JP2021124444A - 放射性物質収納容器の乾燥装置および方法 - Google Patents

Abstract

【課題】放射性物質収納容器の乾燥装置および方法において、乾燥作業の作業性の向上を図る。【解決手段】放射性物質収納容器の内部のガスを排出する排気ラインと、排気ラインに設けられるドライ真空ポンプと、放射性物質収納容器の内部に第１不活性ガスを供給する第１不活性ガス供給ラインと、ドライ真空ポンプの吸込圧が作用する所定領域に第１不活性ガスより分子量の大きい第２不活性ガスを供給する第２不活性ガス供給ラインとを備える。【選択図】図１

Description

本開示は、放射性廃棄物などの放射性物質を収納する容器内を乾燥する放射性物質収納容器の乾燥装置および方法に関するものである。

原子力発電プラントの原子炉などで発生した使用済燃料などの放射性廃棄物は、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。放射性物質収納容器に放射性廃棄物を収納する作業は、例えば、燃料プールで行われる。すなわち、放射性物質収納容器を燃料プールの水中に沈め、燃料プールの水中にある放射性廃棄物を放射性物質収納容器に収納する。そして、放射性物質収納容器は、燃料プールから作業フロアに引き上げられ、内部の水を排出した後、内部を真空乾燥する。

従来の放射性物質収納容器の乾燥装置としては、例えば、下記特許文献１に記載されたものがある。特許文献１に記載された容器の乾燥装置は、放射性物質収納容器の内部に残留している水を排出し、放射性物質収納容器の内部を真空乾燥した後、内部に不活性ガスを充填するものである。

特開２００２−１５６４８８号公報

従来、放射性物質収納容器の乾燥作業は、真空ポンプにより放射性物質収納容器の内部空気を排出して真空乾燥する。この場合、放射性物質収納容器は、内部で放射性廃棄物の健全性を長期間にわたって十分に確保する必要がある。そのため、放射性物質収納容器の内部の圧力を十分に低下させ、所定の真空度に維持し、水分を蒸発させて除去する必要がある。従来、真空ポンプとして、油回転真空ポンプを使用していた。油回転真空ポンプは、潤滑油により真空封止して気密性を高めることで、高い排気性能を実現することができる。ところが、油回転真空ポンプを用いて放射性物質収納容器の内部を乾燥すると、排出された水蒸気が油回転真空ポンプの潤滑油と混ざり、油回転真空ポンプの潤滑性能が低下してしまう。そのため、油回転真空ポンプの潤滑油に水が混ざると、潤滑油を交換したり、潤滑油から水を分離して除去したりする作業が必要となり、乾燥作業の作業性が低下してしまうという課題がある。

なお、油回転ポンプを用いることによる作業性の低下は、真空封止として潤滑油を必要としないドライ真空ポンプを用いることで防ぐことができる。ところが、ドライ真空ポンプは、排気するガスの種類によっては、十分な排気速度を得ることが難しいという課題がある。

本開示は、上述した課題を解決するものであり、乾燥作業の作業性の向上を図る放射性物質収納容器の乾燥装置および方法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開示の放射性物質収納容器の乾燥装置は、放射性物質収納容器の内部のガスを排出する排気ラインと、前記排気ラインに設けられるドライ真空ポンプと、前記放射性物質収納容器の内部に第１不活性ガスを供給する第１不活性ガス供給ラインと、前記ドライ真空ポンプの吸込圧が作用する所定領域に前記第１不活性ガスより分子量の大きい第２不活性ガスを供給する第２不活性ガス供給ラインと、を備える。

また、本開示の放射性物質収納容器の乾燥方法は、放射性物質収納容器の内部に第１不活性ガスを所定量供給する工程と、ドライ真空ポンプにより前記放射性物質収納容器の内部の前記第１不活性ガスを含むガスを排気する工程と、前記ドライ真空ポンプの吸込圧が作用する所定領域の圧力または圧力相関値が予め設定された所定範囲にあるときに前記放射性物質収納容器の内部に前記第１不活性ガスより分子量の大きい第２不活性ガスを所定量供給する工程と、前記放射性物質収納容器の内部の前記第１不活性ガスおよび前記第２不活性ガスを含むガスを排気する工程と、を有する。

本開示の放射性物質収納容器の乾燥装置および方法によれば、乾燥作業の作業性の向上を図ることができる。

図１は、第１実施形態の放射性物質収納容器の乾燥装置を表す概略構成図である。 図２は、放射性物質収納容器の乾燥方法を表すフローチャートである。 図３は、放射性物質収納容器の乾燥方法を表すタイムチャートである。 図４は、第２実施形態の放射性物質収納容器の乾燥装置を表す概略構成図である。

以下に図面を参照して、本開示の好適な実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本開示が限定されるものではなく、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせて構成するものも含むものである。また、実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。

［第１実施形態］
図１は、第１実施形態の放射性物質収納容器の乾燥装置を表す概略構成図である。

第１実施形態において、図１に示すように、放射性物質収納容器の乾燥装置１０は、排気ライン１１と、ドライ真空ポンプ１２と、第１不活性ガス供給ライン１３と、第２不活性ガス供給ライン１４とを備える。

放射性物質収納容器の乾燥装置１０は、放射性物質収納容器１００の内部を乾燥させるものである。放射性物質収納容器１００は、原子力発電プラントの原子炉などで発生した使用済燃料などの放射性廃棄物を収納するものである。

放射性物質収納容器１００は、例えば、キャスクであって、胴部１０１と蓋部１０２とを有する。胴部１０１は、上部に開口部が形成され、下部に底部が設けられる円筒形状をなす。胴部１０１は、γ線遮蔽機能を有する炭素鋼やステンレス鋼により構成され、外側に中性子遮蔽機能を有するボロンやボロン化合物を含有したレジン（中性子遮蔽体）が配置される。蓋部１０２は、例えば、一次蓋と二次蓋とを有する。一次蓋は、胴部１０１の開口部に対して着脱可能であり、二次蓋は、一次蓋の外側に対して着脱可能である。一次蓋は、胴部１０１の内部の負圧を維持して充填されたガスの漏洩を防ぐと共に、内部に収納した放射性物質から出る放射線（γ線）を遮蔽する。また、一次蓋は、二次蓋側にレジン（中性子遮蔽体）が設けられる。二次蓋は、一次蓋との間に大気に対して加圧された圧力監視境界を有する。

原子力発電プラントは、敷地内に原子炉建屋が設置され、原子炉建屋は、内部に原子炉が設けられると共に、冷却水が貯留されて使用済燃料を浸漬可能な燃料プールが設けられる。また、原子炉建屋は、燃料プールに隣接して除染ピット１１１が設けられると共に、除染ピット１１１に隣接して燃料プールにおける冷却水の上面より上方に位置して作業フロア１１２が設けられる。

原子炉建屋は、燃料プールに隣接して燃料装荷を行う処理ピットが設けられる。処理ピットは、冷却水が貯留される。放射性物質収納容器１００は、まず、蓋部１０２が取り外された状態で、胴部１０１が処理ピットの水中に沈められる。この状態で、クレーンを用いて燃料プールの水中にある使用済燃料を胴部１０１に収納する。次に、胴部１０１の開口部に一次蓋を設置した後、クレーンを用いて放射性物質収納容器１００を処理ピットから引き上げ、除染ピット１１１に載置し、胴部１０１に蓋部１０２を固定する。そして、放射性物質収納容器１００の内部に充填された水を排出した後、真空乾燥する。放射性物質収納容器の乾燥装置１０は、放射性物質収納容器１００の内部の真空乾燥作業に用いられる。放射性物質収納容器の乾燥装置１０は、作業フロア１１２に設けられる。

放射性物質収納容器１００は、蓋部１０２にベントライン１０３と、ドレンライン１０４が設けられる。ベントライン１０３は、蓋部１０２を厚さ方向に挿通され、放射性物質収納容器１００の外部と内部における胴部１０１の上端部とを連通する。ドレンライン１０４は、蓋部１０２を厚さ方向に挿通され、放射性物質収納容器１００の外部と内部における胴部１０１の下端部とを連通する。

排気ライン１１は、一端部が放射性物質収納容器１００における蓋部１０２のベントライン１０３に連結される。排気ライン１１は、真空乾燥ユニット２１が設けられる。真空乾燥ユニット２１は、コールドトラップ２２と、フィルタ２３と、ドライ真空ポンプ１２とを有する。排気ライン１１は、他端部が原子炉建屋の排気処理系に連結される。

コールドトラップ２２は、冷媒が供給される冷媒供給ライン２４が設けられる。コールドトラップ２２は、冷媒供給ライン２４から供給される冷媒によって排気ライン１１により排気される水蒸気を凝縮し、固体あるいは液体として除去する。フィルタ２３は、排気ライン１１により排気されるガスから有害物質を除去する。ドライ真空ポンプ１２は、排気ライン１１を通して放射性物質収納容器１００に排気圧（真空圧）を作用させることで、放射性物質収納容器１００に残留する空気および水蒸気などのガスを排気する。ここで、ドライ真空ポンプ１２とは、潤滑油や液体などをポンプの真空室内に使用しない機械式の真空ポンプである。ドライ真空ポンプ１２として、例えば、スクリュー式ドライ真空ポンプやルーツ式ドライ真空ポンプなどが適用される。

そのため、ドライ真空ポンプ１２を作動すると、排気圧が排気ライン１１を通して放射性物質収納容器１００の内部における上部に作用する。すると、放射性物質収納容器１００の内部のガスが排気ライン１１を通して排気される。このとき、放射性物質収納容器１００から排気ライン１１に排出されたガスは、コールドトラップ２２により水蒸気が凝縮されて固体あるいは液体として除去され、フィルタ２３により含有する有害物質が除去される。

第１不活性ガス供給ライン１３は、一端部が排気ライン１１における真空乾燥ユニット２１（コールドトラップ２２）より放射性物質収納容器１００側に連結される。第１不活性ガス供給ライン１３と排気ライン１１の連結部には、三方弁２５が設けられる。第１不活性ガス供給ライン１３は、他端部に第１不活性ガス供給源２６が連結される。第１不活性ガスは、例えば、ヘリウムガスであって、第１不活性ガス供給源２６は、ヘリウムガスを貯留する。第１不活性ガス供給源２６は、例えば、ボンベである。第１不活性ガス供給ライン１３は、第１開閉装置２７が設けられる。第１開閉装置２７は、第１不活性ガス供給源２６から第１不活性ガス供給ライン１３に流動させるヘリウムガスの供給量を調整可能である。第１開閉装置２７は、第１不活性ガス供給ライン１３から体積計測部に流れた第１不活性ガスの体積を計測し、予め設定された体積に達すると、流れを遮断するものである。第１開閉装置２７は、例えば、弁としての機能と体積計測および演算機能を有するマスフローコントローラである。なお、第１開閉装置２７は、止め弁であってもよく、流量調整弁であってもよい。

そのため、第１開閉装置２７を開放すると、第１不活性ガス供給源２６のヘリウムガスが第１不活性ガス供給ライン１３および排気ライン１１を通してベントライン１０３から放射性物質収納容器１００の上部に供給される。このとき、第１開閉装置２７を開閉制御することで、放射性物質収納容器１００に供給するヘリウムガスの供給量を調整することができる。

第２不活性ガス供給ライン１４は、一端部が放射性物質収納容器１００における蓋部１０２のドレンライン１０４に連結される。第２不活性ガス供給ライン１４は、他端部に第２不活性ガス供給源３１が連結される。第２不活性ガスは、例えば、窒素ガスであって、第２不活性ガス供給源３１は、窒素ガスを貯留する。第２不活性ガス供給源３１は、例えば、ボンベである。第２不活性ガス供給ライン１４は、第２開閉装置３２が設けられる。第２開閉装置３２は、第２不活性ガス供給源３１から第２不活性ガス供給ライン１４に流動させる窒素ガスの供給量を調整可能である。第２開閉装置３２は、第２不活性ガス供給ライン１４から体積計測部に流れた第２不活性ガスの体積を計測し、予め設定された体積に達すると、流れを遮断するものである。第２開閉装置３２は、例えば、弁としての機能と体積計測および演算機能を有するマスフローコントローラである。なお、第２開閉装置３２は、止め弁であってもよく、流量調整弁であってもよい。

なお、第１不活性ガスをヘリウムガス、第２不活性ガスを窒素ガスとしたが、この組み合わせに限定されるものではない。第２不活性ガスは、第１不活性ガスより分子量が大きいガス（例えば、アルゴン等）であればよい。

そのため、第２開閉装置３２を開放すると、第２不活性ガス供給源３１の窒素ガスが第２不活性ガス供給ライン１４を通してドレンライン１０４から放射性物質収納容器１００の下部に供給される。このとき、第２開閉装置３２を開閉制御することで、放射性物質収納容器１００に供給する窒素ガスの供給量を調整することができる。

ここで、ドライ真空ポンプ１２が作動すると、排気圧が排気ライン１１および放射性物質収納容器１００の内部に作用する。そのため、本発明のドライ真空ポンプ１２の吸込圧が作用する所定領域とは、排気ライン１１および放射性物質収納容器１００の内部である。第１実施形態では、第２不活性ガス供給ライン１４が放射性物質収納容器１００に連結されていることから、所定領域は、放射性物質収納容器１００の内部である。そして、第２不活性ガス供給ライン１４が放射性物質収納容器１００のドレンライン１０４に連結されていることから、所定領域は、放射性物質収納容器１００の内部における下部である。

制御装置４１は、ドライ真空ポンプ１２を作動制御可能であると共に、第１開閉装置２７および第２開閉装置３２を開閉制御可能である。また、排気ライン１１における三方弁２５より放射性物質収納容器１００側に圧力計４２が設けられる。制御装置４１は、圧力計４２の計測結果が入力される。このとき、排気ライン１１における三方弁２５より放射性物質収納容器１００側の圧力は、放射性物質収納容器１００の内部の圧力と同等であることから、圧力計４２の計測結果は、放射性物質収納容器１００の内部の圧力であると推定される。

制御装置４１は、第２不活性ガス供給ライン１４から所定領域としての放射性物質収納容器１００のへの窒素ガスの供給開始時期を制御する。すなわち、制御装置４１は、圧力計４２が計測した放射性物質収納容器１００の内部の圧力に基づいて第２不活性ガス供給ライン１４から放射性物質収納容器１００の内部への窒素ガスの供給開始時期を設定する。具体的に、制御装置４１は、ドライ真空ポンプ１２による放射性物質収納容器１００の内部の減圧時に、放射性物質収納容器１００の内部の圧力が予め設定された所定圧力まで低下しないと、第２不活性ガス供給ライン１４から放射性物質収納容器１００の内部への窒素ガスの供給を開始する。なお、制御装置４１は、放射性物質収納容器１００の内部の圧力低下率が予め設定された所定圧力変化率以下になると、第２不活性ガス供給ライン１４から放射性物質収納容器１００の内部への窒素ガスの供給を開始するようにしてもよい。さらに、制御装置４１は、ドライ真空ポンプ１２による放射性物質収納容器１００の内部の減圧開始から予め設定された所定時間が経過すると、第２不活性ガス供給ライン１４から放射性物質収納容器１００の内部への窒素ガスの供給を開始するようにしてもよい。

以下、放射性物質収納容器の乾燥装置１０による放射性物質収納容器の乾燥方法について説明する。図２は、放射性物質収納容器の乾燥方法を表すフローチャート、図３は、放射性物質収納容器の乾燥方法を表すタイムチャートである。

放射性物質収納容器の乾燥方法は、放射性物質収納容器１００の内部に第１不活性ガスを所定量供給する工程と、ドライ真空ポンプ１２により放射性物質収納容器１００の内部の第１不活性ガスを含むガスを排気する工程と、ドライ真空ポンプ１２の吸込圧が作用する所定領域の圧力または圧力相関値が予め設定された所定範囲にあるときに放射性物質収納容器１００の内部に第１不活性ガスより分子量の大きい第２不活性ガスを所定量供給する工程と、放射性物質収納容器１００の内部の第１不活性ガスおよび第２不活性ガスを含むガスを排気する工程とを有する。

ここで、圧力相関値とは、圧力、圧力変化率、時間である。すなわち、所定領域の圧力が所定圧力に到達しないとき、または、所定領域の圧力低下率が所定圧力変化率以下になると、または、ドライ真空ポンプ１２が作動してから所定時間が経過したら、所定領域への第２不活性ガスの供給を開始する。

具体的に説明すると、図２に示すように、ステップＳ１１にて、放射性物質収納容器１００を処理ピットに搬送する。原子炉建屋は、燃料プールに隣接して処理ピットが設けられる。放射性物質収納容器１００は、胴部１０１が処理ピットの冷却水に浸漬される。ステップＳ１２にて、作業者は、クレーンを用いて燃料プールに浸漬されている使用済燃料を処理ピット放射性物質収納容器１００の胴部１０１に収容する。

放射性物質収納容器１００に所定量の使用済燃料が収納されると、ステップＳ１３にて、処理ピットの胴部１０１に蓋部１０２を設置する。ステップＳ１４にて、クレーンを用いて使用済燃料が収納された放射性物質収納容器１００を処理ピットから除染ピットに搬送する。ここで、胴部１０１に蓋部１０２を固定する。そして、ステップＳ１５にて、放射性物質収納容器１００のドレンライン１０４に排水ラインを連結し、放射性物質収納容器１００の内部に充填された水を排水ラインから排出する。なお、放射性物質収納容器１００の排水方法は、この方法に限らず、例えば、放射性物質収納容器１００の内部に空気などのガスを供給し、内部の水を排水ラインから押し出して排出するようしてもよい。

放射性物質収納容器１００の内部から水が排出されると、図１および図２に示すように、放射性物質収納容器１００に排気ライン１１と第１不活性ガス供給ライン１３と第２不活性ガス供給ライン１４を連結する。そして、作業者は、制御装置４１に対して放射性物質収納容器１００の乾燥作業の操作を行う。まず、制御装置４１は、ドライ真空ポンプ１２を作動し、排気圧を排気ライン１１から放射性物質収納容器１００の内部に作用させる。すると、放射性物質収納容器１００は、内部に残留する水蒸気が空気と共に外部に吸引されて排気され、内部圧力が低下する。放射性物質収納容器１００は、内部の圧力が低下すれば、内部に残留する水の沸点が低下し、常温に近い環境下で蒸発して水蒸気になる。この水蒸気は、ドライ真空ポンプ１２の排気により排気ライン１１を通じて排気される。このとき、三方弁２５は、排気ライン１１を連通し、排気ライン１１と第１不活性ガス供給ライン１３との連通を遮断している。放射性物質収納容器１００の内部が所定圧力まで減圧されると、ドライ真空ポンプ１２の作動を停止する。

ステップＳ１６にて、制御装置４１は、第１開閉装置２７を開放制御し、第１不活性ガス供給源２６のヘリウムガスを第１不活性ガス供給ライン１３および排気ライン１１を通してベントライン１０３から放射性物質収納容器１００の上部に供給する。このとき、三方弁２５は、排気ライン１１の放射性物質収納容器１００側と第１不活性ガス供給ライン１３とを連通し、排気ライン１１の真空乾燥ユニット２１側を遮断している。放射性物質収納容器１００の内部にヘリウムガスが供給されることで、放射性物質収納容器１００の内部が冷却される。放射性物質収納容器１００に所定量のヘリウムガスが充填されると、制御装置４１は、第１開閉装置２７を閉止制御し、放射性物質収納容器１００へのヘリウムガスの供給を停止する。放射性物質収納容器１００に供給すべくヘリウムガスの供給量は、放射性物質収納容器１００の容積により決定される。第１開閉装置２７は、放射性物質収納容器１００に供給すべくヘリウムガスの量が流れると閉止する。なお、第１開閉装置２７が止め弁や流量調整弁であると、第１不活性ガス供給ライン１３および排気ライン１１の配管径と圧力とにより、予め設計や演算、実験などにより、放射性物質収納容器１００へのヘリウムガスの供給量を、止め弁や流量調整弁の開放時間に換算しておいてもよい。

ステップＳ１７にて、制御装置４１は、再びドライ真空ポンプ１２を作動し、排気圧を排気ライン１１から放射性物質収納容器１００の内部に作用させる。すると、放射性物質収納容器１００は、内部に残留するヘリウムガスおよび水蒸気などが外部に排気され、内部圧力が低下する。ステップＳ１８にて、制御装置４１は、圧力計４２が計測した放射性物質収納容器１００の内部圧力が予め設定された所定圧力まで低下したかどうかを判定する。具体的に、制御装置４１は、予め設定された所定時間の間に放射性物質収納容器１００の内部圧力が所定圧力まで低下したかどうかを判定する。ここで、放射性物質収納容器１００の内部圧力が所定圧力まで低下していないと判定（Ｎｏ）されると、ステップＳ１９にて、ドライ真空ポンプ１２の作動を継続したままで、第２開閉装置３２を開放し、第２不活性ガス供給源３１の窒素ガスを第２不活性ガス供給ライン１４を通してドレンライン１０４から放射性物質収納容器１００の下部に供給する。

ステップＳ２０にて、制御装置４１は、放射性物質収納容器１００に所定量の窒素ガスが充填されたかどうかを判定する。放射性物質収納容器１００に供給すべく窒素ガスの供給量は、放射性物質収納容器１００の容積により決定される。第２開閉装置３２は、放射性物質収納容器１００に供給すべく窒素ガスの量が流れると閉止する。なお、第２開閉装置３２が止め弁や流量調整弁であると、第２不活性ガス供給ライン１４の配管径と圧力とにより、予め設計や演算、実験などにより、放射性物質収納容器１００への窒素ガスの供給量を、止め弁や流量調整弁の開放時間に換算しておいてもよい。

そのため、ステップＳ２０にて、制御装置４１は、放射性物質収納容器１００に所定量の窒素が充填されたかどうか、つまり、所定量の窒素ガスが第２不活性ガス供給ライン１４に流れたかどうかを判定する。ここで、所定量の窒素ガスが第２不活性ガス供給ライン１４に流れていないと判定（Ｎｏ）されると、この処理を継続する。一方、所定量の窒素ガスが第２不活性ガス供給ライン１４流れたと判定（Ｙｅｓ）されると、ステップＳ２１にて、制御装置４１は、第２開閉装置３２を閉止し、放射性物質収納容器１００への窒素ガスの供給を停止する。

放射性物質収納容器１００へ窒素ガスを供給するとき、ドライ真空ポンプ１２が作動していることから、放射性物質収納容器１００の内部にある空気、水蒸気、ヘリウムガス、窒素ガスなどが排気ライン１１から外部に排出される。そして、放射性物質収納容器１００への窒素ガスの供給が停止されると、放射性物質収納容器１００の内部圧力が低下していく。この場合、分子量が小さいヘリウムガスは、分子間力が小さい性質であることから、ドライ真空ポンプ１２では十分な排気速度を得ることが難しく、放射性物質収納容器１００からヘリウムガスを排出しにくい。一方で、分子量の大きい窒素ガスは、分子間力が大きい性質であることから、ドライ真空ポンプ１２での十分な排気速度を得ることが容易である。そのため、放射性物質収納容器１００の内部のヘリウムガスに窒素ガスを混合させることで、排出しやすい窒素ガスをキャリアガスとして用い、窒素ガスにより排出しにくいヘリウムガスを一緒に排出することができる。

また、窒素ガスは、ドレンライン１０４から放射性物質収納容器１００の下部に供給される。そのため、ドライ真空ポンプ１２の作動により放射性物質収納容器１００の下部に窒素ガスが放射性物質収納容器１００の上部にあるベントライン１０３から外部に排出されるとき、放射性物質収納容器１００の上部のヘリウムガスを窒素ガスの排出に伴って外部に排出することができる。

ステップＳ１８に戻り、制御装置４１は、圧力計４２が計測した放射性物質収納容器１００の内部圧力が所定圧力まで低下したかどうかを判定する。ここで、放射性物質収納容器１００の内部圧力が所定圧力まで低下していないと判定（Ｎｏ）されると、前述したように、ステップＳ１９からステップＳ２１の処理を繰り返す。一方、放射性物質収納容器１００の内部圧力が所定圧力まで低下したと判定（Ｙｅｓ）されると、ステップＳ２２にて、ドライ真空ポンプ１２の作動を停止する。そして、ステップＳ２３にて、第１開閉装置２７を開放制御し、放射性物質収納容器１００の内部に所定量のヘリウムガスを供給する。ここで、放射性物質収納容器１００の乾燥作業が終了する。

なお、所定圧力は、例えば、７００Ｐａであり、放射性物質収納容器１００の内部のガス組成における水分量が１０重量％以下となる圧力である。日本原子力学会標準では、燃料被覆管の酸化および水素吸着量の計算例として、金属キャスク内のガス組成における水分量を１０％（質量）に制限すれば、キャスクの設計に基づいて、燃料被覆管の酸化および水素吸着量がわずかとなり、燃料に影響を与えるものではなくなる、と記載されている。

放射性物質収納容器１００の内部にヘリウムガスを供給してからの放射性物質収納容器１００の内部圧力の変化について説明する。図１および図３に示すように、ドライ真空ポンプ１２の作動により放射性物質収納容器１００の内部が所定圧力まで減圧されると、時間ｔ１にて、ドライ真空ポンプ１２を停止（ＯＦＦ）する。ここで、第１開閉装置２７を開放制御し、放射性物質収納容器１００へのヘリウムガスの供給を開始し、時間ｔ２にて、ヘリウムガスの供給を停止する。すると、放射性物質収納容器１００の内部圧力が上昇する。時間ｔ３にて、放射性物質収納容器１００の内部圧力が圧力Ｐ０（ほぼ大気圧）に到達すると、ドライ真空ポンプ１２を作動することで、放射性物質収納容器１００の内部に残留するヘリウムガスや水蒸気などが外部に排気され、内部圧力が低下する。

しかし、前述したように、ヘリウムガスは、分子間力が小さい性質であることから、ドライ真空ポンプ１２では放射性物質収納容器１００から排出しにくいため、放射性物質収納容器１００の内部圧力の低下が緩慢となり、放射性物質収納容器１００からのガスの排気速度が低下する。時間ｔ４では、放射性物質収納容器１００の内部圧力の低下率が０に近くなり、ガスの排気速度も０に近くなる。そのため、この時間ｔ４にて、第２開閉装置３２を開放制御して放射性物質収納容器１００に窒素ガスを供給する。窒素ガスの供給を開始する時期は、放射性物質収納容器１００の内部圧力の低下率が予め設定された所定圧力変化率以下になる時期が好ましい。

但し、放射性物質収納容器１００の内部圧力の低下率が所定圧力変化率以下になる時期は、放射性物質収納容器１００の容積に応じて決まるものであることから、所定時間内に放射性物質収納容器１００の内部圧力が所定圧力まで低下しないとき、窒素ガスの供給を開始するようにしてもよい。また、ドライ真空ポンプ１２を作動してから所定時間が経過したら、窒素ガスの供給を開始するようにしてもよい。

時間ｔ４にて、放射性物質収納容器１００に窒素ガスを供給すると、ドライ真空ポンプ１２が作動しているものの、一時的に放射性物質収納容器１００の内部圧力が上昇する。そして、時間ｔ５にて、放射性物質収納容器１００への窒素ガスの供給が停止する。このとき、放射性物質収納容器１００の内部圧力が圧力Ｐ０（ほぼ大気圧）に上昇するまで放射性物質収納容器１００へ窒素ガスを供給することが好ましい。窒素ガスの供給が停止すると、放射性物質収納容器１００の内部圧力が一気に低下する。このとき、放射性物質収納容器１００の内部に残留するヘリウムガスは、キャリアガスとしての窒素ガスと共に外部に排出される。

また、放射性物質収納容器１００からヘリウムガスと共にほとんどの窒素ガスが外部に排出されてしまうと、放射性物質収納容器１００の内部圧力の低下が緩慢となり、放射性物質収納容器１００からのガスの排気速度が低下する。時間ｔ６では、放射性物質収納容器１００の内部圧力の低下率が再び０に近くなり、ガスの排気速度も再び０に近くなる。そのため、この時間ｔ６にて、再び第２開閉装置３２を開放制御して放射性物質収納容器１００に窒素ガスを供給する。この窒素ガスの供給を開始する時期は、前述と同様である。

時間ｔ６にて、放射性物質収納容器１００に再び窒素ガスを供給すると、ドライ真空ポンプ１２が作動しているものの、一時的に放射性物質収納容器１００の内部圧力が上昇する。そして、時間ｔ７にて、放射性物質収納容器１００への窒素ガスの供給が停止する。このとき、放射性物質収納容器１００の内部圧力が圧力Ｐ０（ほぼ大気圧）に上昇するまで放射性物質収納容器１００へ窒素ガスを供給することが好ましい。窒素ガスの供給が停止すると、放射性物質収納容器１００の内部圧力が一気に低下する。このとき、放射性物質収納容器１００の内部に残留するヘリウムガスは、キャリアガスとしての窒素ガスと共に外部に排出される。そして、時間ｔ８にて、放射性物質収納容器１００の内部圧力が所定圧力まで低下すると、ドライ真空ポンプ１２の作動を停止する。そして、放射性物質収納容器１００の内部が乾燥されているかどうかを確認する時間が経過した後、時間ｔ９から時間ｔ１０までの間、第１開閉装置２７を開放制御し、放射性物質収納容器１００の内部に所定量のヘリウムガスを供給し、放射性物質収納容器１００の乾燥作業が終了する。この所定圧力は、例えば、７００Ｐａであり、放射性物質収納容器１００の内部のガス組成における水分量が１０重量％以下となる圧力である。

［第２実施形態］
図４は、第２実施形態の放射性物質収納容器の乾燥装置を表す概略構成図である。なお、上述した第１実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

第２実施形態において、図４に示すように、放射性物質収納容器の乾燥装置１０Ａは、排気ライン１１と、ドライ真空ポンプ１２と、第１不活性ガス供給ライン１３と、第２不活性ガス供給ライン１４とを備える。

排気ライン１１は、一端部が放射性物質収納容器１００における蓋部１０２のベントライン１０３に連結される。排気ライン１１は、真空乾燥ユニット２１が設けられる。真空乾燥ユニット２１は、コールドトラップ２２と、フィルタ２３と、ドライ真空ポンプ１２とを有する。排気ライン１１は、他端部が排気処理系に連結される。

第１不活性ガス供給ライン１３は、一端部が排気ライン１１における真空乾燥ユニット２１（コールドトラップ２２）より放射性物質収納容器１００側に連結される。第１不活性ガス供給ライン１３と排気ライン１１の連結部は、三方弁２５が設けられる。第１不活性ガス供給ライン１３は、他端部に第１不活性ガス供給源２６が連結される。第１不活性ガスは、例えば、ヘリウムガスであって、第１不活性ガス供給源２６は、ヘリウムガスを貯留する。第１不活性ガス供給ライン１３は、第１開閉装置２７が設けられる。

第２不活性ガス供給ライン１４は、一端部が第１不活性ガス供給ライン１３における圧力計４２より放射性物質収納容器１００側に連結される。第２不活性ガス供給ライン１４と排気ライン１１の連結部は、三方弁５１が設けられる。なお、第２不活性ガス供給ライン１４と排気ライン１１の連結部に三方弁５１を設けずに、常時連通状態としてもよい。第２不活性ガス供給ライン１４は、他端部に第２不活性ガス供給源３１が連結される。第２不活性ガスは、例えば、窒素ガスであって、第２不活性ガス供給源３１は、窒素ガスを貯留する。第２不活性ガス供給ライン１４は、第２開閉装置３２が設けられる。

そのため、放射性物質収納容器１００の内部が排水されると、ドライ真空ポンプ１２の作動により所定圧力まで減圧し、ドライ真空ポンプ１２の作動を停止する。そして、第１開閉装置２７を開放制御し、ヘリウムガスを第１不活性ガス供給ライン１３および排気ライン１１を通してベントライン１０３から放射性物質収納容器１００に供給する。放射性物質収納容器１００に所定量のヘリウムガスが充填されると、第１開閉装置２７を閉止制御し、ヘリウムガスの供給を停止する。

ドライ真空ポンプ１２を作動すると、排気圧が排気ライン１１を通して放射性物質収納容器１００の内部における上部に作用する。すると、放射性物質収納容器１００の内部のガスが排気ライン１１を通して排気される。このとき、第２開閉装置３２を開放制御し、第２不活性ガス供給源３１の窒素ガスが第２不活性ガス供給ライン１４を通して排気ライン１１に供給する。

ここで、ドライ真空ポンプ１２が作動しており、排気圧が排気ライン１１および放射性物質収納容器１００の内部に作用する。そのため、本発明のドライ真空ポンプ１２の吸込圧が作用する所定領域は、排気ライン１１および放射性物質収納容器１００の内部である。第２実施形態では、第２不活性ガス供給ライン１４が排気ライン１１に連結されていることから、所定領域は、排気ライン１１である。

ドライ真空ポンプ１２が作動している状態で、第２不活性ガス供給ライン１４へ窒素ガスを供給するため、第２不活性ガス供給ライン１４の窒素ガスが排気ライン１１へ流れ、窒素ガスが排気ライン１１へ流れる吸引力が放射性物質収納容器１００の内部に作用する。そのため、排気ライン１１にて、排出しやすい窒素ガスをキャリアガスとして用い、窒素ガスにより排出しにくいヘリウムガスを一緒に排出することが可能となる。

［本実施形態の作用効果］
第１の態様に係る放射性物質収納容器の乾燥装置は、放射性物質収納容器１００の内部のガスを排出する排気ライン１１と、排気ライン１１に設けられるドライ真空ポンプ１２と、放射性物質収納容器１００の内部に第１不活性ガスを供給する第１不活性ガス供給ライン１３と、ドライ真空ポンプ１２の吸込圧が作用する所定領域に第１不活性ガスより分子量の大きい第２不活性ガスを供給する第２不活性ガス供給ライン１４とを備える。

第１の態様に係る放射性物質収納容器の乾燥装置は、放射性物質収納容器１００の内部に第１不活性ガスと第２不活性ガスが供給された状態で、ドライ真空ポンプ１２を作動して所定領域に排気圧を作用させる。これにより、排出しやすい第２不活性ガスをキャリアガスとして用い、排出しにくい第１不活性ガスを第２不活性ガスと一緒に排出することが可能となる。その結果、乾燥作業の作業性の向上を図ることができる。

第２の態様に係る放射性物質収納容器の乾燥装置は、所定領域は、放射性物質収納容器１００の内部である。これにより、放射性物質収納容器１００の内部に排気圧を作用させることとなり、放射性物質収納容器１００の内部の第２不活性ガスをキャリアガスとして第１不活性ガスを適正に排出することができる。

第３の態様に係る放射性物質収納容器の乾燥装置は、所定領域は、放射性物質収納容器１００の内部における下部である。これにより、放射性物質収納容器１００の内部に排気圧を作用させることとなり、放射性物質収納容器１００の内部の下部に供給した第２不活性ガスにより第１不活性ガスが押し上げられ、放射性物質収納容器１００の内部の下部にある第２不活性ガスをキャリアガスとして上部に押し上げられた第１不活性ガスを適正に排出することができる。

第４の態様に係る放射性物質収納容器の乾燥装置は、所定領域は、排気ライン１１である。これにより、排気ライン１１に排気圧を作用させることとなり、排気ライン１１の第２不活性ガスをキャリアガスとして第１不活性ガスを適正に排出することができる。また、第２不活性ガス供給ライン１４を排気ライン１１に連結すればよく、構造の簡素化を図ることができる。

第５の態様に係る放射性物質収納容器の乾燥装置は、第２不活性ガス供給ライン１４から所定領域への第２不活性ガスの供給を制御する制御装置４１を有する。それにより、所定領域に適正量の第２不活性ガスを容易に供給することができる。

第６の態様に係る放射性物質収納容器の乾燥装置は、所定領域の圧力を計測する圧力計４２を有し、制御装置４１は、圧力計４２の計測結果に基づいて第２不活性ガス供給ライン１４から所定領域への第２不活性ガスの供給時期を設定する。これにより、適正時期に所定領域への第２不活性ガスの供給を開始することとなり、最適な時期に所定領域へ第２不活性ガスを供給することができる。

第７の態様に係る放射性物質収納容器の乾燥装置は、制御装置４１は、所定領域の圧力が予め設定された所定圧力に到達しないときに、第２不活性ガス供給ライン１４から所定領域への第２不活性ガスの供給を開始する。これにより、放射性物質収納容器１００の内部のガスの排気が困難になると、所定領域の圧力が所定圧力に到達しないため、このときに第２不活性ガスを供給することで、放射性物質収納容器１００の内部のガスの排気を促進することができる。

第８の態様に係る放射性物質収納容器の乾燥装置は、制御装置４１は、所定領域の圧力低下率が予め設定された所定圧力変化率以下になると、第２不活性ガス供給ライン１４から所定領域への第２不活性ガスの供給を開始する。これにより、所定領域のガスの排気が困難になると、放射性物質収納容器１００の内部の圧力の圧力低下率が低下するため、このときに第２不活性ガスを供給することで、放射性物質収納容器１００の内部のガスの排気を促進することができる。

第９の態様に係る放射性物質収納容器の乾燥装置は、制御装置４１は、所定領域の圧力が少なくとも大気圧になるまで所定領域へ第２不活性ガスを供給する。これにより、放射性物質収納容器１００の内部のガスの排気を促進することができる。

第１０の態様に係る放射性物質収納容器の乾燥装置は、第１不活性ガスは、ヘリウムガスであり、第２不活性ガスは、窒素ガスである。これにより、高価なガスを使用することなく、放射性物質収納容器１００の内部の冷却と乾燥を適正に行うことができる。

第１１の態様に係る放射性物質収納容器の乾燥装置は、放射性物質収納容器１００の内部のガス組成における水分量を１０重量％以下とする。これにより、放射性物質収納容器１００の内部に収容された放射性物質の健全性を維持することができる。

第１２の態様に係る放射性物質収納容器の乾燥方法は、放射性物質収納容器１００の内部に第１不活性ガスを所定量供給する工程と、ドライ真空ポンプにより放射性物質収納容器１００の内部の第１不活性ガスを含むガスを排気する工程と、ドライ真空ポンプ１２の吸込圧が作用する所定領域の圧力または圧力相関値が予め設定された所定範囲にあるときに放射性物質収納容器１００の内部に第１不活性ガスより分子量の大きい第２不活性ガスを所定量供給する工程と、放射性物質収納容器１００の内部の第１不活性ガスおよび第２不活性ガスを含むガスを排気する工程とを有する。これにより、排出しやすい第２不活性ガスをキャリアガスとして用い、排出しにくい第１不活性ガスを第２不活性ガスと一緒に排出することが可能となる。その結果、乾燥作業の作業性の向上を図ることができる。

１０，１０Ａ 放射性物質収納容器の乾燥装置
１１ 排気ライン
１２ ドライ真空ポンプ
１３ 第１不活性ガス供給ライン
１４ 第２不活性ガス供給ライン
２１ 真空乾燥ユニット
２２ コールドトラップ
２３ フィルタ
２４ 冷媒供給ライン
２５ 三方弁
２６ 第１不活性ガス供給源
２７ 第１開閉装置
３１ 第２不活性ガス供給源
３２ 第２開閉装置
４１ 制御装置
４２ 圧力計
５１ 三方弁
１００ 放射性物質収納容器
１０１ 胴部
１０２ 蓋部
１０３ ベントライン
１０４ ドレンライン
１１１ 除染ピット
１１２ 作業フロア

Claims (12)

1. 放射性物質収納容器の内部のガスを排出する排気ラインと、
   前記排気ラインに設けられるドライ真空ポンプと、
   前記放射性物質収納容器の内部に第１不活性ガスを供給する第１不活性ガス供給ラインと、
   前記ドライ真空ポンプの吸込圧が作用する所定領域に前記第１不活性ガスより分子量の大きい第２不活性ガスを供給する第２不活性ガス供給ラインと、
   を備える放射性物質収納容器の乾燥装置。
2. 前記所定領域は、放射性物質収納容器の内部である、
   請求項１に記載の放射性物質収納容器の乾燥装置。
3. 前記所定領域は、放射性物質収納容器の内部における下部である、
   請求項２に記載の放射性物質収納容器の乾燥装置。
4. 前記所定領域は、前記排気ラインである、
   請求項１に記載の放射性物質収納容器の乾燥装置。
5. 前記第２不活性ガス供給ラインから前記所定領域への前記第２不活性ガスの供給を制御する制御装置を有する、
   請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の放射性物質収納容器の乾燥装置。
6. 前記所定領域の圧力を計測する圧力計を有し、前記制御装置は、前記圧力計の計測結果に基づいて前記第２不活性ガス供給ラインから前記所定領域への前記第２不活性ガスの供給時期を設定する、
   請求項５に記載の放射性物質収納容器の乾燥装置。
7. 前記制御装置は、前記所定領域の圧力が予め設定された所定圧力に到達しないときに、前記第２不活性ガス供給ラインから前記所定領域への前記第２不活性ガスの供給を開始する、
   請求項６に記載の放射性物質収納容器の乾燥装置。
8. 前記制御装置は、前記所定領域の圧力低下率が予め設定された所定圧力変化率以下になると、前記第２不活性ガス供給ラインから前記所定領域への前記第２不活性ガスの供給を開始する、
   請求項６に記載の放射性物質収納容器の乾燥装置。
9. 前記制御装置は、前記所定領域の圧力が少なくとも大気圧になるまで前記所定領域へ前記第２不活性ガスを供給する、
   請求項５から請求項８のいずれか一項に記載の放射性物質収納容器の乾燥装置。
10. 前記第１不活性ガスは、ヘリウムガスであり、前記第２不活性ガスは、窒素ガスである、
    請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の放射性物質収納容器の乾燥装置。
11. 放射性物質収納容器の内部のガス組成における水分量を１０重量％以下とする、
    請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の放射性物質収納容器の乾燥装置。
12. 放射性物質収納容器の内部に第１不活性ガスを所定量供給する工程と、
    ドライ真空ポンプにより前記放射性物質収納容器の内部の前記第１不活性ガスを含むガスを排気する工程と、
    前記ドライ真空ポンプの吸込圧が作用する所定領域の圧力または圧力相関値が予め設定された所定範囲にあるときに前記放射性物質収納容器の内部に前記第１不活性ガスより分子量の大きい第２不活性ガスを所定量供給する工程と、
    前記放射性物質収納容器の内部の前記第１不活性ガスおよび前記第２不活性ガスを含むガスを排気する工程と、
    を有する放射性物質収納容器の乾燥方法。

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