JP3207840B1

JP3207840B1 - アルミニウム合金材およびその製造方法、それを用いたバスケットおよびキャスク

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Publication number: JP3207840B1
Application number: JP2000205777A
Authority: JP
Inventors: 勝成大園; 富兼斉田; 洋文古河; 康弘坂口
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2000-07-06
Filing date: 2000-07-06
Publication date: 2001-09-10
Anticipated expiration: 2020-07-06
Also published as: JP2002020828A

Abstract

【要約】【課題】ホウ素の含有量が高く、かつホウ素の分布が
均一であるホウ素含有アルミニウム合金材およびその製
造方法、ならびにそれを用いたバスケットおよびキャス
クを得ること。【解決手段】０．５重量％以上５重量％以下のホウ素
（ボロン）と、アルミニウムとからなるホウ素−アルミ
ニウム合金粉末を急冷凝固法により製造する。その粉末
を単独で、または炭化ホウ素粉末と混合して成形する。
得られた成形体を加熱して所望形状に鋳造することによ
って、ホウ素含有アルミニウム合金材よりなるバスケッ
トまたはキャスクを得る。ホウ素−アルミニウム合金粉
末は、チタンとホウ素とからなる化合物、またはジルコ
ニウムとホウ素とからなる化合物、あるいはその両方の
化合物をさらに含んでいてもよい。メカニカルアロイ法
によりホウ素−アルミニウム合金粉末と炭化ホウ素粉末
とをあらかじめ混合しておいてもよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アルミニウム合金
材およびその製造方法、ならびにそれを用いたバスケッ
トおよびキャスクに関する。特に、本発明は、使用済み
核燃料集合体を収容するためのバスケットまたはキャス
クなどのような原子力関連設備の構造部材、または放射
性物質の輸送・貯蔵容器などの構造部材およびその製造
方法に適用して有用な技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】ホウ素（Ｂ：ボロン）は中性子吸収能を
有するため、ホウ素を含有したアルミニウム合金材は、
主に原子力関連設備の構造部材として用いられる。従
来、ホウ素を添加したアルミニウム（Ａｌ）合金材を鋳
造により製造する場合には、図１１に示すように、アル
ミニウム合金地金に粉末状のホウ素を添加し（ステップ
Ｓ１１）、それを溶融、溶解し（ステップＳ１２）、鋳
造する（ステップＳ１３）方法が採用されている。ある
いは、図１２に示すように、アルミニウム溶湯中にＫＢ
Ｆ4等のホウ弗化物を触媒とともに添加し（ステップＳ
２１）、溶融、溶解して（ステップＳ２２）アルミニウ
ム−ホウ素金属間化合物を生成させ（ステップＳ２
３）、それを鋳造する（ステップＳ２４）方法が採用さ
れている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の鋳造法
では、アルミニウム合金溶湯中で比重の異なる多種のホ
ウ素化合物が生成され、それらが沈澱または浮揚する。
そのため、得られたアルミニウム合金材のホウ素含有量
は、実際のホウ素添加量よりも低くなるという問題点が
ある。また、発生するホウ素化合物の大きさの多くは数
百μｍ程度であることと、微細なホウ素化合物は凝集し
て粗大化するため、母材中のホウ素の均一性が得られな
いという問題点がある。ホウ素を添加したアルミニウム
合金材において、このようにホウ素含有量が低くなった
り、ホウ素の分布が不均一になると、十分な中性子吸収
能が得られなくなってしまう。

【０００４】本発明は、上記問題点を解決するためにな
されたもので、ホウ素の含有量が高く、かつホウ素の分
布が均一であるホウ素含有アルミニウム合金材およびそ
の製造方法を提供することを目的とする。また、本発明
は、ホウ素の含有量が高く、かつホウ素の分布が均一で
あるホウ素含有アルミニウム合金材を用いて鋳造により
作製したバスケットおよびキャスクを得ることを目的と
する。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明者は、鋭意研究の結果、あらかじめホウ素を
含有するアルミニウムにホウ素が析出したアルミニウム
合金粉末を製造し、それを単独で、または炭化ホウ素
（Ｂ₄Ｃ）と混合した後、加圧成形して圧粉体を形成
し、それを加熱溶融して鋳造するのが有効であるとの知
見を得た。

【０００６】すなわち、本発明にかかるアルミニウム合
金材は、０．５重量％以上５重量％以下のホウ素と、ア
ルミニウムとからなるホウ素−アルミニウム合金粉末を
成形してなる成形体を加熱して鋳造したことを特徴とす
る。ここで、アルミニウム合金材はチタンまたはジルコ
ニウムを含んでいてもよい。

【０００７】また、本発明にかかるアルミニウム合金材
の製造方法は、０．５重量％以上５重量％以下のホウ素
と、アルミニウムとからなるホウ素−アルミニウム合金
粉末を成形し、得られた成形体を加熱して鋳造すること
を特徴とする。ここで、ホウ素−アルミニウム合金粉末
は、チタン（Ｔｉ）とホウ素とからなる化合物、または
ジルコニウム（Ｚｒ）とホウ素とからなる化合物、ある
いはその両方の化合物をさらに含んでいてもよい。

【０００８】また、ホウ素−アルミニウム合金粉末と炭
化ホウ素粉末とをあらかじめ混合しておいてから成形体
を製造してもよい。その際、ホウ素−アルミニウム合金
粉末と炭化ホウ素粉末との混合手段としてたとえばメカ
ニカルアロイ法を適用することができる。

【０００９】また、本発明にかかるバスケットは、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し、０．５重量％以上５重
量％以下のホウ素と、アルミニウムとからなるアルミニ
ウムにホウ素が析出したホウ素−アルミニウム合金粉末
を成形し、得られた成形体を加熱して鋳造してなるアル
ミニウム合金材で製造したことを特徴とする。ここで、
アルミニウム合金材はチタンまたはジルコニウムを含ん
でいてもよい。また、バスケットは、長手方向に複数段
に分割されたバスケット分割体を一体化させた構成とな
っていてもよい。

【００１０】また、本発明にかかるキャスクは、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し、０．５重量％以上５重量
％以下のホウ素と、アルミニウムとからなるアルミニウ
ムにホウ素が析出したホウ素−アルミニウム合金粉末を
成形し、得られた成形体を加熱して鋳造してなるアルミ
ニウム合金材で製造したバスケットと、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し入れ
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。

【００１１】アルミニウム合金材またはホウ素−アルミ
ニウム合金粉末におけるホウ素の含有量が上記範囲であ
る理由は以下のとおりである。本発明にかかるアルミニ
ウム合金材を原子力分野における構造材、たとえば使用
済核燃料の貯蔵・輸送用容器の構造材として使用する場
合、上記下限値に満たないと、必要な中性子吸収能が得
られない。一方、上記上限値を超えると、ホウ素−アル
ミニウム合金粉末の製造は、ボロン量を高くするために
添加するチタン、ジルコニウムにより、粘性が高くなり
湯流れ性が非常に低下する。そのため、その溶湯をアト
マイズ製造することは非常に困難になるからである。

【００１２】この発明によれば、あらかじめホウ素−ア
ルミニウム合金粉末を製造し、それを成形して鋳造の原
料とするため、ホウ素の含有量が高いアルミニウム合金
材が得られるとともに、鋳造時にホウ素化合物が凝集し
て偏析するのを防ぐことができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明にかかるアルミニウ
ム合金材およびその製造方法、ならびにそれを用いたバ
スケットおよびキャスクの実施の形態について、添付図
面を参照して詳細に説明する。

【００１４】図１は、本発明にかかるアルミニウム合金
材の製造方法の一例を示す工程図である。まず、０．５
〜５重量％のホウ素を含有するホウ素−アルミニウム合
金粉末を急冷凝固法により製造する（ステップＳ３
１）。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。

【００１５】このような急冷凝固法によって得られたホ
ウ素−アルミニウム合金粉末として好適な平均粒径は５
μｍ以上１５０μｍ以下である。その理由は、下限値未
満では微粉であるため、各粒子が擬集して大きな粒子の
塊になることと、たとえばアトマイズ法で製造する場合
には製造上の限界（微細な粉末だけを分け取る必要があ
り、粉末製造歩留が極端に悪化して、コストを急増させ
る）のためである。一方、上限値を超えると、たとえば
急冷凝固法で製造する際に急冷凝固でなくなるなどの製
造上の限界のためである。最も望ましい平均粒径は５０
〜１２０μｍである。また、急冷凝固の急冷速度は、１
０3〜１０4℃／ｓｅｃである。

【００１６】また、ホウ素−アルミニウム合金粉末に
は、ホウ素−アルミニウム化合物の他に、ホウ素とチタ
ンの化合物またはホウ素とジルコニウムの化合物、ある
いはその両方が含まれていてもよい。チタンやジルコニ
ウムは、常温または高温のいずれの環境下においてもア
ルミニウム合金材に高強度性を付与する特性を有する。

【００１７】つづいて、ホウ素−アルミニウム合金粉末
を冷間成形する（ステップＳ３２）。具体的には、粉末
をラバーケース内に入れて１０-2Ｔｏｒｒ程度まで真空
引きした後、気密テープにより真空封入し、ＣＩＰ（Co
ld Isostatic Press）により常温で全方向から均一に高
圧をかけ、粉末成形を行う。ＣＩＰの成形条件は、成形
圧力を１００ＭＰａ〜２００ＭＰａとする。ＣＩＰ処理
により、紛状体の体積は約２割ほど減少する。ＣＩＰに
よって全方向から均一に圧力を加えることにより、成形
密度のバラツキの少ない高密度な成型品を得ることがで
きる。

【００１８】つづいて、得られた成形体（圧粉体）を焼
結する（ステップＳ３３）。具体的には、前記予備成形
体を真空焼結、あるいはＨＩＰ（Hot Isostatic Pres
s）もしくはホットプレスで焼結する。真空焼結では、
予備成形体をそのまま真空度１０-2〜１０-5Ｔｏｒｒま
で真空引きする。その際の、真空度は１０-3Ｔｏｒｒ程
度が好ましい。真空度が低いと加熱した際に酸化物等が
生成し、真空度が高いと大型製品を適用する場合、非常
に長時間保持が必要となり実用的でないためである。真
空にした後、予備成型品を加熱し、焼結温度で保持し炉
冷する。焼結温度が高いほど焼結密度は高まる傾向にあ
るが、アルミニウム合金にもよるが６４０℃を超えると
溶融をし始めるので、５００〜６３０℃でアルミニウム
合金粉末組成の溶融し始める温度の１０〜５０℃低い温
度を焼結温度とするのが好ましい。保持時間は焼結温度
との関係で一概に言えないが、１〜２０時間が実用的な
範囲であるが、１０時間が好ましい。ＨＩＰ及びホット
プレス（予備成形体を加熱して一軸加圧下で焼結）は、
予備成形体をアルミニウム缶（アルミニウム合金継ぎ目
無し缶：ＪＩＳ６０６３）に真空封入する。缶内は、１
０-4Ｔｏｒｒ程度まで真空引きし、３００〜５００℃の
温度まで昇温する。この脱ガス工程により缶内のガス成
分及び水分を除去する。その後、真空脱ガスした成形品
をＨＩＰもしくはホットプレスで成形する。ＨＩＰの成
形条件は、温度４００〜４５０℃、圧力と時間は相関が
あり、圧力が高いと時間は短くて済むという関係がある
ので一概に言えないが、例としては時間３０秒〜数分、
圧力６０００Ｔｏｎである。なお、この焼結工程を省略
してもよい。

【００１９】つづいて、得られた焼結体（焼結を省略す
る場合には、ステップＳ３２で得られた圧粉体）を溶融
近傍温度で加熱溶融し（ステップＳ３４）、所望形状に
鋳造する（ステップＳ３５）。アルミニウム合金の溶解
温度範囲はその組成によって決まっており、純アルミニ
ウム（Ａ１１６０）は６４６〜６５７℃、６０００系の
６Ｎ０１は６１５〜６５２℃である。加熱溶融温度は、
完全溶融温度の約１０〜５０℃高い温度で鋳造する。但
し、半溶融鋳造法を採用する場合、攪拌して半溶融状態
で鋳造を実施するため、完全溶融温度の約１０〜５０℃
低い温度で鋳造する。なお、一度均一分散したボロンを
含むボロン化合物はこの鋳造温度では偏析を生じない。

【００２０】鋳造法としては、ダイキャスト法、ロスト
ワックス法、砂型鋳造法、プラスターモールド法または
半溶融鋳造法などを採用することができる。なお、鋳造
の代わりに、ホウ素−アルミニウム合金粉末の焼結体を
熱間押出しすることによっても所望形状に成形すること
ができる。その際の押出条件については、製造品のサイ
ズにより適正な押出圧力の能力がある装置を選定するの
で装置が異なる。たとえば、押出形状（断面）が幅４８
ｍｍ、厚さ１２ｍｍのＡｌ−５％Ｔｉ−１％Ｂの成型品
（ビレット）の場合、５００Ｔｏｎの押出機を用いて熱
間で押し出す。この場合の押出温度は４３０〜５５０℃
であるが、この材料の押出温度は５００℃で押出比約１
２で、押出時間は約５００秒である。

【００２１】図２は、本発明にかかるアルミニウム合金
材の他の製造方法を示す工程図である。図１に示す製造
方法と異なる工程についてのみ詳細に説明する。まず、
上述したステップＳ３１と同様にして、０．５〜５重量
％のホウ素を含有するホウ素−アルミニウム合金粉末を
急冷凝固法により製造する。また、炭化ホウ素粉末を用
意する（ステップＳ４１）。炭化ホウ素粉末の好適な平
均粒径は、１〜６０μｍである。その理由は、平均粒径
が１μｍ未満では微粉のために各粒子が凝集するので、
結局大きな粒子の塊になって均一な分散が得られなくな
ることと歩留まりが極端に悪くなるためであり、６０μ
ｍを超えると、それらが異物となって材料強度や押出性
を低下させるのみならず、さらには材料の切削加工性も
悪化するからである。

【００２２】そして、ホウ素−アルミニウム合金粉末と
炭化ホウ素粉末とをＶ型混合機やクロスロータリミキサ
ーなどにより混合する（ステップＳ４２）。粉末の混合
について、混合時間は粉末量により、量が少ないと混合
時間が短くて良いが、量が多くなると混合時間が長くな
る。Ｖ型混合機やクロスロータリミキサーなどを用いた
場合、混合時間約１０分〜１０時間である。例えば、Ｖ
型混合機を用いて約１５０ｋｇの粉末を混合する場合は
約８時間である。

【００２３】ここで、炭化ホウ素を添加する理由は、炭
化ホウ素を少量添加すると大きな中性子吸収能が得られ
ることと、非常に高い硬度を有するなど構造材への添加
粒子として好適な特性を有するからである。

【００２４】以下、上記ステップＳ３２〜Ｓ３５と同様
にして、冷間成形（ステップＳ４３）、焼結（ステップ
Ｓ４４）、加熱溶融（ステップＳ４５）および鋳造（ス
テップＳ４６）をおこなう。なお、ステップＳ４４の焼
結工程を省略してもよいし、ステップＳ４６で焼結体を
熱間押出しすることもできる。

【００２５】図３は、本発明にかかるアルミニウム合金
材のさらに他の製造方法を示す工程図である。図１に示
す製造方法と異なる工程についてのみ詳細に説明する。
まず、上述したステップＳ３１と同様にして、０．５〜
５重量％のホウ素を含有するホウ素−アルミニウム合金
粉末を急冷凝固法により製造するとともに、炭化ホウ素
粉末を用意する（ステップＳ５１）。炭化ホウ素粉末の
好適な平均粒径は、１〜６０μｍである。その理由は、
平均粒径が１μｍ未満では微粉のために各粒子が凝集す
るので、結局大きな粒子の塊になって均一な分散が得ら
れなくなることと歩留まりが極端に悪くなるためであ
り、６０μｍを超えると、それらが異物となって材料強
度や押出性を低下させるのみならず、材料の切削加工性
も悪化するためである。

【００２６】そして、ホウ素−アルミニウム合金粉末と
炭化ホウ素粉末とをボールミルやアトライターなどのメ
カニカルアロイ法（ＭＡ法）により混合する（ステップ
Ｓ５２）。粉末の混合について、混合時間は粉末量によ
り、量が少ないと混合時間が短くて良いが、量が多くな
ると混合時間が長くなる。ボールミルアトライターを用
いたＭＡ法の場合、容量１５０リットルの容器に、３／
８インチのボール（鋼鉄製）４５０ｋｇ、混合粉末１５
ｋｇ、助剤（エタノールあるいはメタノール）４５０ｃ
ｃを添加し、０．５リットル／ｍｉｎのアルゴンを連続
的に流して不活性ガス雰囲気にしてアトライターの回転
数を３００ｒｐｍで、混合時間は通常の実用的な範囲は
０．５〜５０時間で有るので、均一に混合されているこ
とを確認して１時間で混合した。

【００２７】ここで、メカニカルアロイ法を採用する理
由は、炭化ホウ素の微細化効果と、混合中に取り込まれ
る酸素によりアルミナなどが生成し、鋳造により得られ
たアルミニウム合金材の強度が向上するからである。ま
た、炭化ホウ素の添加理由については上述したとおりで
ある。

【００２８】以下、上記ステップＳ３２〜Ｓ３５と同様
にして、冷間成形（ステップＳ５３）、焼結（ステップ
Ｓ５４）、加熱溶融（ステップＳ５５）および鋳造（ス
テップＳ５６）をおこなう。なお、ステップＳ５４の焼
結工程を省略してもよいし、ステップＳ５６で焼結体を
熱間押出しすることもできる。

【００２９】つぎに、本発明の具体例について説明す
る。図４は、本発明にかかるアルミニウム合金材の実施
例を示す図表である。Ｎｏ．１の試料は、０．５重量％
のホウ素を含み、残りがアルミニウムと不可避不純物と
からなるホウ素−アルミニウム合金粉末を用いて、図１
に示す製造方法（ステップＳ３１〜Ｓ３５）により製造
したものである。

【００３０】Ｎｏ．２の試料は、１重量％のホウ素と５
重量％のチタンを含み、残りがアルミニウムと不可避不
純物とからなるホウ素−アルミニウム合金粉末を用い
て、図１に示す製造方法（ステップＳ３１〜Ｓ３５）に
より製造したものである。Ｎｏ．３の試料は、１重量％
のホウ素と５重量％のチタンを含み、残りがアルミニウ
ムと不可避不純物とからなるホウ素−アルミニウム合金
粉末を用いて熱間押出ししたものである。その際の押出
条件は、たとえば、押出形状（断面）が幅４８ｍｍ、厚
さ１２ｍｍのＡｌ−５％Ｔｉ−１％Ｂの成型品（ビレッ
ト）の場合、５００Ｔｏｎの押出機を用い、押出温度５
００℃、押出比約１２、押出時間約５００秒である。Ｎ
ｏ．３の試料では、炭化ホウ素の添加およびメカニカル
アロイ法の適用はない。

【００３１】Ｎｏ．４の試料は、１重量％のホウ素と５
重量％のチタンを含み、残りがアルミニウムと不可避不
純物とからなるホウ素−アルミニウム合金粉末と、５重
量％の炭化ホウ素粉末とを用いて、図２に示す製造方法
（ステップＳ４１〜Ｓ４６）により製造したものであ
る。Ｎｏ．５の試料は、１重量％のホウ素と５重量％の
チタンを含み、残りがアルミニウムと不可避不純物とか
らなるホウ素−アルミニウム合金粉末と、５重量％の炭
化ホウ素粉末とを用いて、図３に示す製造方法（ステッ
プＳ５１〜Ｓ５６）により製造したものである。

【００３２】Ｎｏ．６の試料は、１重量％のホウ素と５
重量％のチタンを含み、残りがアルミニウムと不可避不
純物とからなるホウ素−アルミニウム合金粉末と、１５
重量％の炭化ホウ素粉末とを用いて、図２に示す製造方
法（ステップＳ４１〜Ｓ４６）により製造したものであ
る。Ｎｏ．７の試料は、２．５重量％のホウ素と２．５
重量％のチタンを含み、残りがアルミニウムと不可避不
純物とからなるホウ素−アルミニウム合金粉末を用い
て、図１に示す製造方法（ステップＳ３１〜Ｓ３５）に
より製造したものである。

【００３３】各試料について、室温で引張試験をおこな
った。その結果、図４に示すように、Ｎｏ．１〜７の各
試料の室温にける引張り強さは、順に１５０ＭＰａ、１
７０ＭＰａ、２００ＭＰａ、１８０ＭＰａ、２３０ＭＰ
ａ、１９０ＭＰａ、２００ＭＰａであった。いずれも、
従来のバスケット等の構造部材に使用されているものよ
りも優れていた。

【００３４】つぎに、アトマイズ法により作製したホウ
素−アルミニウム合金粉末について機器分析を行った結
果について説明する。組成分析の結果、ホウ素−アルミ
ニウム合金粉末の組成は、重量％で、ホウ素０．８５
％、チタン４．６％、ケイ素（Ｓｉ）０．１３％および
鉄（Ｆｅ）０．１１％を含み、残りがアルミニウムと不
可避不純物であった。

【００３５】このホウ素−アルミニウム合金粉末の電子
顕微鏡写真（倍率×５０）を図５に示す。また、図６〜
図８に、この粉末の一粒子におけるアルミニウム、ホウ
素およびチタンの分布状態を示す面分析写真（倍率×２
０００）をそれぞれ示す。図５に示す電子顕微鏡写真の
各粒子において、白い斑点部分がホウ素化合物である。
また、図６〜図８より、アルミニウム母材にチタンおよ
びホウ素が均一に分布していることが確認された。

【００３６】以上のようにして製造されるアルミニウム
合金材は、主に原子力関連設備の構造部材、特に使用済
み核燃料集合体を収容するためのバスケット、キャスク
またはキャニスターなどの構造部材として好適である。
たとえば、このアルミニウム合金材によりバスケットを
作製する場合には、バスケットを多段構成とする。そし
て、１段目、２段目、３段目、４段目、５段目というよ
うに高さ１ｍ程度のバスケット分割体を別々に作製し、
それらを数段、特に限定しないが、たとえば５段積み上
げることにより高さ４〜５ｍのバスケット全体を構成す
るようにしてもよい。キャスクおよびバスケットの実施
例についてつぎに説明する。

【００３７】図９は、本発明にかかるキャスクの構造の
一例を示す部分断面斜視図である。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、核燃料集合体という）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およ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に着脱可態な蓋４０とを主な構成要素
としている。なお、図９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。

【００３８】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。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、たと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
能も具えている。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。

【００３９】バスケット２０は、細長い棒状の核燃料集
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
を有するものである。各格子状断面により形成される収
納空間はセル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。

【００４０】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することができるようになっ
ている。このバスケット２０は、前述したアルミニウム
合金材により製造されたものであり、したがって、その
ほぼ全体が中性子吸収能を具えたものとなる。

【００４１】図１０は、本発明にかかるバスケットの構
造の一例を示す部分斜視図である。バスケット２０は、
鋳造法により作製されたほぼ矩形断面の長さ１ｍ程度の
管材２４を、互いの外面どうしを接触させて多数結束し
たバスケット分割体２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，・・・か
らなり、それらバスケット分割体２５ａ，２５ｂ，２５
ｃ，・・・を複数段積み上げて一体化させた構造となっ
ている。各管材２４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。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。

【００４２】上述した実施の形態によれば、あらかじめ
ホウ素−アルミニウム合金粉末を製造し、それを単独
で、または炭化ホウ素粉末と混合して成形し、それを鋳
造の原料に用いるため、ホウ素の含有量が高いアルミニ
ウム合金材が得られるとともに、鋳造時にホウ素化合物
が凝集して偏析するのを防ぐことができる。したがっ
て、ホウ素の含有量が高く、かつホウ素の分布が均一で
あるホウ素含有アルミニウム合金材を得ることができ
る。また、ホウ素の含有量が高く、かつホウ素の分布が
均一であるホウ素含有アルミニウム合金材でできたバス
ケットまたはキャスクを得ることができる。

【００４３】

【発明の効果】以上、説明したとおり、本発明によれ
ば、ホウ素の含有量が高く、かつホウ素の分布が均一で
あるホウ素含有アルミニウム合金材、そのアルミニウム
合金材でできたバスケットおよびキャスクを得ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかるアルミニウム合金材の製造方法
の一例を示す工程図である。

【図２】本発明にかかるアルミニウム合金材の他の製造
方法を示す工程図である。

【図３】本発明にかかるアルミニウム合金材のさらに他
の製造方法を示す工程図である。

【図４】本発明にかかるアルミニウム合金材の実施例を
示す図表である。

【図５】本発明にかかるホウ素−アルミニウム合金粉末
を示す電子顕微鏡写真（倍率×５０）である。

【図６】本発明にかかるホウ素−アルミニウム合金粉末
におけるアルミニウムの分布状態を示す面分析写真（倍
率×２０００）である。

【図７】本発明にかかるホウ素−アルミニウム合金粉末
におけるホウ素の分布状態を示す面分析写真（倍率×２
０００）である。

【図８】本発明にかかるホウ素−アルミニウム合金粉末
におけるチタンの分布状態を示す面分析写真（倍率×２
０００）である。

【図９】本発明にかかるキャスクの構造の一例を示す部
分断面斜視図である。

【図１０】本発明にかかるバスケットの構造の一例を示
す部分斜視図である。

【図１１】従来におけるアルミニウム合金材の製造方法
を示す工程図である。

【図１２】従来におけるアルミニウム合金材の製造方法
を示す工程図である。

【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２５ａ〜２５ｃバスケット分割体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 (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩＧ２１Ｃ 19/07 Ｇ２１Ｃ 19/40 Ｂ 19/40 Ｇ２１Ｆ 9/36 ５０１ＡＧ２１Ｆ 5/00 Ｇ２１Ｃ 19/06 Ｂ 9/36 ５０１Ｇ２１Ｆ 5/00 Ｋ (72)発明者坂口康弘兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号三菱重工業株式会社高砂研究所内 (56)参考文献特開平３−82732（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−235523（ＪＰ，Ａ) 特開平１−208446（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−96242（ＪＰ，Ａ) 特開昭53−97199（ＪＰ，Ａ) 特開昭54−88820（ＪＰ，Ａ) 特開昭53−57399（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G21F 1/08 G21F 3/00 G21F 5/00 G21F 9/36 G21C 19/07 G21C 19/40 C22C 1/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】０．５重量％以上５重量％以下のホウ素
と、アルミニウムとからなるアルミニウムにホウ素が析
出したホウ素−アルミニウム合金粉末を成形してなる成
形体を加熱して鋳造したことを特徴とするアルミニウム
合金材。
【請求項２】０．５重量％以上５重量％以下のホウ素
と、アルミニウムとからなるアルミニウムにホウ素が析
出したホウ素−アルミニウム合金粉末を成形してなる成
形体を熱間押出ししたことを特徴とするアルミニウム合
金材。
【請求項３】チタンまたはジルコニウムを含むことを
特徴とする請求項１または２に記載のアルミニウム合金
材。
【請求項４】０．５重量％以上５重量％以下のホウ素
と、アルミニウムとからなるアルミニウムにホウ素が析
出したホウ素−アルミニウム合金粉末を成形し、得られ
た成形体を加熱して鋳造することを特徴とするアルミニ
ウム合金材の製造方法。
【請求項５】０．５重量％以上５重量％以下のホウ素
と、アルミニウムとからなるアルミニウムにホウ素が析
出したホウ素−アルミニウム合金粉末を成形し、得られ
た成形体を熱間押出しすることを特徴とするアルミニウ
ム合金材の製造方法。
【請求項６】前記ホウ素−アルミニウム合金粉末は、
チタンとホウ素とからなる化合物をさらに含むことを特
徴とする請求項４または５に記載のアルミニウム合金材
の製造方法。
【請求項７】前記ホウ素−アルミニウム合金粉末は、
ジルコニウムとホウ素とからなる化合物をさらに含むこ
とを特徴とする請求項４〜６のいずれか一つに記載のア
ルミニウム合金材の製造方法。
【請求項８】前記ホウ素−アルミニウム合金粉末と炭
化ホウ素粉末とを混合し、得られた混合粉末を用いて前
記成形体を製造することを特徴とする請求項４〜７のい
ずれか一つに記載のアルミニウム合金材の製造方法。
【請求項９】前記ホウ素−アルミニウム合金粉末と前
記炭化ホウ素粉末とをメカニカルアロイ法により混合す
ることを特徴とする請求項８に記載のアルミニウム合金
材の製造方法。
【請求項１０】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、０．５重量％以上５重量％以下のホウ素と、アルミニウ
ムとからなるアルミニウムにホウ素が析出したホウ素−
アルミニウム合金粉末を成形し、得られた成形体を加熱
して鋳造してなるアルミニウム合金材で製造したことを
特徴とするバスケット。
【請求項１１】前記アルミニウム合金材はチタンまた
はジルコニウムを含むことを特徴とする請求項１０に記
載のバスケット。
【請求項１２】長手方向に複数段のバスケット分割体
に分割されており、それら各段のバスケット分割体を一
体化させてなることを特徴とする請求項１０または１１
に記載のバスケット。
【請求項１３】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し、
０．５重量％以上５重量％以下のホウ素と、アルミニウ
ムとからなるアルミニウムにホウ素が析出したホウ素−
アルミニウム合金粉末を成形し、得られた成形体を加熱
して鋳造してなるアルミニウム合金材で製造したバスケ
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し入れ
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。
【請求項１４】前記アルミニウム合金材はチタンまた
はジルコニウムを含むことを特徴とする請求項１３に記
載のキャスク。
【請求項１５】前記バスケットは、長手方向に複数段
に分割されたバスケット分割体を一体化させた構成とな
っていることを特徴とする請求項１３または１４に記載
のキャスク。
【請求項１６】０．５重量％以上５重量％以下のホウ
素と、アルミニウムとからなるホウ素−アルミニウム合
金粉末を急冷凝固法により製造することを特徴とするホ
ウ素−アルミニウム合金粉末の製造方法。
【請求項１７】前記ホウ素−アルミニウム合金粉末を
アトマイズ法により製造することを特徴とする請求項１
６に記載のホウ素−アルミニウム合金粉末の製造方法。