのいずれか二つの温度の間の温度差に所定の閾値を超えて変化が生じたときに、前記金属キャスクの密封構造が損なわれたと判断することを特徴とする請求項１記載の金属キャスクの密封喪失の検知方法。
4. 使用済燃料と共に負圧状態で不活性ガスが内部に密封され、縦置き姿勢で保管される金属キャスクの密封構造の喪失を検知する装置において、
   前記金属キャスクの蓋の外部を内部の前記不活性ガスよりも熱伝導率の小さな気体の雰囲気として、前記金属キャスクの密封構造が損なわれたときに前記金属キャスクの内部へと吸い込まれる構造とされ、
   前記金属キャスクの底温度、蓋温度及び側壁温度のうちの少なくとも一つの温度を計測する温度センサと、
   前記温度センサからの計測値データが入力され、入力された計測温度値に所定の閾値を超えて変化が生じたときに前記金属キャスクの密封構造が損なわれたと判断する密封喪失判断部とを有する
   ことを特徴とする金属キャスクの密封喪失の検知装置。
5. 前記密封喪失判断部には、前記温度センサから前記金属キャスクの前記底温度、前記蓋温度及び前記側壁温度の全ての計測値データが入力され、前記金属キャスクの前記底温度及び前記蓋温度が所定の閾値を超えて上昇し且つ前記側壁温度が所定の閾値を超えて低下したときに、前記金属キャスクの密封構造が損なわれたと判断することを特徴とする請求項４記載の金属キャスクの密封喪失の検知装置。
6. 前記密封喪失判断部には、前記温度センサから前記金属キャスクの前記底温度、前記蓋温度及び前記側壁温度のうちの少なくとも二つの温度の計測値データが入力され、前記二つの温度の間の温度差に所定の閾値を超えて変化が生じたときに前記金属キャスクの密封構造が損なわれたと判断することを特徴とする請求項４記載の金属キャスクの密封喪失の検知装置。
7. 使用済燃料と共に負圧状態で不活性ガスが内部に密封され、横置き姿勢で保管される金属キャスクの密封構造の喪失を検知する方法において、
   前記金属キャスクの蓋の外部を内部の前記不活性ガスよりも熱伝導率の小さな気体の雰囲気とし、
   前記金属キャスクの底温度、蓋温度、横置きの姿勢における側壁下部温度及び横置きの姿勢における側壁上部温度のうちの少なくとも一つの温度を計測し、
   前記温度に所定の閾値を超えた変化が生じたときに前記金属キャスクの密封構造が損なわれたと判断する
   ことを特徴とする金属キャスクの密封喪失の検知方法。
8. 前記金属キャスクの前記底温度、前記蓋温度、前記横置きの姿勢における側壁下部温度及び前記横置きの姿勢における側壁上部温度のうちのいずれか二つの温度の間の温度差に所定の閾値を超えて変化が生じたときに、前記金属キャスクの密封構造が損なわれたと判断することを特徴とする請求項７記載の金属キャスクの密封喪失の検知方法。
9. 使用済燃料と共に負圧状態で不活性ガスが内部に密封され、横置き姿勢で保管される金属キャスクの密封構造の喪失を検知する装置において、
   前記金属キャスクの蓋の外部を内部の前記不活性ガスよりも熱伝導率の小さな気体の雰囲気として、前記金属キャスクの密封構造が損なわれたときに前記属キャスクの内部へと吸い込まれる構造とされ、
   前記金属キャスクの底温度、蓋温度、横置きの姿勢における側壁下部温度及び横置きの姿勢における側壁上部温度のうちの少なくとも一つの温度を計測する温度センサと、
   前記温度センサからの計測値データが入力され、入力された計測温度値に所定の閾値を超えて変化が生じたときに前記金属キャスクの密封構造が損なわれたと判断する密封喪失判断部とを有する
   ことを特徴とする金属キャスクの密封喪失の検知装置。
10. 前記密封喪失判断部には、前記温度センサから前記金属キャスクの前記底温度、前記蓋温度、前記横置きの姿勢における側壁下部温度及び前記横置きの姿勢における側壁上部温度のうちの少なくとも二つの温度の計測値データが入力され、前記二つの温度の間の温度差に所定の閾値を超えて変化が生じたときに前記金属キャスクの密封構造が損なわれたと判断することを特徴とする請求項９記載の金属キャスクの密封喪失の検知装置。
11. 請求項４から６および請求項９から１０のいずれか１つに記載の金属キャスクの密封喪失の検知装置を備えることを特徴とする金属キャスク。

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