JP3188256B2

JP3188256B2 - バスケット及びキャスク

Info

Publication number: JP3188256B2
Application number: JP21818699A
Authority: JP
Inventors: 和夫村上; 富兼斎田; 康弘坂口; 寿浩松岡
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1999-05-27
Filing date: 1999-07-30
Publication date: 2001-07-16
Anticipated expiration: 2019-07-30
Also published as: JP2001042090A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、使用済み核燃料を
輸送または貯蔵する際に容器として使用されるキャスク
に係り、特に、中性子吸収能に優れた材料で製造された
使用済み核燃料集合体を収容するバスケット、及びその
バスケットを備えたキャスクに関する。

【０００２】

【従来の技術】原子炉で所定の燃焼を終えた核燃料集合
体、いわゆる使用済み核燃料集合体は、原子力発電所の
冷却ピットで所定期間冷却された後、輸送用の容器であ
るキャスクに収納されて貯蔵及び再処理設備へ運ばれ、
そこで貯蔵される。使用済み核燃料集合体をキャスク内
に収容するには、バスケットと称する格子状断面を有す
る保持容器を使用し、その複数の収納空間であるセルに
１体ずつ挿入し、輸送中の振動等に対し適切な保持力を
確保している。

【０００３】上述した従来のバスケットは、図９に示す
ように、板状部材１に設けたスリット２を係合させて縦
横交互に結合することで、使用済み核燃料集合体を挿入
するための格子状断面を形成している。この板状部材１
には、例えばＪＩＳ２２１９に規定されるＡｌ−Ｃｕ系
アルミニウム合金やＪＩＳ５０８３に規定されるＡｌ−
Ｍｇ系アルミニウム合金などのように、強度面に優れた
特性を有している厚さ１０ｍｍ程度のアルミニウム合金
を母材１ａとして、表面に中性子吸収能を有するＡｌ−
Ｂ合金よりなる厚さ１ｍｍ程度の板材（中性子吸収材）
を貼り付けたものが使用されている。このような貼り付
け構造を採用するのは、中性子吸収材が加工性に乏しい
ため、構造部材として単独で使用することが困難なため
である。なお、この板状部材１の幅は、一般的には３０
０〜３５０ｍｍ程度のものが使用されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来のバスケットは、アルミニウム合金の母材１ａに中性
子吸収材３が貼り付けられた板状部材１を使用している
ため、素材を製造するのに多大の手間とコストが必要で
あった。ちなみに、中性子吸収材３の母材への貼り付け
は、スポット溶接、ビス止め、又はリベット止めによっ
てなされ、通常１台のキャスクに収納されるバスケット
を製造するためには数千枚の板状部材１が必要となる。
また、従来の板状部材１には、母材１ａとこれに貼り付
けられた中性子吸収材３との間に段差が生じることがあ
り、従って、使用済み核燃料集合体を出し入れする際に
引っかかるという問題がある。さらに、スポット溶接に
よる貼り付けをした場合、長期間の使用により劣化して
中性子吸収材３が剥がれてしまうという問題もある。

【０００５】本発明は、上記の事情に鑑みてなされたも
ので、構造部材として中性子吸収能に優れた材料を使用
し低コストで製造できるバスケット、及びこのようなバ
スケットを備えたキャスクを提供するものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するため、以下の手段を採用した。請求項１に記載の
バスケットは、個々の使用済み核燃料集合体を容器内部
の所定位置に収納するためのバスケットであって、Ａｌ
またはＡｌ合金粉末に中性子吸収能を有するＢまたはＢ
化合物の粉末をＢ量として１．５重量％以上７重量％以
下添加後、加圧焼結してなる中性子吸収能を備えたアル
ミニウム複合材で製造したことを特徴とするものであ
る。請求項２に記載のバスケットは、個々の使用済み核
燃料集合体をキャスク内部の所定位置に収納するための
格子状断面を有するバスケットであって、ＡｌまたはＡ
ｌ合金粉末に中性子吸収能を有するＢまたはＢ化合物の
粉末をＢ量として１．５重量％以上７重量％以下添加
後、加圧焼結してなる中性子吸収能を備えたアルミニウ
ム複合材で製造したことを特徴とするものである。この
場合、バスケットの格子状断面は、アルミニウム複合材
よりなる板材を格子状に結合したものでもよいし、ある
いは、アルミニウム複合材を押出成形してなる管材を配
列して形成したものでもよい。また、上述したバスケッ
トにおいては、ＡｌまたはＡｌ合金粉末の平均粒径が５
μｍ〜３００μｍであり、かつ、ＢまたはＢ化合物の粉
末の平均粒径が１μｍ〜１００μｍであることが好まし
い。また、上述したバスケットにおいては、ＢまたはＢ
化合物がＢ ₄ Ｃ又はＢ ₂ Ｏ ₃ であることが好ましい。ま
た、上述したバスケットにおいては、アルミニウム複合
材にＧｄまたはＧｄ化合物を含有させてもよい。

【０００７】このようなバスケットによれば、アルミニ
ウム複合材自体が高い中性子吸収能を備え、しかも加工
性にも優れているので、この複合材を構造部材として使
用しバスケット全体を製造することができる。

【０００８】請求項８に記載のキャスクは、請求項１か
ら７のいずれかに記載のバスケットと、耐圧を受け持つ
胴本体とその外側を取り巻く中性子遮蔽部とを備え、前
記バスケットを内部に収納する中空のキャスク本体と、
前記使用済み核燃料集合体を前記バスケットに出入れす
るために設けられた前記キャスク本体の開口部に着脱可
能な蓋とを具備して構成したことを特徴とするものであ
る。

【０００９】このようなキャスクによれば、中性子吸収
能に優れ、しかも安価に製造できるバスケットを備えた
ので、キャスク自体の中性子遮蔽機能が増すと共に、安
価に製造できるようになる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るバスケット及
びキャスクの一実施形態を、図面に基づいて説明する。
図１はキャスクの構成を示す部分断面斜視図であり、図
中の符号の１０はキャスク、２０はバスケット、３０は
キャスク本体、４０は蓋である。図示のキャスク１０
は、全体がほぼ円筒形状の収納容器であり、使用済み核
燃料集合体（以後、核燃料集合体と呼ぶ）５をキャスク
内部の所定位置に収納するためのバスケット２０と、耐
圧を受け持つ胴本体３１及びその外側を取り巻く中性子
遮蔽部３２とを備えたキャスク本体３０と、同キャスク
本体３０の開口部３３に着脱可能な蓋４０とを主な構成
要素としている。キャスク本体３０は中空円筒形状の容
器で、内部にバスケット２０が設置され、核燃料集合体
５をバスケット２０に出入れするための開口部３３が一
方の端面に設けられている。

【００１１】バスケット２０は、細長い棒状の使用済み
核燃料集合体５を多数キャスク内部に収納できるように
した構造体で、キャスク本体３０の軸方向に長くかつ格
子状断面を有するものであり、各格子状断面により形成
される収納空間がセル２１と呼ばれ、それぞれ１本の核
燃料集合体５を収納することができる。バスケット２０
は、キャスク本体３０の開口部３３に格子状の一端が面
しており、蓋４０を取り外した状態で、各セル２１に核
燃料集合体５を収納したり、あるいは取り出したりでき
るようになっている。このバスケット２０は、後述する
アルミニウム複合材により製造されたものである。

【００１２】ここで、バスケット２０の構造に係る第１
実施例を図２に示して説明する。この実施例では、バス
ケット２０の構成部材として板状部材２２を使用し、井
桁状に結合して格子状断面を形成している。各板状部材
２２の長辺にはそれぞれ結合用のスリット２３が設けら
れ、隣接する板状部材間で互いのスリット２３どうしを
係合させて結合する構造となっている。この場合の板状
部材２２は、全体が同一組成よりなるアルミニウム複合
材の押出成形品であり、従って、バスケット２０全体が
中性子吸収能を備えたものとなる。

【００１３】続いて、バスケット２０の構造に係る第２
実施例を図３に示して説明する。この実施例では、後述
するアルミニウム複合材を押出成形してなるほぼ矩形断
面の管材２４を使用し、互いの外面どうしを接触させて
多数結束した構造にしてある。各管材の結束方法として
は、溶接、ロウ付け、連結部材を介してビスやリベット
で固定するなど、公知の方法から適宜選択すればよい。
この場合も、バスケット２０のほぼ全体が中性子吸収能
を備えたものとなる。なお、結束方法としてロウ付けを
採用すると、歪みが軽減されるという利点がある。

【００１４】キャスク本体３０は、炭素鋼またはステン
レス鋼などよりなる耐圧を受け持つ胴本体３１を内筒と
して、例えば樹脂などの中性子遮蔽材よりなる中性子遮
蔽部３２がその外周を取り巻いた構造となっている。胴
本体３１はまた、γ線遮蔽体としての機能も備えてい
る。また、開口部３３を閉鎖する蓋４０は、キャスク本
体３０にボルトを用いてフランジ結合させる構造となっ
ており、公知技術により充分なシール性を確保するよう
にしてある。なお、図中の符号１１は、キャスク１０を
吊り上げて移動させる際にフックをかけるトラニオンで
ある。

【００１５】さて、上述したバスケット２０の構造部材
として使用するアルミニウム複合材は、ＡｌまたはＡｌ
合金粉末に中性子吸収能を有するＢまたはＢ化合物の粉
末をＢ量として１．５重量％以上７重量％以下添加後加
圧焼結したもので、高い中性子吸収能を有すると共に、
構造部材としても良好な加工性を備えたものである。こ
のアルミニウム複合材は、特にキャスク用バスケットな
どの構造用材料として新たに開発されたものであり、Ｂ
の含有量を増すことで中性子吸収能が向上していると共
に、引張特性などの機械的性質や加工性の面でも優れて
いる。

【００１６】以下、アルミニウム複合材の製造方法を説
明する。このアルミニウム複合材の製造方法では、アト
マイズ法などの急冷凝固法で作成したＡｌまたはＡｌ合
金粉末と、中性子吸収能を有するＢまたはＢ化合物の粉
末とを混合して、加圧焼結するものである。ここで添加
するＢ量は、１．５重量％以上７重量％以下であるが、
好適には２重量％以上５重量％以下である。

【００１７】ベースとして使用できるＡｌまたはＡｌ合
金粉末は、純アルミニウム地金（ＪＩＳ１ｘｘｘ
系）、Ａｌ−Ｃｕ系アルミニウム合金（ＪＩＳ２ｘｘ
ｘ系）、Ａｌ−Ｍｇ系アルミニウム合金（ＪＩＳ５ｘ
ｘｘ系）、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金（ＪＩ
Ｓ６ｘｘｘ系）、Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系アルミニウム合
金（ＪＩＳ７ｘｘｘ系）、Ａｌ−Ｆｅ系アルミニウム
合金（Ｆｅ含有率が３〜１０％）の他にも、例えばＡｌ
−Ｍｎ系アルミニウム合金（ＪＩＳ３ｘｘｘ系）など
があり、特に限定されるものではない。これらのＡｌま
たはＡｌ合金としては、均一で微細な組織を持つ急冷凝
固粉を使用する。この急冷凝固粉を得るための急冷凝固
法としては、単ロール法、双ロール法、エアアトマイズ
やガスアトマイズなどのアトマイズ法といった周知技術
を採用できる。このような急冷凝固法によって得られた
Ａｌ合金粉末は、好適には平均粒径が５μｍ〜３００μ
ｍの粉末を使用する。その理由は、５μｍ未満では微粉
のため各粒子が凝集をするので、結局大きな粒子の塊に
なることとアトマイズ法による製造の限界のためであ
り、３００μｍを超えると急冷凝固でなくなるなどのア
トマイズ法による製造の限界のためである。最も望まし
い平均粒径は１００〜３００μｍである。急冷凝固の急
冷速度は、３ｘ１０³ ℃／ｓｅｃ以上、望ましくは１
０⁴ ℃／ｓｅｃ以上である。

【００１８】一方、上記ＡｌまたはＡｌ合金粉末と混合
するＢまたはＢ化合物は、特に高速中性子の吸収能が大
きいという特徴を有している。なお、本発明で使用可能
な好適なＢ化合物としては、Ｂ₄Ｃ，Ｂ₂Ｏ₃ などがあ
る。このようなＢまたはＢ化合物の添加量は、Ｂ量とし
ての重量％で１．５以上９以下とする。この理由は、Ｂ
量が１．５重量％より少ないと充分な中性子吸収能が得
られず、Ｂ量が７重量％より多くなると引張りに対する
伸びが低下して加工性に問題が生じるためである。ま
た、ＢまたはＢ化合物の粉末は、好適には平均粒径が１
μｍ〜１００μｍの範囲にあるものを使用する。その理
由は、１μｍ未満では微粉のため各粒子が凝集するの
で、結局大きな粒子の塊になることと歩留まりが極端に
悪くなるためであり、１００μｍを超えると均一分散が
困難になるためである。

【００１９】上述したＡｌまたはＡｌ合金粉末とＢまた
はＢ化合物の粉末とを混合した後には、加圧焼結を施し
てＡｌ合金複合材を製造する。加圧焼結の製造法として
は、熱間押出、熱間圧延、熱間静水圧プレス（ＨＩＰ）
又はホットプレスの何れかまたは２種以上の組合せを採
用してもよい。なお、加圧焼結時における好適な加熱温
度は３５０℃〜５５０℃、時間は５〜１０分である。

【００２０】加圧焼結後には、必要に応じて熱処理を実
施する。例えばＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系のＡｌ合金粉末をベ
ースとして使用した場合にはＪＩＳのＴ６処理を、Ａｌ
−Ｃｕ系のＡｌ合金粉末をベースとして使用した場合も
同様にＴ６処理を施すが、純ＡｌやＡｌ−Ｆｅ系Ａｌ合
金などの粉末をベースとして使用した場合には熱処理は
不要であり、この場合はＪＩＳのＴ１処理に該当する。

【００２１】このような製造方法により、ＡｌまたはＡ
ｌ合金母相中に、中性子吸収能を有するＢまたはＢ化合
物をＢ量として１．５重量％以上７重量％以下含有し、
加圧焼結されたアルミニウム複合材を得ることができ
る。なお、ＢまたはＢ化合物は高速中性子吸収能に優れ
ていることが知られているが、必要に応じて低速中性子
吸収能に優れたＧｄまたはＧｄ化合物を適宜添加して含
有させた複合材を使用してもよい。

【００２２】

【実施例】以下に、具体的な実験例を示して詳細に説明
する。この実験では、粉末冶金法によりＡｌ−Ｂ₄Ｃ粒
子複合材を製造し、その機械的性質を調べた。＜使用材料＞（１）ベースとなるアルミニウムまたはアルミニウム
合金粉末として、下記の４種類を使用した。ベース：純度９９．７％の純Ａｌ地金を使用し、エア
・アトマイズ法により粒径２５０μｍ以下の粉末を得
た。以後、「純Ａｌ」と呼ぶ。ベース：標準組成（重量％）がＡｌ−０．６Ｓｉ−
０．２５Ｃｕ−１．０Ｍｇ−０．２５Ｃｒ（ＪＩＳ６
０６１）のＡｌ合金を使用し、Ｎ２ガス・アトマイズ法
により粒径１５０μｍ以下の粉末を得た。以後、「６０
６１Ａｌ（Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系）」と呼ぶ。ベース：標準組成（重量％）がＡｌ−６．３Ｃｕ−
０．３Ｍｎ−０．０６Ｔｉ−０．１Ｖ−０．１８Ｚｒ
（ＪＩＳ２２１９）のＡｌ合金を使用し、Ｎ２ガス
・アトマイズ法により粒径１５０μｍ以下の粉末を得
た。以後、「２２１９Ａｌ（Ａｌ−Ｃｕ系）」と呼ぶ。ベース：標準組成（重量％）がＡｌ−６ＦｅのＡｌ−
Ｆｅ系Ａｌ合金を使用し、Ｎ２ガス・アトマイズ法に
より粒径１５０μｍ以下の粉末を得た。以後、「Ｆｅ系
Ａｌ」と呼ぶ。

【００２３】（２）添加粒子として、市販されている
Ｂ₄Ｃを使用した。表１にその仕様の抜粋を示す。

【００２４】

【表１】

【００２５】＜試料作成＞（１）ビレット製作第１段階として、クロスロータリーミキサーを使用し
て、上記ベースの粉末及び添加粒子を１０〜１５分混合
した。なお、この実験では８種類の試料を作成したが、
ベース（〜）と添加粒子（Ｂの重量％を計算した値
で表示）との組合せは、表２に示す通りである。

【００２６】

【表２】

【００２７】第２段階として、ベース粉末及び添加粒子
の混合物を缶へ封入してキャニングを実施した。ここで
使用した缶の仕様は、下記の通りである。材質：ＪＩＳ６０６３（アルミニウム合金継目無管）直径：９０ｍｍ長さ：３００ｍｍ缶厚：２ｍｍ

【００２８】第３段階として、真空加熱脱ガスを実施し
た。この工程では、キャニングされた粉末混合物を３０
０℃まで昇温して、缶内部を真空吸引した。この脱ガス
工程を実施したことで缶内のガス成分及び水分が除去さ
れ、押出用素材（以下、ビレットと呼ぶ）の製作が完了
する。

【００２９】（２）押出この工程では、上記手順で製作されたビレットを５００
ｔｏｎの押出機を使用して熱間で押出す。この場合の温
度は４３０℃であり、断面積の押出比を約１２として下
記に示す板状の押出形状に成形した。また、この押出成
形における押出時間は４３０秒であった。

【００３０】（３）熱処理（Ｔ６処理）この実験では、押出成形後、表２に示した試料Ｄ及び試
料Ｅについてのみ熱処理を実施した。試料Ｄの熱処理で
は、５３０℃で２時間の固溶化熱処理をした後水冷し、
さらに１７５℃で８時間の時効処理をしてから空冷し
た。また、試料Ｅの熱処理は、５３０℃で２時間の固溶
化熱処理をした後水冷し、さらに１９０℃で２６時間の
時効処理をしてから空冷した。この熱処理を経て、試料
の製作は終了する。なお、他の試料については、熱間で
の押出加工から冷却後自然時効させるＴ１処理を施し
た。

【００３１】＜評価＞上述した各工程を経て製作された
試料Ａ〜Ｈについて、下記に示す要領で評価を行った。
なお、試料Ｄ，Ｅについては、上述した熱処理を施した
Ｔ６材を用いて評価を行い、他の試料（Ａ〜Ｃ，Ｆ〜
Ｈ）については、熱処理なしのＴ１材を用いて評価を行
った。（１）ミクロ組織観察全試料Ａ〜Ｈについて、Ｌ，Ｔ両断面で実施した。この
結果、何れの試料についてもアルミニウム合金マトリッ
クス中にＢ₄Ｃ粒子が均一に微細分散した組織なってい
ることが確認できた。（２）引張試験この引張試験は、常温及び２５０℃の二つの条件で実施
した。常温での引張試験は、全試料Ａ〜Ｈについて各々
試験片の数ｎを２（ｎ＝２）として実施し２本の平均値
とし、また、２５０℃での引張試験は、試料Ａ及びＣを
除く６種類の試料について各々ｎ＝２として実施し２本
の平均値とした。なお、何れの引張試験においても、直
径６ｍｍの丸棒試験片を使用して試験を行ったが、２５
０℃の引張試験の場合は、この試験片を２５０℃で１０
０時間保持した後、試験を実施した。この試験結果を表
３に示す。

【００３２】

【表３】

【００３３】表３の実験結果を見ると、０．２％耐力に
ついては、室温では５６ＭＰａ（試料Ａ）〜２９１ＭＰ
ａ（試料Ｅ）の範囲にあり、２５０℃の高温では３２Ｍ
Ｐａ（試料Ｂ）〜１３４ＭＰａ（試料Ｅ）の範囲にあ
る。また、引張強さについては、室温では１０５ＭＰａ
（試料Ａ）〜４２６ＭＰａ（試料Ｅ）の範囲にあり、２
５０℃の高温では４８ＭＰａ（試料Ｂ）〜１８５ＭＰａ
（試料Ｅ）の範囲にあって、室温時はもとより高温時に
おいても、ボラール（Ｂｏｒａｌ）の室温での引張強さ
４１ＭＰａ（表４参照）より優れていることがわかる。
なお、ボラールは、Ａｌ母材に３０〜４０重量％のＢ₄
Ｃを配合した粉末をサンドイッチにして圧延した中性子
遮蔽材である。

【００３４】続いて、破断伸びについて見ると、室温で
は１８％（試料Ｈ）〜６０％（試料Ｄ）の範囲にあり、
２５０℃の高温では１３％（試料Ｅ）〜３６％（試料
Ｂ）の範囲にあって、何れの温度条件においてもボラー
ルの室温での伸び１．２％（表４参照）より優れた結果
を示している。

【００３５】図４及び図５は、引張特性に対する温度の
影響を示したグラフであり、両グラフ共、表３に示した
試験結果から試料Ｄ，Ｅ，Ｇの数値をプロットしたもの
である。このグラフを見ると、試料Ｅが０．２％耐力及
び引張強さ共に最も高い値を示しているが、傾斜が比較
的大きいことから温度上昇による影響をうけやすいこと
がわかる。また、試料Ｇは、０．２％耐力及び引張強さ
共に室温では３試料中で最も低い値となっているが、温
度上昇に伴う傾斜は最も小さい。このため、２５０℃の
高温では試料Ｇと逆転しており、すなわち、３試料中で
は温度の影響が最も小さいことを示している。なお、試
料Ｇは、特に０．２％耐力の傾斜が大きくなっており、
温度上昇の影響を受けやすいことを示している。

【００３６】続いて、図６〜図８のグラフには、Ｂ添加
量（重量％）が引張性質に及ぼす影響が示されている。
図６は、純Ａｌベースの試料Ａ〜Ｃについて、温度条件
を室温として、０．２％耐力（ＭＰａ）、引張強さ（Ｍ
Ｐａ）、及び破断伸び（％）の値（表３参照）をそれぞ
れプロットして示したものである。このグラフを見る
と、Ｂ添加量が増加するにつれて、破線で示した０．２
％耐力（ＭＰａ）及び実線で示した引張強さ（ＭＰａ）
が大きくなり、反対に、細破線で示した破断伸び（％）
は小さくなることがわかる。

【００３７】図７は、Ｆｅ系Ａｌ（Ａｌ−６Ｆｅ）ベー
スの試料Ｆ〜Ｈについて、温度条件を室温として、０．
２％耐力（ＭＰａ）、引張強さ（ＭＰａ）、及び破断伸
び（％）の値（表３参照）をそれぞれプロットして示し
たものである。このグラフを見ると、Ｂ添加量が増加す
るにつれて、破線で示した０．２％耐力（ＭＰａ）及び
実線で示した引張強さ（ＭＰａ）が図６と同様に大きく
なっている。しかし、細破線で示した破断伸び（％）に
ついては、Ｂを２．３重量％添加することにより無添加
時と比較して急激に低下するものの、２．３重量％から
４．７重量％までＢ量を増加させてもその低下量は小さ
いものであることがわかる。

【００３８】図８は、図７と同様のＦｅ系Ａｌ（Ａｌ−
６Ｆｅ）ベースの試料Ｆ〜Ｈについて、温度条件を２５
０℃の高温として、０．２％耐力（ＭＰａ）、引張強さ
（ＭＰａ）、及び破断伸び（％）の値（表３参照）をそ
れぞれプロットして示したものである。このグラフを見
ると、Ｂ添加量が増加するにつれて、破線で示した０．
２％耐力（ＭＰａ）及び実線で示した引張強さ（ＭＰ
ａ）が図６及び図７と同様に大きくなっている。また、
細破線で示した破断伸び（％）については、Ｂを２．３
重量％添加することにより無添加時と比較して急激に低
下する図７の現象が解消され、全体としての数値は低い
ものの、図６に示したものと同様にＢ量の増加につれて
緩やかに低下する傾向を示している。

【００３９】上述した表３の試験結果のうち、試料Ｂ〜
Ｇの６種類について、そのＢ量（重量％）、引張強さ
（ＭＰａ）、及び伸び（％）を下記の表４に抜粋して示
し、溶解法による従来品の各値と比較する。なお、表４
に示す引張強さ及び伸びは室温での値である。

【００４０】

【表４】

【００４１】最初にＢ添加量について比較すると、上記
製造方法により製造したアルミニウム複合材では２．３
または４．７重量％の添加がなされており、０．９重量
％の各Ａｌ合金よりＢ添加量が大きい分だけ高い中性子
吸収能を有する材料であることがわかる。また、ボラー
ルのＢ添加量は２７．３重量％と非常に高い値になって
いるが、後述する引張強さ及び伸びの値が極めて低いも
のであるため、加工性に乏しいことがわかる。

【００４２】次に、引張強さを比較すると、アルミニウ
ム複合材ではＢ量２．３重量％の純Ａｌ複合材（試料
Ｂ）が最も低い１１２ＭＰａとなっており、従来品では
Ａｌ−Ｍｎ系合金の１５０ＭＰａが最も低い値になって
いる。しかし、この試料Ｂは、従来品と比較してＢ添加
量が高いため中性子吸収能に優れており、また、伸びも
従来品で最大の２０％より大幅に高い値を示しているの
で、加工性の面でも実用に耐えうるものである。特に、
ボラールと比較した場合には、引張強さや伸びの特性が
極めて高いため、加工性の面で優れていることがわか
る。なお、ベースをＡｌ合金と限定した場合、引張強さ
が最低値となるのは、Ｂ量４．７重量％のＡｌ−Ｆｅ系
複合材（試料Ｇ）であり、その値は２７０ＭＰａとな
る。

【００４３】また、アルミニウム複合材で最も引張強さ
に優れているのはＢ量２．３重量％のＡｌ−Ｃｕ系複合
材（試料Ｅ）であり、その値は４２９ＭＰａとなってい
る。これに対して、従来品で最も引張強さに優れている
のはＡｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系合金の５００ＭＰａであるが、
この場合の伸びは１１％と本発明品の最低値である１８
％よりかなり低い。この傾向、すなわち引張強さのわり
には伸びが低い（１１〜２０％）という傾向は従来品で
あるＢ添加アルミニウム合金に共通しており、全体的に
アルミニウム複合材の伸び（１８〜４９％）と比較して
低いものとなっている。

【００４４】こんどは、表４に基づき、同系のアルミニ
ウム複合材とアルミニウム合金（従来品）とを比較して
みる。最初に、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系複合材（試料Ｄ）と
Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金とを比較すると、Ｂ量、引張強
さ及び伸びの何れの面でも複合材が優れた値を示してい
る。すなわち、Ｂ量は２．３重量％に対し０．９重量
％、引張強さは３０７ＭＰａに対し２７０ＭＰａ、そし
て、伸びは４９％に対し１２％となっており、何れの値
も複合材が高くなっている。

【００４５】続いて、Ａｌ−Ｃｕ系複合材（試料Ｅ）と
Ａｌ−Ｃｕ系合金とを比較すると、この場合においても
Ｂ量、引張強さ及び伸びの何れの面でも複合材が優れた
値を示している。すなわち、Ｂ量は２．３重量％に対し
０．９重量％、引張強さは４２９ＭＰａに対し３７０Ｍ
Ｐａ、そして、伸びは２７％に対し１５％となってお
り、何れの値も複合材が高くなっている。

【００４６】特に、使用済み核燃料の輸送容器や貯蔵容
器等の構造部材として用いることを考えると、２２０℃
において引張強さ１３５ＭＰａ、伸び１０％以上という
機械的特性を有することが望ましいが、２５０℃の試験
結果から、ベースとして純Ａｌ粉末以外のアルミニウム
合金粉末を使用することで、ほぼ達成可能であることを
確認できた。なお、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系複合材（試料
Ｄ）の場合、２５０℃の引張強さは９８ＭＰａである
が、２２０℃における引張強さはおおよそ１２５ＭＰａ
程度と推測され、１３５ＭＰａにかなり近い値である。

【００４７】このように、上述したアルミニウム複合材
は、高いＢ量を添加できるため中性子吸収能に優れ、し
かも、引張強さや伸びなどの引張特性にも優れているた
め高い加工性を得ることができる。従って、このような
アルミニウム複合材を構造部材として使用することが可
能となり、加圧焼結が完了した後必要に応じて熱処理を
施してから、所望形状の構造部材を得るため押出成形を
実施して、例えば上述した板状部材２２または管状部材
２４を得る。そして、このような板状部材２２または管
状部材２４によってバスケット２０を製造すれば、従来
例で説明した中性子吸収材を母材に貼り付けるといった
作業が不要になるので、大幅に作業工数を低減できる。
また、バスケット２０が同一組成の部材により製造され
ているので、構造部材に起因してセル２１内に段差が生
じたり、あるいは、中性子吸収部材が剥離するといった
問題の発生は解消される。

【００４８】

【発明の効果】上述した本発明のバスケット及びキャス
クによれば、以下の効果を奏する。（１）アルミニウムまたはアルミニウム合金粉末に中
性子吸収能を有するＢまたはＢ化合物の粉末を添加して
混合した後加圧焼結するという粉末冶金法を用いて製造
したアルミニウム複合材は、従来の溶解法に比べて多量
（１．５〜７重量％）のＢまたはＢ化合物を添加するこ
とが可能であるため、優れた中性子吸収能を有する材料
となる。しかも、引張特性の面でも優れた特性を有して
いるので、圧延等の加工ができ、バスケットなどの構造
部材として使用することも可能になる。従って、このア
ルミニウム複合材を用いて製造したバスケットは、バス
ケット自体が高い中性子吸収能を有し、また、製造に要
する工数も低減されるのでコスト的にも安価になる。（２）中性子吸収能が向上し、しかもコスト的にも安
価に製造できるバスケットを備えたことにより、キャス
クの性能や信頼性が向上し、しかも安価に製造できると
いう効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るキャスクの構造を示す部分断面
斜視図である。

【図２】本発明に係るバスケットの構造を示す第１実
施例の部分組立斜視図である。

【図３】本発明に係るバスケットの構造を示す第２実
施例の部分組立斜視図である。

【図４】本発明による中性子吸収能を備えたＡｌ複合
材の機械的性質に関するグラフで、表２の試料Ｄ，Ｅ，
Ｇについて、０．２％耐力（ＭＰａ）と温度（℃）との
関係を示している。

【図５】本発明による中性子吸収能を備えたＡｌ複合
材の機械的性質に関するグラフで、表２の試料Ｄ，Ｅ，
Ｇについて、引張強さ（ＭＰａ）と温度（℃）との関係
を示している。

【図６】本発明による中性子吸収能を備えたＡｌ複合
材の機械的性質に関するグラフで、純Ａｌベース（表２
の試料Ａ，Ｂ，Ｃ）の複合材について、室温におけるＢ
添加量の影響を示している。

【図７】本発明による中性子吸収能を備えたＡｌ複合
材の機械的性質に関するグラフで、Ａｌ−６Ｆｅベース
（表２の試料Ｆ，Ｇ，Ｈ）の複合材について、室温にお
けるＢ添加量の影響を示している。

【図８】本発明による中性子吸収能を備えたＡｌ複合
材の機械的性質に関するグラフで、Ａｌ−６Ｆｅベース
（表２の試料Ｆ，Ｇ，Ｈ）の複合材について、２５０℃
におけるＢ添加量の影響を示している。

【図９】従来のバスケット構造を示す部分組立斜視図
である。

【符号の説明】

５使用済み核燃料集合体（核燃料集合体）１０キャスク２０バスケット２１セル２２板状部材２３スリット２４管材３０キャスク本体３１胴本体３２中性子遮蔽材３３開口部４０蓋

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者松岡寿浩兵庫県神戸市兵庫区和田崎町一丁目１番１号三菱重工業株式会社神戸造船所内 (56)参考文献特開平３−82732（ＪＰ，Ａ) 特開平８−260075（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−235523（ＪＰ，Ａ) 特開平１−208446（ＪＰ，Ａ) 特開平９−165637（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−259044（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G21F 5/012 G21C 19/06 G21C 19/32 G21C 19/40 G21F 5/008 C22C 1/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】個々の使用済み核燃料集合体を容器内部
の所定位置に収納するためのバスケットであって、Ａｌ
またはＡｌ合金粉末に中性子吸収能を有するＢまたはＢ
化合物の粉末をＢ量として１．５重量％以上７重量％以
下添加後、加圧焼結してなる中性子吸収能を備えたアル
ミニウム複合材で製造したことを特徴とするバスケッ
ト。
【請求項２】個々の使用済み核燃料集合体をキャスク
内部の所定位置に収納するための格子状断面を有するバ
スケットであって、ＡｌまたはＡｌ合金粉末に中性子吸
収能を有するＢまたはＢ化合物の粉末をＢ量として１．
５重量％以上７重量％以下添加後、加圧焼結してなる中
性子吸収能を備えたアルミニウム複合材で製造したこと
を特徴とするバスケット。
【請求項３】前記格子状断面が、前記アルミニウム複
合材の板材を格子状に結合してなることを特徴とする請
求項２に記載のバスケット。
【請求項４】前記格子状断面が、前記アルミニウム複
合材を押出成形してなる管材を配列したことを特徴とす
る請求項２に記載のバスケット。
【請求項５】前記ＡｌまたはＡｌ合金粉末の平均粒径
が５μｍ〜３００μｍであり、かつ、前記ＢまたはＢ化
合物の粉末の平均粒径が１μｍ〜１００μｍであること
を特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のバスケ
ット。
【請求項６】前記ＢまたはＢ化合物がＢ ₄ Ｃ又はＢ ₂
Ｏ ₃ であることを特徴とする請求項１から５のいずれか
に記載のバスケット。
【請求項７】前記アルミニウム複合材にＧｄまたはＧ
ｄ化合物を含有させたことを特徴とする請求項１から６
のいずれかに記載のバスケット。
【請求項８】請求項１から７のいずれかに記載のバス
ケットと、耐圧を受け持つ胴本体とその外側を取り巻く中性子遮蔽
部とを備え、前記バスケットを内部に収納する中空のキ
ャスク本体と、前記使用済み核燃料集合体を前記バスケットに出入れす
るために設けられた前記キャスク本体の開口部に着脱可
能な蓋とを具備して構成したことを特徴とするキャス
ク。