JP2022185113A - 使用済燃料貯蔵容器の閉じ込め機能確認方法 - Google Patents

Abstract

【課題】使用済燃料貯蔵容器の頂部での作業員への負担が大きい作業を減らし、より安全に閉じ込め機能の確認を行うことができる使用済燃料貯蔵容器の閉じ込め機能確認方法を提供する。【解決手段】使用済燃料貯蔵容器１は、内部に放射性物質を収納して貯蔵するものであって、その開口部にそれぞれ金属ガスケット１２によってシールされた一次蓋３および二次蓋４が取り付けられた構造となっている。この使用済燃料貯蔵容器１の閉じ込め機能を確認するための装置は、一次蓋３および二次蓋４の間に設けられた蓋間空間６のガスの圧力を測定する圧力計７と、圧力計７と蓋間空間６とを連絡させる内側配管１１と、内側配管１１を覆う断熱材１０と、を備え、圧力計７は、使用済燃料貯蔵容器１の設置面２０に設置されている。【選択図】 図３

Description

本発明は、放射性物質を貯蔵する使用済燃料貯蔵容器の密閉状態を確認するための閉じ込め機能確認方法に関する。

キャスクの複数箇所の物理量を簡易かつ安価な構成でモニタリングすることができ、温度と圧力を同時に計測でき、また放射線環境下においても高い耐久性を有するキャスク用モニタリング装置の一例として、特許文献１には、複数のキャスクの周辺に敷設された光ファイバと、圧力測定箇所に配置された圧力センサと、光ファイバを温度測定箇所に密着させる接着テープと、圧力を求めると共に温度を求め、かつ、各測定箇所の分布を特定する測定装置とを備える、ことが記載されている。

特開２００２－４８８９８号公報

原子炉にて燃焼させた使用済燃料は高放射性物質を含んでおり、その崩壊熱が発生するために冷却する必要がある。このため、原子力発電所内のプールで一定期間冷却される。その後、使用済燃料は使用済燃料貯蔵容器に収納され、所定の輸送方法により原子力発電所内外の貯蔵施設に輸送され、そこで貯蔵される。

使用済燃料貯蔵容器では、一端が開口部を有する使用済燃料貯蔵容器の胴体に燃料収納バスケットを設け、その上で、使用済燃料を燃料収納バスケットに収納したのち、胴体の開口部に金属ガスケットを用いて一次蓋と二次蓋の二重の蓋を設置することで放射性物質を閉じ込めている。

ここで、使用済燃料貯蔵容器は、胴体と一次蓋で囲まれた使用済燃料を収納する内部空間を負圧に、胴体と一次蓋と二次蓋で囲まれた蓋間空間を正圧に管理している。この状態を保持することで、一次蓋に設置した金属ガスケットを通じて一定以上のガスの漏えいが生じたとしても、圧力の高い蓋間空間から圧力の低い使用済燃料を収納した内部空間にガスを流入させることで放射性物質を含むガスが使用済燃料貯蔵容器の外部に漏れることを防止する設計となっている。

そのため、蓋間空間から使用済燃料を収納した内部空間にガスが漏れ、使用済燃料を収納した内部空間の負圧を維持できなくなると、反対に放射性物質を含むガスが外部に漏れる可能性が生じる。このため、使用済燃料貯蔵容器の貯蔵期間中は蓋間空間のガスの圧力の変動を定期的に確認することで、蓋間空間からのガスの漏えいを監視して、所定の閉じ込め性能が保たれているか否かを確認している。

一般的に、蓋間空間のガスの圧力を測定する圧力計は二次蓋の上部に取り付けられており、使用済燃料貯蔵容器の頂部に設置されている。使用済燃料貯蔵容器は燃料集合体を縦に収納するため、一般的に頂部は地上から６メートル程度の高さにあたる。このため、頂部で作業する場合は高所作業となる。

また、圧力計の指示値の変化は蓋間空間のガスの漏えいの程度を示しており、圧力計の指示値は放射性物質を使用済燃料貯蔵容器内に閉じ込めるうえで重要な役割を果たしている。このため、圧力計の精度を保証するために定期的に圧力計を校正している。

蓋間空間のガスの圧力を測定する圧力計は二系統有しており、圧力計の校正作業を行う場合は校正する圧力計と蓋間空間の間のバルブを閉じた後、校正する圧力計に圧力試験器を取り付けて、圧力試験器により圧力調整を行うことで校正を実施する。

従来は、校正する圧力計が使用済燃料貯蔵容器の頂部に設置されていることから、圧力計の校正作業をするために使用済燃料貯蔵容器の頂部周囲にアクセスすることができるよう昇降設備を設け、使用済燃料貯蔵容器の頂部周囲で作業できるように高所作業用の足場および墜落防止装置を設ける必要があった。

これら昇降設備、高所作業用の足場および墜落防止装置を設けるためには、使用済燃料が貯蔵されている放射線管理区域内で設置作業を行う必要があり、作業員は設置作業を行っている時間に被ばくを受ける。これに対し、放射線防護の原則から、作業時間を短くし作業員が受ける被ばく線量を低減することが重要である。

また、使用済燃料貯蔵容器の頂部まで昇降することや地上から６メートル程度の高さでの高所作業を行うことで墜落の可能性が懸念される。さらには、放射線防護服を装備することで作業性および視界が悪くなり転落の可能性が高くなることから、作業員への負担が大きい作業である。

本発明は上述の課題を解決するものであり、使用済燃料貯蔵容器の頂部での作業員への負担が大きい作業を減らし、より安全に閉じ込め機能の確認を行うことができる使用済燃料貯蔵容器の閉じ込め機能確認方法を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、内部に放射性物質を収納して貯蔵する使用済燃料貯蔵容器の閉じ込め機能を確認するための方法であって、前記使用済燃料貯蔵容器が、その開口部にそれぞれガスケットによってシールされた二重の蓋が取り付けられた構造としたときに、その容積を前記二重の蓋の間に設けられた蓋間空間の容積に比べて１％以下と小さくした延長配管、および前記延長配管を覆う断熱材を、前記使用済燃料貯蔵容器の設置面に設置されている圧力計と前記蓋間空間とを連絡させるように予め常設しておき、前記蓋間空間のガスの圧力を測定することを特徴とする。

本発明によれば、使用済燃料貯蔵容器の頂部での作業員への負担が大きい作業を減らし、より安全に閉じ込め機能の確認を行うことができるようになる。上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の監視対象となる使用済燃料貯蔵容器の斜視図である。 使用済燃料貯蔵容器に備え付けた一次蓋と二次蓋の蓋間空間の構造の一部と、実施形態の使用済燃料貯蔵容器の閉じ込め機能確認装置の概要とそとの接続状態を示した一部断面図である。 実施形態の使用済燃料貯蔵容器の閉じ込め機能確認装置の設置状態の様子と、圧力計の校正作業の概略を示した図である。 実施形態の使用済燃料貯蔵容器の閉じ込め機能確認装置における配管の断面の状態を示した断面図である。

本発明の使用済燃料貯蔵容器の閉じ込め機能確認方法の実施形態について図１乃至図４を用いて説明する。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。

最初に、本発明における監視対象である使用済燃料貯蔵容器の概要について図１および図２を用いて説明する。図１は、使用済燃料貯蔵容器１の一部破断斜視図である。図２は図１の使用済燃料貯蔵容器１のうち、一次蓋３と二次蓋４の間の蓋間空間６の構造の一部や閉じ込め機能確認装置の概要を示した断面図である。

図１に示すように、使用済燃料貯蔵容器１は、胴体２、一次蓋３、二次蓋４から構成されており、胴体２の上部開口部に一次蓋３と二次蓋４という二重の蓋が設置される。これにより、使用済燃料貯蔵容器１では、図２に示すように、胴体２と一次蓋３で囲まれた使用済燃料を収納した内部空間５と、胴体２と一次蓋３と二次蓋４で囲まれた蓋間空間６と、が形成される。

また、図２に示すように、一次蓋３および二次蓋４は胴体２と金属ガスケット１２を介して設置されており、この金属ガスケット１２によって一次蓋３と胴体２との間や、二次蓋４と胴体２との間がそれぞれシールされている。

原子力発電所で発生した使用済燃料は使用済燃料貯蔵容器１の内部空間５内に収納され、一次蓋３および二次蓋４にて密封される。

その上で、使用済燃料貯蔵容器１では、その放射性物質の閉じ込め機能の設計は、使用済燃料を収納している内部空間５を負圧に、蓋間空間６を正圧にしている。例えば、使用済燃料を収納した内部空間５を負圧に、蓋間空間を正圧になるようにガス（例えば、ヘリウム）を充填する。

これにより、金属ガスケット１２を通じて万が一ガスの漏えいが生じても、圧力の高い蓋間空間６から圧力の低い使用済燃料を収納した内部空間５に流れるため、放射性物質を含むガスが使用済燃料貯蔵容器１の外部に漏れることを防止する設計である。

ここで、蓋間空間６から使用済燃料を収納した内部空間５にガスが漏れることで使用済燃料を収納した内部空間５の圧力が上昇し、負圧を維持できなくなると、使用済燃料を収納した内部空間５から蓋間空間６を通じて使用済燃料貯蔵容器１の外部にガスが流れ、放射性物質を含むガスが漏えいする可能性が生じる。そのため、蓋間空間６のガスの圧力の低下を確認し、蓋間空間６のガスの漏えいの程度を監視する必要がある。

このために、使用済燃料貯蔵容器１では、二次蓋４の穴を介して蓋間空間６に接続した圧力計７により、閉じ込められた蓋間空間６のガスの圧力を測定する。

蓋間空間６からのガスの漏えいは、蓋間空間６のガスの圧力を測定する圧力計７の指示値の傾向より分かることから、圧力計７の指示値の記録を集積室に送信し、放射線管理区域外から状態を監視する。

更に、圧力計７の指示値は、蓋間空間６からのガスの漏えいの程度を判定する一指標であることから、その指示値の精度は重要である。このため、定期的に圧力計７を校正する必要がある。

ここで、圧力計の校正作業は、放射線管理区域外から遠隔的に実施することができないため、使用済燃料貯蔵容器１を貯蔵している放射線管理区域に入域して行う必要がある。

この際、使用済燃料貯蔵容器１に収納している使用済燃料から放射線が発生していることから、放射線管理区域内に入域することで作業員が被ばくする。

更に、従来では、蓋間空間６のガスの圧力を測定する圧力計は使用済燃料貯蔵容器１の頂部に設置されており、一般的に使用済燃料貯蔵容器１を縦置きに貯蔵することから、頂部は地上から６メートル程度の高さになり、圧力計の校正作業を行うために使用済燃料貯蔵容器１の頂部周囲までの昇降設備、高所作業用の足場および落下防止装置を設ける必要があった。

このように高所作業の安全を確保したうえで、使用済燃料貯蔵容器１の頂部まで移動し、圧力計の校正作業を行う必要があった。

更に、他の使用済燃料貯蔵容器１の運用の妨げになることから、圧力計の校正作業が終了次第、昇降設備、高所作業用の足場および落下防止装置の撤去を行う。

上述のとおり、圧力計の校正作業には放射線管理区域内で長時間の作業をすることから作業員の被ばく線量が多くなり、また、放射線防護服を装備することで作業性および視界が悪く転落の可能性が高くなる。これらのことから、作業員への負担が大きい作業である。

放射線防護の原則から、作業時間を短くし作業員が受ける被ばく線量を低減することが重要である。そのため、圧力計７の校正作業にかかる時間を低減し、作業員への被ばく線量を小さくすることが可能な本発明の使用済燃料貯蔵容器の閉じ込め機能確認装置について図２乃至図４を用いて以下説明する。図３は、使用済燃料貯蔵容器設置面近傍で圧力計７の校正作業を行う場合の状態を示した図である。図４は、配管の断面の状態を示した断面図である。

図２乃至図４に示すように、本発明の閉じ込め機能確認装置は、一次蓋３および二次蓋４の間に設けられた蓋間空間６のガスの圧力を測定する圧力計７と、圧力計７と蓋間空間６とを連絡させる内側配管１１と、内側配管１１を覆う断熱材１０と、を備えている。

これにより、蓋間空間６のガスの圧力を測定する圧力計７を内側配管１１および断熱材１０を備える配管８によって接続することで、図２および図３に示すように、圧力計７を使用済燃料貯蔵容器１の設置面２０に設置し、使用済燃料貯蔵容器１の設置面２０の近傍で圧力試験器９を取り付けることで校正作業を行えるようにしている。

また、図３に示すように、蓋間空間６のガスの圧力を測定する圧力計７は、完全に同一仕様の系統を二系統有している。

ここで、圧力計７と蓋間空間６を繋ぐ配管８を設置面２０まで延長すると、配管８が外気と接する面積が大きくなり、配管８中のガスの温度が変化し、蓋間空間６のガスの圧力を示している圧力計７の指示値が敏感に変動することが考えられる。特に、使用済燃料貯蔵容器１は約６ｍと長いため、その影響が大きいと考えられる。圧力計７の指示値が外気の温度影響により敏感変動することによって、圧力計７の指示値のみで蓋間空間６に充填してあるガスが漏えいしたかどうかの判断が困難になることが考えられる。

そこで、上述のように、配管８は外気の温度影響を受けないような断熱構造とすることが望まれる。具体的には、図４に示すように、二重配管の内側配管１１と外側の配管８との間に熱抵抗が大きい断熱材１０を敷きつめることで、外気の影響を受けずに蓋間空間６のガスの圧力を示させる。

二重配管の内側配管１１と外側の配管８との間に敷き詰める断熱材１０の熱伝導率は例えば０．０４［Ｗ／ｍ・Ｋ］以下とすることが望ましい。この断熱材１０は、例えばヘリウム用の高分子材などを用いることができる。

なお、内側配管１１および断熱材１０からなる配管８としては、特殊ナイロンなどで覆われたチューブなどを用いても、内側配管１１および配管８に金属配管、断熱材１０に上述のようなヘリウム用高分子材などを用いたりするなど、上述の外気の影響を受けない仕様であればよく、その仕様は特に限定されない。

また、蓋間空間６と圧力計７を繋いだ内側配管１１の容積を蓋間空間６の容積に比べて小さくすることが望ましい。例えば、蓋間空間６に比して１％以下にすることが望ましい。これにより、蓋間空間６と圧力計７を繋いだ配管８を延長したことによる蓋間空間６の容積への影響を極力小さくし、蓋間空間６からのガスの漏えい量を計算するときの誤差を小さくすることが望ましい。

このような閉じ込め機能確認装置により、圧力計７の校正作業を行う場合は、２系統のうちの一方の校正対象となる圧力計７と蓋間空間６の間の内側配管１１のうち圧力計７に近い部分に設けられているバルブ１３を閉じた後、校正する圧力計７に圧力試験器９を取り付けて、圧力試験器９により圧力調整を行うことで校正を実施する。

次に、本実施形態の効果について説明する。

上述した本実施形態における使用済燃料貯蔵容器１の閉じ込め機能を確認するための装置は、一次蓋３および二次蓋４の間に設けられた蓋間空間６のガスの圧力を測定する圧力計７と、圧力計７と蓋間空間６とを連絡させる内側配管１１と、内側配管１１を覆う断熱材１０と、を備え、圧力計７は、使用済燃料貯蔵容器１の設置面２０に設置されている。

本発明によれば、蓋間空間６のガスの圧力を示す圧力計７の校正作業を使用済燃料貯蔵容器１の設置面２０近傍で行うことができるため、使用済燃料貯蔵容器１の頂部までの昇降設備、高所作業用の足場および落下防止装置を設置する必要がなくなる。このため、校正作業の前後準備に要する作業時間が短くなり、従来と同等の計測精度が確保されたうえで作業員が校正作業の開始から完了までに受ける被ばく線量を従来に比べて大きく低減することができる。また、高所作業がなくなることから、高所作業での転落災害の危険性をなくすことができる。

また、内側配管１１の容積を、蓋間空間６の容積に比べて小さくするため、内側配管１１を接続したことによる蓋間空間６の容積への影響を小さくすることができる。また、蓋間空間６からのガスの漏えい量を計算するときの誤差を小さくすることができる。更に、蓋間空間６の封入作業に要する時間が長くなることを最小限にとどめることができる。

更に、断熱材１０の熱伝導率を０．０４［Ｗ／ｍ・Ｋ］以下とすることで、内側配管１１による圧力値の測定結果の変動をより確実に抑制することができる。

また、内側配管１１は、圧力計７に近い部分にバルブ１３を更に有することで、校正作業時におけるバルブ操作をより容易に行うことができるとともに、高所作業をより減らすことができる。

＜その他＞
なお、本発明は上記の実施形態に限られず、種々の変形、応用が可能なものである。上述した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されない。

１…使用済燃料貯蔵容器
２…胴体
３…一次蓋
４…二次蓋
５…使用済燃料を収納した内部空間
６…蓋間空間
７…圧力計
８…配管
９…圧力試験器
１０…断熱材
１１…二重配管の内側配管（延長配管）
１２…金属ガスケット
１３…バルブ
２０…設置面

Claims (4)

1. 内部に放射性物質を収納して貯蔵する使用済燃料貯蔵容器の閉じ込め機能を確認するための方法であって、
   前記使用済燃料貯蔵容器が、その開口部にそれぞれガスケットによってシールされた二重の蓋が取り付けられた構造としたときに、
   その容積を前記二重の蓋の間に設けられた蓋間空間の容積に比べて１％以下と小さくした延長配管、および前記延長配管を覆う断熱材を、前記使用済燃料貯蔵容器の設置面に設置されている圧力計と前記蓋間空間とを連絡させるように予め常設しておき、
   前記蓋間空間のガスの圧力を測定する
   ことを特徴とする閉じ込め機能確認方法。
2. 請求項１に記載の閉じ込め機能確認方法において、
   前記圧力計を、完全に同一仕様の系統を二系統有しているものとする
   ことを特徴とする閉じ込め機能確認方法。
3. 請求項１に記載の閉じ込め機能確認方法において、
   前記断熱材の熱伝導率を、０．０４［Ｗ／ｍ・Ｋ］以下とする
   ことを特徴とする閉じ込め機能確認方法。
4. 請求項１に記載の閉じ込め機能確認方法において、
   前記延長配管の前記圧力計に近い部分にバルブを更に設ける
   ことを特徴とする閉じ込め機能確認方法。

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