JP2021177150A - キャスク - Google Patents

Abstract

【課題】中性子遮蔽材の熱膨張代および発生ガスによる圧力上昇緩和のための空隙を確保しつつも、中性子遮蔽材の移動を防止することができる構造のキャスクを提供すること。【解決手段】放射性物質を収納する有底筒形状の容器本体１と、容器本体１の開口部に着脱可能に取り付けられる蓋（二次蓋３）と、を備え、前記蓋、容器本体１の外周部、および容器本体１の底部に、それぞれ、中性子遮蔽材（８〜１０）および当該中性子遮蔽材を覆うカバー部材（５〜７）が設置されているキャスク１００であって、前記蓋、前記外周部、および前記底部のうちの少なくともいずれかの、中性子遮蔽材とカバー部材との間の空隙に、容器本体１の内方側に中性子遮蔽材を位置決めするためのスペーサ部材（パイプ１１）が設置される。【選択図】図１

Description

本発明は、放射性物質を収納して、輸送、貯蔵するための容器であるキャスクに関する。

キャスクに関する技術として、例えば特許文献１、２に記載のものがある。特許文献１には、キャスクの外筒、二次蓋の外部構造材、および底部レンジカバーに、それぞれ、中性子遮蔽材の膨張代である空隙に連結されたリリーフ弁を設けるという技術が記載されている。

上記構成のキャスクによると、放射性物質の崩壊熱により中性子遮蔽材の温度が上昇することで空隙に発生する水蒸気およびガス、並びに初期封入され熱膨張した空気をリリーフ弁から排出することができ、キャスクの安全性を確保することができる。

特許文献２には、中性子遮蔽材を取り囲むケーシングに着脱可能な栓部材を設けておき、栓部材を取り外すことでケーシング内の上昇した圧力を開放し、その後栓部材を取り付けるというキャスクの管理方法が記載されている。

特開２００５−２４５１４号公報 特開２０１５−１７８８０号公報

特許文献１、２に記載されているように、中性子遮蔽材を設置する領域には、中性子遮蔽材の温度が上昇した際の熱膨張代および発生ガスによる圧力上昇緩和のための空隙が設けられている。上記空隙が設けられていることで、キャスクの取り扱い中に中性子遮蔽材が移動してしまうことがある。キャスクの構造上、キャスクの底部のコーナー部、および蓋側のコーナー部には、中性子遮蔽材の間隙となる部分が存在する。中性子遮蔽材が移動すると、上記間隙が広がり、放射線（中性子）のストリーミングがその分増加してしまう。

本発明の目的は、中性子遮蔽材の熱膨張代および発生ガスによる圧力上昇緩和のための空隙を確保しつつも、中性子遮蔽材の移動を防止することができる構造のキャスクを提供することである。

本発明は、放射性物質を収納する有底筒形状の容器本体と、前記容器本体の開口部に着脱可能に取り付けられる蓋と、を備え、前記蓋、前記容器本体の外周部、および前記容器本体の底部に、それぞれ、中性子遮蔽材および当該中性子遮蔽材を覆うカバー部材が設置されているキャスクであって、前記蓋、前記外周部、および前記底部のうちの少なくともいずれかの、前記中性子遮蔽材と前記カバー部材との間の空隙に、前記容器本体の内方側に前記中性子遮蔽材を位置決めするためのスペーサ部材が設置される。

本発明によれば、中性子遮蔽材の熱膨張代および発生ガスによる圧力上昇緩和のための空隙を確保しつつも、中性子遮蔽材の移動を防止することができる構造のキャスクを提供することができる。

本発明の一実施形態に係るキャスクの縦断面図である。 図１のＡ部拡大図である。 底部カバー部材にリリーフ弁が設置されたキャスクの縦断面図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しつつ説明する。

図１、２を参照しつつ、本発明の一実施形態に係るキャスク１００について説明する。キャスク１００は、使用済燃料などの放射性物質を収納して、輸送、貯蔵するために用いられるものであって、放射性物質を収納する有底筒形状の容器本体１と、容器本体１の開口部に着脱可能に取り付けられる一次蓋２、二次蓋３、および三次蓋４という複数の蓋とを備えている。一次蓋２は、容器本体１の開口を密封する蓋であり、一次蓋２の外側に設置される二次蓋３は、一次蓋２との間の空間Ｓ１の圧力を一次蓋２および容器本体１とともに保持する蓋である。また、二次蓋３の外側に設置される三次蓋４は、キャスク１００を輸送する際に取り付けられる蓋であって、キャスク１００を輸送した後のキャスク１００の貯蔵状態は特別な場合を除いて外される。キャスク１００は、縦置き設置されてもよいし、横置き設置されてもよい。

容器本体１内から外部への中性子の放出を抑えるために、容器本体１の外周部には、側部中性子遮蔽材８が設置され、容器本体１の底部、および二次蓋３には、それぞれ、底部中性子遮蔽材９、および蓋部中性子遮蔽材１０が設置される。側部中性子遮蔽材８、底部中性子遮蔽材９、および蓋部中性子遮蔽材１０は、例えば、エポキシ樹脂、もしくはポリエステル樹脂などの樹脂、またはシリコンゴム、もしくはエチレンポリプロピレンゴムなどのゴムである。

なお、キャスク１００を構成する容器本体１、一次蓋２、二次蓋３、および三次蓋４は、例えば炭素鋼などの金属材料で形成される。金属材料は、主として、ガンマ線を遮蔽する機能を有する材料であり、ある程度の中性子をも遮蔽するものが好ましい。

側部中性子遮蔽材８は、筒状の側部カバー部材５で覆われて容器本体１の外周面と当該側部カバー部材５との間の密閉空間に閉じ込められる。側部中性子遮蔽材８の外面と側部カバー部材５との間には、側部中性子遮蔽材８の熱膨張代および発生ガスによる圧力上昇緩和のための空隙Ｇ１が設けられる。

底部中性子遮蔽材９は、容器本体１の底部に設けられた凹部１ａに設置され、底部カバー部材６で覆われて当該凹部１ａと底部カバー部材６との間の密閉空間に閉じ込められる。底部中性子遮蔽材９の外面と底部カバー部材６との間には、底部中性子遮蔽材９の熱膨張代および発生ガスによる圧力上昇緩和のための空隙Ｇ２が設けられる。また、蓋部中性子遮蔽材１０は、二次蓋３に設けられた凹部３ａに設置され、蓋部カバー部材７で覆われて当該凹部３ａと蓋部カバー部材７との間の密閉空間に閉じ込められる。蓋部中性子遮蔽材１０の外面と蓋部カバー部材７との間には、蓋部中性子遮蔽材１０の熱膨張代および発生ガスによる圧力上昇緩和のための空隙Ｇ３が設けられる。

ここで、本実施形態では、底部中性子遮蔽材９の外面と底部カバー部材６との間の上記空隙Ｇ２に、容器本体１の内方側（凹部１ａの底）に底部中性子遮蔽材９を位置決めするためのスペーサ部材として複数のパイプ１１（筒状部材）が敷き詰められている。パイプ１１が空隙Ｇ２に敷き詰められていると、キャスク１００の取り扱い中に底部中性子遮蔽材９が移動することを防止することができる。例えば、キャスク１００が縦置きの場合には、何らかの衝撃などで底部中性子遮蔽材９が下方にずれることを防止することができる。その結果、キャスク１００の底部のコーナー部に存在する中性子遮蔽材の間隙Ｃが広がることを防止でき、当該間隙Ｃからの放射線（中性子）のストリーミングが増加することを抑制することができる。なお、空隙Ｇ２にパイプ１１が敷き詰められたとしても、隣接するパイプ１１同士の間やパイプ１１の内部に空間が存在するので、底部中性子遮蔽材９の熱膨張代および発生ガスによる圧力上昇緩和のための空隙は確保される。

上記パイプ１１は金属材料で形成されることが好ましい。スペーサ部材が金属材料で形成されることで、放射線、熱によるスペーサ部材の劣化を防止することができる。さらには、キャスク１００の重量増加を最小限に抑えるために、アルミニウム材でパイプ１１（スペーサ部材）が形成されることが好ましい。

また、スペーサ部材としてパイプ１１が用いられると、スペーサ部材設置前の空隙Ｇ２の体積減少を小さく抑えることができるというメリット、スペーサ部材の手配および設置が容易であるというメリットもある。

容器本体１の軸方向をＺとした場合、本実施形態のキャスク１００のように、容器本体１の軸方向Ｚにパイプ１１の軸方向が合わせられることが好ましい。容器本体１の軸方向Ｚにパイプ１１の軸方向が合わせられると、縦姿勢でのキャスク１００の落下事象により生じる底部中性子遮蔽材９の慣性力にパイプ１１が耐えて、空隙Ｇ２を適切に維持することができる。

なお、例えば、断面が正六角形で、且つその軸方向両端が開口する複数の筒状部材が空隙Ｇ２に敷き詰められることでハニカム構造の中空のスペーサとされてもよい。さらには、パイプ１１は、円形断面で、且つその開口が軸方向両端にある中空部材であるが、例えば、側面に開口を有する中空部材がスペーサ部材として用いられてもよい。スペーサ部材が開口を有する中空部材とされることで、空隙Ｇ２に封入された空気の熱膨張、底部中性子遮蔽材９から発生するガスなどによる空隙Ｇ２の圧力上昇をより緩和することができる。

底部中性子遮蔽材９と底部カバー部材６との間の空隙Ｇ２の確保と、容器本体１の内方側での底部中性子遮蔽材９の位置決めとがスペーサ部材の設置の目的であるため、スペーサ部材の形状、材質、および設置の向きは、前記したものに特に限定されるものではない。

図３に示すキャスク１０１は、図１に示すキャスク１００において底部カバー部材６にリリーフ弁１２が設置されたキャスクである。リリーフ弁１２は空隙Ｇ２に連通する。リリーフ弁１２は公知のリリーフ弁であって、空隙Ｇ２内の空気（ガス）の圧力が所定の圧力に達すると作動して空隙Ｇ２内の空気（ガス）を外部に開放する。リリーフ弁１２が作動する圧力、すなわちリリーフ弁１２の設定圧力値は、底部カバー部材６の強度などから適宜設定される。

底部カバー部材６にリリーフ弁１２を設置すると、空隙Ｇ２内の空気（ガス）の圧力が上昇した場合に、空隙Ｇ２内の空気（ガス）を自動的に外部に開放することができる。

なお、リリーフ弁１２に代えて、着脱可能な栓部材（不図示）が底部カバー部材６に設置されてもよい。底部カバー部材６に着脱可能な栓部材を設置すると、空隙Ｇ２内の空気（ガス）の圧力が上昇した場合に、栓部材を取り外すことで、空隙Ｇ２内の空気（ガス）を外部に開放することができる。空隙Ｇ２内の空気（ガス）を外部に開放した後は、底部カバー部材６に栓部材を取り付ける。リリーフ弁１２、および着脱可能な栓部材の両方が底部カバー部材６に設置されてもよい。

上記の実施形態は次のように変更可能である。

側部中性子遮蔽材８の外面と側部カバー部材５との間の前記空隙Ｇ１に、容器本体１の内方側に側部中性子遮蔽材８を位置決めするためのスペーサ部材が設置されてもよいし、蓋部中性子遮蔽材１０の外面と蓋部カバー部材７との間の前記空隙Ｇ３に、容器本体１の内方側に蓋部中性子遮蔽材１０を位置決めするためのスペーサ部材が設置されてもよい。すなわち、二次蓋３（蓋）、容器本体１の外周部、および容器本体１の底部のうちの少なくともいずれかの、中性子遮蔽材とそれを覆うカバー部材との間の空隙に、容器本体１の内方側に中性子遮蔽材を位置決めするためのスペーサ部材が設置されればよい。空隙Ｇ３にスペーサ部材が設置されることで、キャスク１００の蓋部のコーナー部に存在する中性子遮蔽材の間隙Ｄが広がることを防止でき、当該間隙Ｄからの放射線（中性子）のストリーミングが増加することを抑制することができる。また、空隙Ｇ１にスペーサ部材が設置されることで、間隙Ｃおよび間隙Ｄが広がることを防止でき、当該間隙Ｃ間隙Ｄからの放射線（中性子）のストリーミングが増加することを抑制することができる。なお、二次蓋３（蓋）や容器本体１の外周部で用いられるスペーサ部材は、容器本体１の底部の場合と同様、その形状、材質、および設置の向きが限定されるものではなく、様々なものをスペーサ部材として用いることが可能である。

上記の実施形態では、リリーフ弁１２、および着脱可能な栓部材のうちの少なくともいずれかが、底部カバー部材６に設置されてもよいことを示した。リリーフ弁１２、および着脱可能な栓部材のうちの少なくともいずれかが、底部カバー部材６に加えて、または底部カバー部材６に代えて、スペーサ部材が内側に配置された側部カバー部材５に設置されてもよいし、スペーサ部材が内側に配置された蓋部カバー部材７に設置されてもよい。

リリーフ弁１２又は、着脱可能な栓部材の設置個所は、空隙Ｇ２内のガスを開放できれば、底部カバー部材６に限定されるものではない。すなわち、リリーフ弁１２又は、着脱可能な栓部材は、容器本体１に設置されてもよい。リリーフ弁１２又は、着脱可能な栓部材を用いて空隙Ｇ１や空隙Ｇ３内のガスを開放する場合も同様である。

その他に、当業者が想定できる範囲で種々の変更を行うことは勿論可能である。

１：容器本体
３：二次蓋（蓋）
５：側部カバー部材（カバー部材）
６：底部カバー部材（カバー部材）
７：蓋部カバー部材（カバー部材）
８：側部中性子遮蔽材（中性子遮蔽材）
９：底部中性子遮蔽材（中性子遮蔽材）
１０：蓋部中性子遮蔽材（中性子遮蔽材）
１１：パイプ（スペーサ部材、筒状部材）
１２：リリーフ弁
１００、１０１：キャスク
Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３：空隙
Ｚ：軸方向

Claims (6)

1. 放射性物質を収納する有底筒形状の容器本体と、
   前記容器本体の開口部に着脱可能に取り付けられる蓋と、
   を備え、
   前記蓋、前記容器本体の外周部、および前記容器本体の底部に、それぞれ、中性子遮蔽材および当該中性子遮蔽材を覆うカバー部材が設置されており、
   前記蓋、前記外周部、および前記底部のうちの少なくともいずれかの、前記中性子遮蔽材と前記カバー部材との間の空隙に、前記容器本体の内方側に前記中性子遮蔽材を位置決めするためのスペーサ部材が設置されている、
   キャスク。
2. 請求項１に記載のキャスクにおいて、
   前記スペーサ部材が金属材料で形成されている、
   キャスク。
3. 請求項１または２に記載のキャスクにおいて、
   前記スペーサ部材が開口を有する中空部材である、
   キャスク。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載のキャスクにおいて、
   前記スペーサ部材が筒状部材である、
   キャスク。
5. 請求項４に記載のキャスクにおいて、
   前記容器本体の底部の前記中性子遮蔽材と前記カバー部材との間の空隙に前記スペーサ部材が設置されており、
   前記容器本体の軸方向と前記スペーサ部材の軸方向とが合わせられている、
   キャスク。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載のキャスクにおいて、
   前記スペーサ部材が内側に配置された前記カバー部材又は前記容器本体に、前記中性子遮蔽材と前記カバー部材との間の空隙内のガスを外部に開放するための着脱可能な栓部材、およびリリーフ弁のうちの少なくともいずれかが設置されている、
   キャスク。

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