JP3556939B2 - キャスクの落下試験方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、原子燃料を収納する内容器を備えたキャスクの落下試験方法に係り、更に詳しくは、キャスクが使用期間中において万が一落下した場合であっても、内容器の密封性が確保されることを確認するための試験の方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
原子力発電所から取り出された使用済みの原子燃料は、図８に示すようなキャスク５１と呼ばれる略円筒形状の専用容器に収納され、所定の貯蔵施設まで輸送されたり、あるいはこの貯蔵施設においてキャスク５１に収納されたまま長期間貯蔵される計画である。
【０００３】
使用済みの原子燃料にはＦＰ、ＴＲＵ、あるいはアクチノイド等の放射性物質が含まれており、これら放射性物質から放射線が放出される。したがって、キャスク５１は、内部に原子燃料を個々に収納するセル構造を有し、且つキャスク１の主要な強度部材としての機能を有し、且つ原子燃料から放出されるガンマ線の主な遮蔽材としての機能を有する、上端が開口した本体胴５２と、本体胴５２の周囲に配置され、主に中性子線を遮蔽するための遮蔽体５３が設けられているとともに、原子燃料を収納している本体胴５２の内部側から外部へと放射性物質が漏洩しないように、以下のような対策が施されている。
【０００４】
すなわち、キャスク５１は、本体胴５２の上端の開口部５４から内部に原子燃料を収納するが、所定数の原子燃料を収納すると、図９の開口部５４近傍における詳細立断面図に示すように、まず１次蓋５５が固定ボルト６０によってキャスク５１本体の肩部からなる固定面５８（＃ａ）にしっかりと固定され、次に２字蓋５９が固定ボルト６０によってキャスク５１本体の別の肩部からなる固定面５８（＃ｂ）にしっかりと固定される。
【０００５】
なお、このとき、キャスク５１の内部を密封するためのシール材として金属ガスケット６１が、１次蓋５５と固定面５８（＃ａ）との間に設けられた凹部６２に、また２次蓋５９と固定面５８（＃ｂ）との間の凹部６３にそれぞれ２つずつキャスク５１の中心軸に対して同軸的に配置されている。
【０００６】
金属ガスケット６１は、図１０に示すように、環状形状をなしており、外周側に環状の開口部６５を有する断面Ｃ字形状のアルミニウム製（または銀製、銅製）の外被６６の中に、外被６６と共通の開口部６５を有する断面Ｃ字形状のインコネル製の内皮６７が設けられている。更に、この内皮６７の内側に、コイルスプリング６８が設けられている。
【０００７】
上述したように構成した４つの金属ガスケット６１（＃ａ〜＃ｄ）が、図９に示すように同軸的に配置された状態で、１次蓋５５と固定面５８（＃ａ）との間、および２次蓋５９と固定面５８（＃ｂ）との間に狭持される。すなわち、金属ガスケット６１（＃ａ）および金属ガスケット６１（＃ｂ）が凹部６２に、金属ガスケット６１（＃ｃ）および金属ガスケット６１（＃ｄ）が凹部６３に、キャスク５１の中心軸に対して同軸的に配置された状態でそれぞれ狭持される。これによって、原子燃料を収納している本体胴５２が金属ガスケット６１（＃ａ〜＃ｄ）によって密封され、その内部から外部へと放射性物質が漏洩しないような対策が講じられている。
【０００８】
このように構成されたキャスク５１を所定の貯蔵場所に移動する場合、キャスク５１の外周部に備えられたトラニオン５６に専用吊り具が取り付けられ、この吊り具をクレーン等によって吊り上げることによって移動する。したがって、クレーンの移動中における万が一の落下を想定した落下試験が予め行われ、キャスク５１が落下しても内部に収納した原子燃料が破損したり、あるいは金属ガスケット６１による密封機能の喪失がないことを確認するようにしている。
【０００９】
上述したように、キャスク５１は、使用済みの原子燃料を長期間収納するが、原子燃料からは放射線の他に崩壊熱が放出されるために高温となる。したがって、本体胴５２の密封を担保するために用いられている金属ガスケット６１は、このような高温下の環境で長期間使用されることによって劣化する。つまり、金属ガスケット６１は、固定ボルト５７，６０の締め付け力によって凹部６２，６３にそれぞれ固定されているとはいえ、高温下での環境での長期間に亘る使用（例えば１２０℃、６０年）により劣化し、応力緩和特性や復元特性等の密封能力が低下することは避けられない。
【００１０】
したがって、上記落下試験を、例えば、１２０℃で６０年間といった実使用条件を考慮し、実使用後の応力緩和特性や復元特性等を実現した金属ガスケット６１を用いて行う必要がある。このような実使用後の特性を実現するために、金属ガスケット６１の劣化加速処理が行われている。このような劣化加速処理には、例えば公知の加速処理方法であるＬａｒｓｏｎ−Ｍｉｌｌｅｒ法が適用されている。
【００１１】
Ｌａｒｓｏｎ−Ｍｉｌｌｅｒ法では、劣化パラメータをＬＭＰとした場合、以下に示すような（１）式によって表される。ここで、Ｔは温度（Ｋ）、ｔは時間（ｈｒ）、Ｃは金属ガスケット６１の材質に応じた定数であって、例えばアルミニウム製の外被６６の金属ガスケット６１の場合、Ｃ＝２０が一般的に用いられる。
ＬＭＰ＝Ｔ×（Ｃ＋ｌｏｇｔ） ・・・（１）
例えば、実際の使用において、このような金属ガスケット６１を１２０（℃）の環境下で６０年間使用する劣化条件を想定すると、
ＬＭＰ＝３９３×（２０＋ｌｏｇ５２５９６０）≒１０１０８
となる。したがって、金属ガスケット６１を劣化加速処理によって実使用後と同一の劣化条件を作り出す場合、キャスク５１を電気炉等の加熱炉に入れ、以下に示すように、金属ガスケット６１の温度が２００℃になるように２４時間加熱すればよい。
ｌｏｇｔ＝（１０１０８／４７３）−２０＝１．３７
ｔ≒２４（ｈｒ）
このような金属ガスケット６１の劣化加速処理が行われた後に、キャスク５１の落下試験が行われる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来のキャスクの落下試験方法では、以下のような問題がある。
【００１３】
すなわち、従来のキャスク５１の落下試験方法では、先ず金属ガスケット６１の劣化加速処理を行うために、キャスク５１を電気炉等の加熱炉に入れて加熱する必要がある。しかしながら、キャスク５１は、その寸法が、高さが約６ｍ、外径が約３．５ｍ、重量が約１２０トンにも及ぶ。したがって、このような巨大な構造物を受け入れることができるような既存の加熱炉は希であるという問題がある（大型構造物の加熱炉は精密な温度制御が困難である）。もちろん、専用の加熱炉を建設するようなことになれば、莫大な費用が発生する。
【００１４】
また、仮にキャスク５１を受け入れることができる巨大な加熱炉が存在していたとしても、重量が約１２０トンにも及ぶキャスク５１の炉内への搬入、および炉内からの搬出は容易ではないという問題がある。
【００１５】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、金属ガスケットの劣化加速処理を行う場合に、キャスクを加熱炉に搬入することなく行うようにし、もって、巨大な加熱炉を必要とせず、金属ガスケットの劣化加速処理を容易に行うことが可能なキャスクの落下試験方法を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明では、以下のような手段を講じる。
【００１７】
すなわち、請求項１の発明のキャスクの落下試験方法では、原子燃料を収納する内容器を備えたキャスクにおいて原子燃料が収納されたキャスクの内容器を密封するためのシール材として用いられ、内容器のフランジ部とこの内容器を塞ぐ上蓋のフランジ部との間に所定圧力で狭持される金属ガスケットを、互いに対向配置された内容器のフランジ部と形状および寸法をほぼ同一とする第１のフランジ部材と、上蓋のフランジ部と形状および寸法をほぼ同一とする第２のフランジ部材との間に配置する。
【００１８】
そして、第１および第２のフランジ部材に設けられた複数のボルトによって、第１および第２のフランジ部材を互いに接近する方向へ締め付けることにより、金属ガスケットに所定圧力を与え、金属ガスケットを間に配置している第１および第２のフランジ部材を加熱炉内に搬入し、この加熱炉によって加熱し、任意の加速試験方法による加速試験条件に基づいて所定時間、所定温度に保つことによって金属ガスケットを劣化させる。
【００１９】
更に、劣化した金属ガスケットを、第１および第２のフランジ部材の間から取り外し、内容器のフランジ部とこの内容器を塞ぐ上蓋のフランジ部との間に所定圧力で狭持されるように取り付け、この金属ガスケットが取り付けられたキャスクの落下試験を行うことによって、このキャスクの健全性を評価する。
【００２０】
請求項２の発明のキャスクの落下試験方法では、原子燃料を収納する内容器を備えたキャスクにおいて原子燃料が収納されたキャスクの内容器を密封するためのシール材として用いられ、内容器のフランジ部とこの内容器を塞ぐ上蓋のフランジ部との間に所定圧力で狭持される金属ガスケットを、互いに対向配置された内容器のフランジ部と形状および寸法をほぼ同一とする第１のフランジ部材と、上蓋のフランジ部と形状および寸法をほぼ同一とする第２のフランジ部材との間に配置する。
【００２１】
そして、第１および第２のフランジ部材に設けられた複数のボルトによって、第１および第２のフランジ部材を互いに接近する方向へ締め付けることにより、金属ガスケットに所定圧力を与え、この金属ガスケットを任意の加速試験方法による加速試験条件に基づいて加熱ヒータで加熱し、所定時間、所定温度に保つことによって劣化させる。
【００２２】
更に、劣化した金属ガスケットを、第１および第２のフランジ部材の間から取り外し、内容器のフランジ部とこの内容器を塞ぐ上蓋のフランジ部との間に所定圧力で狭持されるように取り付け、
この金属ガスケットが取り付けられたキャスクの落下試験を行うことによって、このキャスクの健全性を評価する。
【００２３】
請求項３の発明のキャスクの落下試験方法では、原子燃料を収納する内容器を備えたキャスクにおいて原子燃料が収納されたキャスクの内容器を密封するためのシール材として用いられ、内容器のフランジ部とこの内容器を塞ぐ上蓋のフランジ部との間に所定圧力で狭持された金属ガスケットを、任意の加速試験方法による加速試験条件に基づいて、キャスクの外周面に配置された加熱ヒータで加熱し、所定時間、所定温度に保つことによって金属ガスケットを劣化させ、しかる後に、キャスクの落下試験を行うことによって、このキャスクの健全性を評価する。
【００２４】
請求項４の発明では、請求項１乃至３のうちいずれか１項の発明のキャスクの落下試験方法において、任意の加速試験方法として、加速パラメータＬＭＰが、所定温度Ｔと、金属ガスケットの材質に依存する定数Ｃと、所定時間ｔとを用いて、ＬＭＰ＝Ｔ×（Ｃ＋ｌｏｇｔ）で表されるＬａｒｓｏｎ−Ｍｉｌｌｅｒ法を適用する。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００２６】
なお、以下の各実施の形態の説明に用いる図中の符号は、図７から図９と同一部分については同一符号を付して示すことにする。
【００２７】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態を図１から図３を用いて説明する。
【００２８】
図１は、第１の実施の形態に係るキャスクの落下試験方法を実現するための金属ガスケット劣化加速装置の構成例を示す縦断面図である。
【００２９】
すなわち、本実施の形態に係るキャスクの落下試験方法を実現するための金属ガスケット劣化加速装置１は、図１に示すように、それぞれＳＵＳ３０４等の金属によって構成されたほぼ円盤状の上部フランジ部材１０および下部フランジ部材１２を備えている。上部フランジ部材１０および下部フランジ部材１２はほぼ同一の外径を有し、その内面同士を互いに対向した状態で配置している。
【００３０】
上部フランジ部材１０の外周部には、円周方向に所定の間隔を置いて多数の透孔１４を備えている。また、下部フランジ部材１２の外周部には、円周方向に所定の間隔を置いて多数のねじ孔１５が形成され、透孔１４と整列している。上部フランジ部材１０の内面は平坦に形成され、その周縁部には環状孔１１を形成している。この環状孔１１には、１次蓋５５と固定面５８（＃ａ）との間に狭持される金属ガスケット６１（＃ａ）および金属ガスケット６１（＃ｂ）が、互いに同軸的になるように配置されるようにしている。
【００３１】
また、下部フランジ部材１２の内面は平坦に形成され、その中央部には凹所１３を形成している。この凹所１３には、ヘリウムガス導入用配管１７を接続している。ヘリウムガス導入用配管１７は、外部から凹所１３へとヘリウムガスを導入するための配管であって、通常は、導入端１８を封止バルブ１９で封止しているが、凹所１３へヘリウムガスを導入する場合には、ヘリウムガス供給ボンベ２０に接続したヘリウムガス供給用配管２１を導入端１８に接続して封止バルブ１９を開く。
【００３２】
一方、環状孔１１には、漏洩ヘリウムガス検出用配管２２を接続している。漏洩ヘリウムガス検出用配管２２は、環状孔１１から漏洩したヘリウムガスを導出させるための配管であって、通常は、導出端２３を封止バルブ２４で封止しているが、環状孔１１から漏洩したヘリウムを検出する場合には、ヘリウム検出器２５を接続して封止バルブ２４を開く。
【００３３】
そして、上部フランジ部材１０および下部フランジ部材１２を対向配置した状態で、上部フランジ部材１０の各透孔１４に挿通されたボルト１６を下部フランジ部材１２のねじ孔１５に締め込むことにより、上部フランジ部材１０および下部フランジ部材１２同士を互いに接近する方向へ締め付ける。各ボルト１６は、上部フランジ部材１０および下部フランジ部材１２と同一の金属材料で形成していることが望ましい。
【００３４】
ボルト１６の少なくとも１本、望ましくは複数本には、ボルト１６の締付力を測定するために、歪ゲージ３２を取り付けている。また、上部フランジ部材１０内において、環状孔１１の近傍には複数の温度センサ３４を、円周方向に沿って等間隔をおいて配置している。なお、温度センサ３４は、下部フランジ部材１２に配置するようにしても良い。更に、上述した各歪ゲージ３２および温度センサ３４は、制御部３６に接続され、検出信号を制御部３６に出力するようにしている。
【００３５】
１次蓋５５と固定面５８（＃ａ）との間の凹部６２、および２次蓋５９と固定面５８（＃ｂ）との間の凹部６３の内径はそれぞれ異なるので、凹部６２に配置される金属ガスケット６１（＃ａ、＃ｂ）と、凹部６３に配置される金属ガスケット６１（＃ｃ、＃ｄ）とのそれぞれに対応して上述したような構成の金属ガスケット劣化加速装置１を備えている。
【００３６】
すなわち、図１に示す金属ガスケット劣化加速装置１は、金属ガスケット６１（＃ａ、＃ｂ）用の劣化加速装置であるが、これよりも大型の金属ガスケット６１（＃ｃ、＃ｄ）用の劣化加速装置も別途備えている。
【００３７】
このように構成した金属ガスケット劣化加速装置１を用いて金属ガスケット６１の劣化加速処理を行う場合には、ボルト１６によって締め付けた上部フランジ部材１０および下部フランジ部材１２を、加熱炉３８に搬入する。加熱炉３８には、基準ボルト４０を設けており、この基準ボルト４０は、基準歪ゲージ４１を備えている。基準ボルト４０は、ボルト１６と同一の寸法および同一の材料で形成している。そして、基準歪ゲージ４１は、制御部３６に接続され、熱による検出値変化、つまり温度ドリフト測定し、制御部３６に入力する。
【００３８】
加熱炉３８は、前述したＬａｒｓｏｎ−Ｍｉｌｌｅｒ法のような加速試験手法に基づいて金属ガスケット劣化加速装置１を加熱する。例えば、キャスク５１の使用温度が１２０℃で、貯蔵期間が６０年である場合、Ｌａｒｓｏｎ−Ｍｉｌｌｅｒ法によれば２００℃の温度で２４時間貯蔵した場合と等価であることから、加熱炉３８は、金属ガスケット劣化加速装置１が２４時間２００℃を保つように加熱する。この間、温度センサ３４からの検出信号が制御部３６に出力されるので、検出信号に応じて加熱炉３８を制御することによって２００℃を維持する。
【００３９】
次に、以上のように構成した本実施の形態に係るキャスクの落下試験方法について図２および図３のフローチャートを用いて説明する。
【００４０】
まず、本実施の形態に係るキャスクの落下試験を行う場合には、金属ガスケット劣化加速装置１の環状孔１１に金属ガスケット６１を配置する（Ｓ１）。
【００４１】
次に、上部フランジ部材１０と下部フランジ部材１２とを対向配置させ、上部フランジ部材１０の各透孔１４に挿通されたボルト１６を下部フランジ部材１２のねじ孔１５に締め込むことにより、上部フランジ部材１０および下部フランジ部材１２同士が互いに接近する方向へ締め付けられる（Ｓ２）。ボルト１６の締付力は、歪ゲージ３２によって測定され、測定信号が制御部３６に出力される。
【００４２】
そして、このようなボルト１６の締め付けによって、凹所１３が密封されたことを確認するために、ヘリウムガスによるリークテストを行う（Ｓ３）。すなわち、ヘリウムガス供給ボンベ２０に接続したヘリウムガス供給用配管２１を導入端１８に接続して封止バルブ１９を開き、凹所１３にヘリウムガスを供給する。一方、ヘリウム検出器２５を導出端２３に接続して封止バルブ２４が開かれる。凹所１３が金属ガスケット６１によって密封されている場合（Ｓ４：Ｙｅｓ）には、ヘリウム検出器２５によって所定圧力以上のヘリウムは検出されず、リークはないものと判定される。一方、ヘリウム検出器２５によってヘリウムが所定リーク率以上検出される場合（Ｓ４：Ｎｏ）は、リークありと判定される。この場合、ボルト１６による締め付けが十分ではないか、金属ガスケット６１の配置が規定外であるか、あるいは金属ガスケット６１が破損しているか等が考えられるので、所定のリーク対策が講じられた後に、再度ステップＳ３に戻って再度リークテストが行われる（Ｓ５）。
【００４３】
ステップＳ４においてリークがないものと判定された場合には、封止バルブ１９，２４がそれぞれ閉じられた後に、ヘリウムガス供給用配管２１およびヘリウム検出器２５が取り外され（Ｓ６）、金属ガスケット劣化加速装置１が加熱炉３８に搬入される（Ｓ７）。
【００４４】
そして、加熱炉３８では、Ｌａｒｓｏｎ−Ｍｉｌｌｅｒ法のような加速試験手法に基づく条件（加熱温度、加熱時間）にしたがって金属ガスケット劣化加速装置１が加熱される（Ｓ８）。加熱中における金属ガスケット６１の温度は、環状孔１１の近傍に円周方向に沿って等間隔に配置された温度センサ３４によって測定され、検出信号が制御部３６に出力される。この検出信号に応じて加熱炉３８が制御されることによって、所定温度に維持される。また、加熱炉３８の基準ボルト４０に設けられた基準歪ゲージ４１によって、温度ドリフトが測定され、測定信号が制御部３６に入力される。
【００４５】
所定の加熱温度で所定の加熱時間加熱された場合（Ｓ９：Ｙｅｓ）には、加熱炉３８による加熱が停止され、加熱炉３８の中から金属ガスケット劣化加速装置１が搬出される（Ｓ１０）。
【００４６】
そして、ステップＳ３で説明したようにして再びヘリウムガスによるリークテストを行う（Ｓ１１）。リークはないものと判定された場合（Ｓ１２：Ｙｅｓ）には、劣化加速試験後における金属ガスケット６１の密封機能の健全性が確認され、リークがあるものと判定された場合（Ｓ１２：Ｎｏ）には、劣化加速試験によって金属ガスケット６１の密封機能の喪失が確認される。この場合、金属ガスケット６１が劣化加速試験後であっても密封機能を維持できるような仕様に改善し、ステップＳ１に戻って再度加速劣化処理を行う（Ｓ１３）。
【００４７】
ステップＳ１２においてリークはないものと判定された場合には、ボルト１６を取り外すことによって、金属ガスケット劣化加速装置１から金属ガスケット６１を取り出し、キャスク５１の所定場所に狭持する（Ｓ１４）。すなわち、固定ボルト５７を締め付けることによって、１次蓋５５と固定面５８（＃ａ）との間の凹部６２に金属ガスケット６１（＃ａ、＃ｂ）を、固定ボルト６０を締め付けることによって、２次蓋５９と固定面５８（＃ｂ）との間の凹部６３に金属ガスケット６１（＃ｃ、＃ｄ）をそれぞれしっかりと固定する。
【００４８】
そして、１次蓋５５と２次蓋５９との間の空間におけるヘリウム圧力が図示しない圧力検出器によって検出され、固定ボルト５７の締め付け具合を調節することによって、金属ガスケット６１（＃ａ、＃ｂ）用の金属ガスケット劣化加速装置１の凹所１３と同程度の密封度になるように１次蓋５５が固定される。また、凹部６３の外側におけるヘリウム圧力もまた図示しない圧力検出器によって検出され、固定ボルト６０の締め付け具合を調節することによって、金属ガスケット６１（＃ｃ、＃ｄ）用の金属ガスケット劣化加速装置１の凹所１３と同程度の密封度になるように２次蓋５９が固定される（Ｓ１５）。
【００４９】
その後、金属ガスケット６１が固定されたキャスク５１の落下試験が行われ、落下してもキャスク５１は破損しないか否かが確認される（Ｓ１６）。そして、落下試験によってキャスク５１が破損しない場合（Ｓ１７：Ｙｅｓ）には、再び１次蓋５５と２次蓋５９との間の空間におけるヘリウム圧力と、凹部６３の外側におけるヘリウム圧力とがそれぞれ図示しない圧力検出器によって検出され、落下試験前にステップＳ１５で検出されたヘリウム圧力と比較されることによってリーク検査がなされる（Ｓ１８）。
【００５０】
一方、落下試験によってキャスク５１が破損した場合（Ｓ１７：Ｎｏ）には、落下試験で得られた諸データに基づいて、キャスク５１の設計変更等の対策を講じ、ステップＳ１に戻って再度加速劣化処理を行う。
【００５１】
ステップＳ１８で検出されたヘリウムリーク率が、落下試験前にステップＳ１５で検出されたヘリウムリーク率よりも実質的に同じであればヘリウムはリークしていないと判定され（Ｓ１９：Ｙｅｓ）、このキャスク５１は、実使用期間を経て金属ガスケット６１が劣化した状態において落下した場合であっても、密封能力を維持していることが確認される（Ｓ２０）。
【００５２】
一方、ステップＳ１８で検出されたヘリウムリーク率が、落下試験前にステップＳ１５で検出されたヘリウムリーク率よりも高い値あればヘリウムがリークしているものと判定され（Ｓ１９：Ｎｏ）、このキャスク５１は、実使用期間を経て金属ガスケット６１が劣化した状態において落下した場合、密封能力を維持することができないものと判定される。この場合、落下試験で得られた諸データに基づいて、キャスク５１あるいは金属ガスケット６１のいずれに原因があるか等を究明し、その知見に基づいてキャスク５１あるいは金属ガスケット６１について、設計変更等の対策を講じ、ステップＳ１に戻って再度加速劣化処理を行う（Ｓ２１）。
【００５３】
上述したように、本実施の形態に係るキャスクの落下試験方法では、金属ガスケット劣化加速装置１を用いることによって、金属ガスケット６１をキャスク５１から取り外して劣化加速処理を行うことができる。これによって、キャスク５１自体を加熱する必要がなくなるために、巨大で重いキャスク５１を移動させる必要がなくなるので劣化加速処理を極めて容易に行うことができる。
【００５４】
また、劣化加速処理を行うための加熱炉３８は、キャスク５１を搬入できるような巨大なものではなく、金属ガスケット劣化加速装置１を搬入できればよいことから、小型化が図られ、コストダウンを図ることができる。
【００５５】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態を図４を用いて説明する。
【００５６】
図４は、第２の実施の形態に係るキャスクの落下試験方法を実現するための金属ガスケット劣化加速装置の構成例を示す縦断面図であり、図１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【００５７】
すなわち、本実施の形態に係るキャスクの落下試験方法を実現するための金属ガスケット劣化加速装置２は、図１に示す金属ガスケット劣化加速装置１に、加熱ヒータ４２を付加した構成としている。
【００５８】
この加熱ヒータ４２は基本的には装置全体を覆うことにより装置全体に一様な温度分布を与えることを狙うが、下部フランジ部材１２の環状孔１１の近傍に、円周方向に沿って連続的に配置され、環状孔１１の内部に配置されている金属ガスケット６１を加熱する方法もある。加熱ヒータ４２によって加熱された環状孔１１の近傍の温度は、温度センサ３４によって検出され、この検出信号は制御部３６に出力される。制御部３６はこの検出信号に基づいて、加熱ヒータ４２による加熱量を制御することによって、金属ガスケット６１の温度を所定温度に調節している。このように、加熱ヒータ４２は、第１の実施の形態における加熱炉３８に代わるものであり、本実施の形態では、加熱炉３８を用いない。
【００５９】
以上のように構成した金属ガスケット劣化加速装置２を用いて金属ガスケット６１の劣化加速処理を行うことによって、加熱炉３８を用いずに第１の実施の形態と同等の作用効果を奏することができる。
【００６０】
（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態を図５から図７を用いて説明する。
【００６１】
図５は、第３の実施の形態に係るキャスクの落下試験方法を実現するためのキャスクの構成例を示す外形図である。
【００６２】
すなわち、本実施の形態に係るキャスクの落下試験方法を実現するためのキャスクは、従来技術で説明したキャスク５１に、温度センサ４４と、制御部４５と、加熱ヒータ４６とを付加した構成としている。
【００６３】
この加熱ヒータ４６は、図５に示すように、キャスク５１の外周を取り巻くように配置され、キャスク５１を外側から加熱することによって、凹部６２に配置されている金属ガスケット６１（＃ａ、＃ｂ）、および凹部６３に配置されている金属ガスケット６１（＃ｃ、＃ｄ）をそれぞれ加熱する。
【００６４】
温度センサ４４（＃ａ）および温度センサ４４（＃ｂ）は、図６に示すように、凹部６２および凹部６３のそれぞれ近傍に、円周方向に沿って所定の間隔を置いて配置され、加熱ヒータ４６によって加熱された凹部６２および凹部６３の近傍の温度を検出し、この検出信号を制御部４５に出力する。
【００６５】
制御部４５は、温度センサ４４（＃ａ）および温度センサ４４（＃ｂ）から出力された検出信号に基づいて、加熱ヒータ４６の加熱量を制御することによって、金属ガスケット６１（＃ａ、＃ｂ、＃ｃ、＃ｄ）の温度を所定温度に調節している。
【００６６】
次に、以上のように構成した本実施の形態に係るキャスクの落下試験方法について図７のフローチャートを用いて説明する。
【００６７】
まず、本実施の形態に係るキャスクの落下試験を行う場合には、Ｌａｒｓｏｎ−Ｍｉｌｌｅｒ法のような加速試験手法に基づく条件（加熱温度、加熱時間）にしたがって、加熱ヒータ４６によってキャスク５１の外周が加熱されることによって、金属ガスケット６１（＃ａ、＃ｂ、＃ｃ、＃ｄ）が加熱される（Ｓ３１）。
【００６８】
加熱中における金属ガスケット６１（＃ａ、＃ｂ、＃ｃ、＃ｄ）の温度は、凹部６２および凹部６３の近傍に、円周方向に沿って等間隔に配置された温度センサ４４（＃ａ）および温度センサ４４（＃ｂ）によって測定され、検出信号が制御部４５に出力される（Ｓ３２）。この検出信号に応じて加熱ヒータ４６へ供給される電流が制御されることによって、所定温度に維持される（Ｓ３３）。
【００６９】
所定の加熱温度で所定の加熱時間加熱された場合（Ｓ３４：Ｙｅｓ）には、加熱ヒータ４６による加熱が停止される（Ｓ３５）。所定の加熱時間加熱されていない場合（Ｓ３４：Ｎｏ）には、Ｓ３３に戻る。
【００７０】
そして、１次蓋５５と２次蓋５９との間の空間におけるヘリウム圧力、および凹部６３の外側におけるヘリウム圧力が図示しない圧力検出器によってそれぞれ検出される（Ｓ３６）。
【００７１】
その後、キャスク５１の落下試験が行われ（Ｓ３７）、落下してもキャスク５１は破損しないか否かが確認される（Ｓ３８）。そして、落下試験によってキャスク５１が破損しない場合（Ｓ３８：Ｙｅｓ）には、再び１次蓋５５と２次蓋５９との間の空間におけるヘリウムリーク率と、凹部６３の外側におけるヘリウムリーク率とがそれぞれ図示しない圧力検出器によって検出され、落下試験前にステップＳ３６で検出されたヘリウムリーク率と比較されることによってリーク検査がなされる（Ｓ３９）。
【００７２】
一方、落下試験によってキャスク５１が破損した場合（Ｓ３８：Ｎｏ）には、落下試験で得られた諸データに基づいて、キャスク５１の設計変更等の対策を講じ、ステップＳ３１に戻って再度加速劣化処理を行う（Ｓ４０）。
【００７３】
ステップＳ３９で検出されたヘリウムリーク率が、落下試験前にステップＳ３６で検出されたヘリウムリーク率よりも実質的に同じであればヘリウムはリークしていないと判定され（Ｓ４１：Ｙｅｓ）、このキャスク５１は、実使用期間を経て金属ガスケット６１が劣化した状態において落下した場合であっても、密封能力を維持していることが確認される（Ｓ４２）。
【００７４】
一方、ステップＳ３９で検出されたヘリウムリーク率が、落下試験前にステップＳ３６で検出されたヘリウムリーク率よりも高い値あればヘリウムがリークしているものと判定され（Ｓ４１：Ｎｏ）、このキャスク５１は、実使用期間を経て金属ガスケット６１が劣化した状態において落下した場合、密封能力を維持することができないことが確認される。この場合、落下試験で得られた諸データに基づいて、キャスク５１あるいは金属ガスケット６１のいずれに原因があるか等を究明し、その知見に基づいてキャスク５１あるいは金属ガスケット６１について、設計変更等の対策を講じ、ステップＳ３１に戻って再度加速劣化処理を行う（Ｓ４３）。
【００７５】
上述したように、本実施の形態に係るキャスクの落下試験方法では、キャスク５１に金属ガスケット６１を取り付けたまま、金属ガスケット６１を加熱ヒータ４６で加熱することができる。また、凹部６２および凹部６３の温度を温度センサ４４（＃ａ）および温度センサ４４（＃ｂ）によって検出し、制御部４５がこの検出信号に基づいて加熱ヒータ４６へ供給する電流を制御することによって、金属ガスケット６１の温度を一定に制御することができる。
【００７６】
このように加熱ヒータ４６と、温度センサ４４と、制御部４５とを協調動作させることによって、第１および第２の実施の形態で用いているような金属ガスケット劣化加速装置１を用いずに、また加熱炉３８を用いずに、金属ガスケット６１をキャスク５１に取り付けたまま劣化加速処理を行うことができる。
【００７７】
その結果、落下試験前に金属ガスケット６１を金属ガスケット劣化加速装置１から取り外して、キャスク５１に取り付ける必要がなくなり、落下試験を容易に行うことが可能となるとともに、コストダウンを図ることが可能となる。
【００７８】
以上、本発明の好適な実施の形態について、添付図面を参照しながら説明したが、本発明はかかる構成に限定されない。特許請求の範囲の発明された技術的思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００７９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、金属ガスケットの劣化加速処理を行う場合に、キャスクを加熱炉に搬入することなく行うことができる。
【００８０】
その結果、巨大な加熱炉を必要とせず、金属ガスケットの劣化加速処理を容易に行うことが可能なキャスクの落下試験方法を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係るキャスクの落下試験方法を実現するための金属ガスケット劣化加速装置の構成例を示す縦断面図
【図２】第１の実施の形態に係るキャスクの落下試験方法を示すフローチャート
【図３】第１の実施の形態に係るキャスクの落下試験方法を示すフローチャート
【図４】第２の実施の形態に係るキャスクの落下試験方法を実現するための金属ガスケット劣化加速装置の構成例を示す縦断面図
【図５】第３の実施の形態に係るキャスクの落下試験方法を実現するためのキャスクの構成例を示す外形図
【図６】第３の実施の形態における金属ガスケットの狭持状態の一例を示すキャスクの詳細縦断面図
【図７】第３の実施の形態に係るキャスクの落下試験方法を示すフローチャート
【図８】キャスクの内部構造を示す鳥瞰図
【図９】金属ガスケットの狭持状態を示すキャスクの詳細縦断面図
【図１０】金属ガスケットの構造を示す斜視図および断面図
【符号の説明】
１，２…金属ガスケット劣化加速装置
１０…上部フランジ部材
１１…環状孔
１２…下部フランジ部材
１３…凹所
１４…透孔
１５…ねじ孔
１６…ボルト
１７…ヘリウムガス導入用配管
１８…導入端
１９，２４…封止バルブ
２０…ヘリウムガス供給ボンベ
２１…ヘリウムガス供給用配管
２２…漏洩ヘリウムガス検出用配管
２３…導出端
２５…ヘリウム検出器
３２…歪ゲージ
３４，４４…温度センサ
３６，４５…制御部
３８…加熱炉
４０…基準ボルト
４１…基準歪ゲージ
４２，４６…加熱ヒータ
５１…キャスク
５２…本体胴
５３…遮蔽体
５４，６５…開口部
５５…１次蓋
５６…トラニオン
５７，６０…固定ボルト
５８…固定面
５９…２次蓋
６１…金属ガスケット
６２，６３…凹部
６６…外被
６７…内皮
６８…コイルスプリング
【発明の属する技術分野】
本発明は、原子燃料を収納する内容器を備えたキャスクの落下試験方法に係り、更に詳しくは、キャスクが使用期間中において万が一落下した場合であっても、内容器の密封性が確保されることを確認するための試験の方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
原子力発電所から取り出された使用済みの原子燃料は、図８に示すようなキャスク５１と呼ばれる略円筒形状の専用容器に収納され、所定の貯蔵施設まで輸送されたり、あるいはこの貯蔵施設においてキャスク５１に収納されたまま長期間貯蔵される計画である。
【０００３】
使用済みの原子燃料にはＦＰ、ＴＲＵ、あるいはアクチノイド等の放射性物質が含まれており、これら放射性物質から放射線が放出される。したがって、キャスク５１は、内部に原子燃料を個々に収納するセル構造を有し、且つキャスク１の主要な強度部材としての機能を有し、且つ原子燃料から放出されるガンマ線の主な遮蔽材としての機能を有する、上端が開口した本体胴５２と、本体胴５２の周囲に配置され、主に中性子線を遮蔽するための遮蔽体５３が設けられているとともに、原子燃料を収納している本体胴５２の内部側から外部へと放射性物質が漏洩しないように、以下のような対策が施されている。
【０００４】
すなわち、キャスク５１は、本体胴５２の上端の開口部５４から内部に原子燃料を収納するが、所定数の原子燃料を収納すると、図９の開口部５４近傍における詳細立断面図に示すように、まず１次蓋５５が固定ボルト６０によってキャスク５１本体の肩部からなる固定面５８（＃ａ）にしっかりと固定され、次に２字蓋５９が固定ボルト６０によってキャスク５１本体の別の肩部からなる固定面５８（＃ｂ）にしっかりと固定される。
【０００５】
なお、このとき、キャスク５１の内部を密封するためのシール材として金属ガスケット６１が、１次蓋５５と固定面５８（＃ａ）との間に設けられた凹部６２に、また２次蓋５９と固定面５８（＃ｂ）との間の凹部６３にそれぞれ２つずつキャスク５１の中心軸に対して同軸的に配置されている。
【０００６】
金属ガスケット６１は、図１０に示すように、環状形状をなしており、外周側に環状の開口部６５を有する断面Ｃ字形状のアルミニウム製（または銀製、銅製）の外被６６の中に、外被６６と共通の開口部６５を有する断面Ｃ字形状のインコネル製の内皮６７が設けられている。更に、この内皮６７の内側に、コイルスプリング６８が設けられている。
【０００７】
上述したように構成した４つの金属ガスケット６１（＃ａ〜＃ｄ）が、図９に示すように同軸的に配置された状態で、１次蓋５５と固定面５８（＃ａ）との間、および２次蓋５９と固定面５８（＃ｂ）との間に狭持される。すなわち、金属ガスケット６１（＃ａ）および金属ガスケット６１（＃ｂ）が凹部６２に、金属ガスケット６１（＃ｃ）および金属ガスケット６１（＃ｄ）が凹部６３に、キャスク５１の中心軸に対して同軸的に配置された状態でそれぞれ狭持される。これによって、原子燃料を収納している本体胴５２が金属ガスケット６１（＃ａ〜＃ｄ）によって密封され、その内部から外部へと放射性物質が漏洩しないような対策が講じられている。
【０００８】
このように構成されたキャスク５１を所定の貯蔵場所に移動する場合、キャスク５１の外周部に備えられたトラニオン５６に専用吊り具が取り付けられ、この吊り具をクレーン等によって吊り上げることによって移動する。したがって、クレーンの移動中における万が一の落下を想定した落下試験が予め行われ、キャスク５１が落下しても内部に収納した原子燃料が破損したり、あるいは金属ガスケット６１による密封機能の喪失がないことを確認するようにしている。
【０００９】
上述したように、キャスク５１は、使用済みの原子燃料を長期間収納するが、原子燃料からは放射線の他に崩壊熱が放出されるために高温となる。したがって、本体胴５２の密封を担保するために用いられている金属ガスケット６１は、このような高温下の環境で長期間使用されることによって劣化する。つまり、金属ガスケット６１は、固定ボルト５７，６０の締め付け力によって凹部６２，６３にそれぞれ固定されているとはいえ、高温下での環境での長期間に亘る使用（例えば１２０℃、６０年）により劣化し、応力緩和特性や復元特性等の密封能力が低下することは避けられない。
【００１０】
したがって、上記落下試験を、例えば、１２０℃で６０年間といった実使用条件を考慮し、実使用後の応力緩和特性や復元特性等を実現した金属ガスケット６１を用いて行う必要がある。このような実使用後の特性を実現するために、金属ガスケット６１の劣化加速処理が行われている。このような劣化加速処理には、例えば公知の加速処理方法であるＬａｒｓｏｎ−Ｍｉｌｌｅｒ法が適用されている。
【００１１】
Ｌａｒｓｏｎ−Ｍｉｌｌｅｒ法では、劣化パラメータをＬＭＰとした場合、以下に示すような（１）式によって表される。ここで、Ｔは温度（Ｋ）、ｔは時間（ｈｒ）、Ｃは金属ガスケット６１の材質に応じた定数であって、例えばアルミニウム製の外被６６の金属ガスケット６１の場合、Ｃ＝２０が一般的に用いられる。
ＬＭＰ＝Ｔ×（Ｃ＋ｌｏｇｔ） ・・・（１）
例えば、実際の使用において、このような金属ガスケット６１を１２０（℃）の環境下で６０年間使用する劣化条件を想定すると、
ＬＭＰ＝３９３×（２０＋ｌｏｇ５２５９６０）≒１０１０８
となる。したがって、金属ガスケット６１を劣化加速処理によって実使用後と同一の劣化条件を作り出す場合、キャスク５１を電気炉等の加熱炉に入れ、以下に示すように、金属ガスケット６１の温度が２００℃になるように２４時間加熱すればよい。
ｌｏｇｔ＝（１０１０８／４７３）−２０＝１．３７
ｔ≒２４（ｈｒ）
このような金属ガスケット６１の劣化加速処理が行われた後に、キャスク５１の落下試験が行われる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来のキャスクの落下試験方法では、以下のような問題がある。
【００１３】
すなわち、従来のキャスク５１の落下試験方法では、先ず金属ガスケット６１の劣化加速処理を行うために、キャスク５１を電気炉等の加熱炉に入れて加熱する必要がある。しかしながら、キャスク５１は、その寸法が、高さが約６ｍ、外径が約３．５ｍ、重量が約１２０トンにも及ぶ。したがって、このような巨大な構造物を受け入れることができるような既存の加熱炉は希であるという問題がある（大型構造物の加熱炉は精密な温度制御が困難である）。もちろん、専用の加熱炉を建設するようなことになれば、莫大な費用が発生する。
【００１４】
また、仮にキャスク５１を受け入れることができる巨大な加熱炉が存在していたとしても、重量が約１２０トンにも及ぶキャスク５１の炉内への搬入、および炉内からの搬出は容易ではないという問題がある。
【００１５】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、金属ガスケットの劣化加速処理を行う場合に、キャスクを加熱炉に搬入することなく行うようにし、もって、巨大な加熱炉を必要とせず、金属ガスケットの劣化加速処理を容易に行うことが可能なキャスクの落下試験方法を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明では、以下のような手段を講じる。
【００１７】
すなわち、請求項１の発明のキャスクの落下試験方法では、原子燃料を収納する内容器を備えたキャスクにおいて原子燃料が収納されたキャスクの内容器を密封するためのシール材として用いられ、内容器のフランジ部とこの内容器を塞ぐ上蓋のフランジ部との間に所定圧力で狭持される金属ガスケットを、互いに対向配置された内容器のフランジ部と形状および寸法をほぼ同一とする第１のフランジ部材と、上蓋のフランジ部と形状および寸法をほぼ同一とする第２のフランジ部材との間に配置する。
【００１８】
そして、第１および第２のフランジ部材に設けられた複数のボルトによって、第１および第２のフランジ部材を互いに接近する方向へ締め付けることにより、金属ガスケットに所定圧力を与え、金属ガスケットを間に配置している第１および第２のフランジ部材を加熱炉内に搬入し、この加熱炉によって加熱し、任意の加速試験方法による加速試験条件に基づいて所定時間、所定温度に保つことによって金属ガスケットを劣化させる。
【００１９】
更に、劣化した金属ガスケットを、第１および第２のフランジ部材の間から取り外し、内容器のフランジ部とこの内容器を塞ぐ上蓋のフランジ部との間に所定圧力で狭持されるように取り付け、この金属ガスケットが取り付けられたキャスクの落下試験を行うことによって、このキャスクの健全性を評価する。
【００２０】
請求項２の発明のキャスクの落下試験方法では、原子燃料を収納する内容器を備えたキャスクにおいて原子燃料が収納されたキャスクの内容器を密封するためのシール材として用いられ、内容器のフランジ部とこの内容器を塞ぐ上蓋のフランジ部との間に所定圧力で狭持される金属ガスケットを、互いに対向配置された内容器のフランジ部と形状および寸法をほぼ同一とする第１のフランジ部材と、上蓋のフランジ部と形状および寸法をほぼ同一とする第２のフランジ部材との間に配置する。
【００２１】
そして、第１および第２のフランジ部材に設けられた複数のボルトによって、第１および第２のフランジ部材を互いに接近する方向へ締め付けることにより、金属ガスケットに所定圧力を与え、この金属ガスケットを任意の加速試験方法による加速試験条件に基づいて加熱ヒータで加熱し、所定時間、所定温度に保つことによって劣化させる。
【００２２】
更に、劣化した金属ガスケットを、第１および第２のフランジ部材の間から取り外し、内容器のフランジ部とこの内容器を塞ぐ上蓋のフランジ部との間に所定圧力で狭持されるように取り付け、
この金属ガスケットが取り付けられたキャスクの落下試験を行うことによって、このキャスクの健全性を評価する。
【００２３】
請求項３の発明のキャスクの落下試験方法では、原子燃料を収納する内容器を備えたキャスクにおいて原子燃料が収納されたキャスクの内容器を密封するためのシール材として用いられ、内容器のフランジ部とこの内容器を塞ぐ上蓋のフランジ部との間に所定圧力で狭持された金属ガスケットを、任意の加速試験方法による加速試験条件に基づいて、キャスクの外周面に配置された加熱ヒータで加熱し、所定時間、所定温度に保つことによって金属ガスケットを劣化させ、しかる後に、キャスクの落下試験を行うことによって、このキャスクの健全性を評価する。
【００２４】
請求項４の発明では、請求項１乃至３のうちいずれか１項の発明のキャスクの落下試験方法において、任意の加速試験方法として、加速パラメータＬＭＰが、所定温度Ｔと、金属ガスケットの材質に依存する定数Ｃと、所定時間ｔとを用いて、ＬＭＰ＝Ｔ×（Ｃ＋ｌｏｇｔ）で表されるＬａｒｓｏｎ−Ｍｉｌｌｅｒ法を適用する。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００２６】
なお、以下の各実施の形態の説明に用いる図中の符号は、図７から図９と同一部分については同一符号を付して示すことにする。
【００２７】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態を図１から図３を用いて説明する。
【００２８】
図１は、第１の実施の形態に係るキャスクの落下試験方法を実現するための金属ガスケット劣化加速装置の構成例を示す縦断面図である。
【００２９】
すなわち、本実施の形態に係るキャスクの落下試験方法を実現するための金属ガスケット劣化加速装置１は、図１に示すように、それぞれＳＵＳ３０４等の金属によって構成されたほぼ円盤状の上部フランジ部材１０および下部フランジ部材１２を備えている。上部フランジ部材１０および下部フランジ部材１２はほぼ同一の外径を有し、その内面同士を互いに対向した状態で配置している。
【００３０】
上部フランジ部材１０の外周部には、円周方向に所定の間隔を置いて多数の透孔１４を備えている。また、下部フランジ部材１２の外周部には、円周方向に所定の間隔を置いて多数のねじ孔１５が形成され、透孔１４と整列している。上部フランジ部材１０の内面は平坦に形成され、その周縁部には環状孔１１を形成している。この環状孔１１には、１次蓋５５と固定面５８（＃ａ）との間に狭持される金属ガスケット６１（＃ａ）および金属ガスケット６１（＃ｂ）が、互いに同軸的になるように配置されるようにしている。
【００３１】
また、下部フランジ部材１２の内面は平坦に形成され、その中央部には凹所１３を形成している。この凹所１３には、ヘリウムガス導入用配管１７を接続している。ヘリウムガス導入用配管１７は、外部から凹所１３へとヘリウムガスを導入するための配管であって、通常は、導入端１８を封止バルブ１９で封止しているが、凹所１３へヘリウムガスを導入する場合には、ヘリウムガス供給ボンベ２０に接続したヘリウムガス供給用配管２１を導入端１８に接続して封止バルブ１９を開く。
【００３２】
一方、環状孔１１には、漏洩ヘリウムガス検出用配管２２を接続している。漏洩ヘリウムガス検出用配管２２は、環状孔１１から漏洩したヘリウムガスを導出させるための配管であって、通常は、導出端２３を封止バルブ２４で封止しているが、環状孔１１から漏洩したヘリウムを検出する場合には、ヘリウム検出器２５を接続して封止バルブ２４を開く。
【００３３】
そして、上部フランジ部材１０および下部フランジ部材１２を対向配置した状態で、上部フランジ部材１０の各透孔１４に挿通されたボルト１６を下部フランジ部材１２のねじ孔１５に締め込むことにより、上部フランジ部材１０および下部フランジ部材１２同士を互いに接近する方向へ締め付ける。各ボルト１６は、上部フランジ部材１０および下部フランジ部材１２と同一の金属材料で形成していることが望ましい。
【００３４】
ボルト１６の少なくとも１本、望ましくは複数本には、ボルト１６の締付力を測定するために、歪ゲージ３２を取り付けている。また、上部フランジ部材１０内において、環状孔１１の近傍には複数の温度センサ３４を、円周方向に沿って等間隔をおいて配置している。なお、温度センサ３４は、下部フランジ部材１２に配置するようにしても良い。更に、上述した各歪ゲージ３２および温度センサ３４は、制御部３６に接続され、検出信号を制御部３６に出力するようにしている。
【００３５】
１次蓋５５と固定面５８（＃ａ）との間の凹部６２、および２次蓋５９と固定面５８（＃ｂ）との間の凹部６３の内径はそれぞれ異なるので、凹部６２に配置される金属ガスケット６１（＃ａ、＃ｂ）と、凹部６３に配置される金属ガスケット６１（＃ｃ、＃ｄ）とのそれぞれに対応して上述したような構成の金属ガスケット劣化加速装置１を備えている。
【００３６】
すなわち、図１に示す金属ガスケット劣化加速装置１は、金属ガスケット６１（＃ａ、＃ｂ）用の劣化加速装置であるが、これよりも大型の金属ガスケット６１（＃ｃ、＃ｄ）用の劣化加速装置も別途備えている。
【００３７】
このように構成した金属ガスケット劣化加速装置１を用いて金属ガスケット６１の劣化加速処理を行う場合には、ボルト１６によって締め付けた上部フランジ部材１０および下部フランジ部材１２を、加熱炉３８に搬入する。加熱炉３８には、基準ボルト４０を設けており、この基準ボルト４０は、基準歪ゲージ４１を備えている。基準ボルト４０は、ボルト１６と同一の寸法および同一の材料で形成している。そして、基準歪ゲージ４１は、制御部３６に接続され、熱による検出値変化、つまり温度ドリフト測定し、制御部３６に入力する。
【００３８】
加熱炉３８は、前述したＬａｒｓｏｎ−Ｍｉｌｌｅｒ法のような加速試験手法に基づいて金属ガスケット劣化加速装置１を加熱する。例えば、キャスク５１の使用温度が１２０℃で、貯蔵期間が６０年である場合、Ｌａｒｓｏｎ−Ｍｉｌｌｅｒ法によれば２００℃の温度で２４時間貯蔵した場合と等価であることから、加熱炉３８は、金属ガスケット劣化加速装置１が２４時間２００℃を保つように加熱する。この間、温度センサ３４からの検出信号が制御部３６に出力されるので、検出信号に応じて加熱炉３８を制御することによって２００℃を維持する。
【００３９】
次に、以上のように構成した本実施の形態に係るキャスクの落下試験方法について図２および図３のフローチャートを用いて説明する。
【００４０】
まず、本実施の形態に係るキャスクの落下試験を行う場合には、金属ガスケット劣化加速装置１の環状孔１１に金属ガスケット６１を配置する（Ｓ１）。
【００４１】
次に、上部フランジ部材１０と下部フランジ部材１２とを対向配置させ、上部フランジ部材１０の各透孔１４に挿通されたボルト１６を下部フランジ部材１２のねじ孔１５に締め込むことにより、上部フランジ部材１０および下部フランジ部材１２同士が互いに接近する方向へ締め付けられる（Ｓ２）。ボルト１６の締付力は、歪ゲージ３２によって測定され、測定信号が制御部３６に出力される。
【００４２】
そして、このようなボルト１６の締め付けによって、凹所１３が密封されたことを確認するために、ヘリウムガスによるリークテストを行う（Ｓ３）。すなわち、ヘリウムガス供給ボンベ２０に接続したヘリウムガス供給用配管２１を導入端１８に接続して封止バルブ１９を開き、凹所１３にヘリウムガスを供給する。一方、ヘリウム検出器２５を導出端２３に接続して封止バルブ２４が開かれる。凹所１３が金属ガスケット６１によって密封されている場合（Ｓ４：Ｙｅｓ）には、ヘリウム検出器２５によって所定圧力以上のヘリウムは検出されず、リークはないものと判定される。一方、ヘリウム検出器２５によってヘリウムが所定リーク率以上検出される場合（Ｓ４：Ｎｏ）は、リークありと判定される。この場合、ボルト１６による締め付けが十分ではないか、金属ガスケット６１の配置が規定外であるか、あるいは金属ガスケット６１が破損しているか等が考えられるので、所定のリーク対策が講じられた後に、再度ステップＳ３に戻って再度リークテストが行われる（Ｓ５）。
【００４３】
ステップＳ４においてリークがないものと判定された場合には、封止バルブ１９，２４がそれぞれ閉じられた後に、ヘリウムガス供給用配管２１およびヘリウム検出器２５が取り外され（Ｓ６）、金属ガスケット劣化加速装置１が加熱炉３８に搬入される（Ｓ７）。
【００４４】
そして、加熱炉３８では、Ｌａｒｓｏｎ−Ｍｉｌｌｅｒ法のような加速試験手法に基づく条件（加熱温度、加熱時間）にしたがって金属ガスケット劣化加速装置１が加熱される（Ｓ８）。加熱中における金属ガスケット６１の温度は、環状孔１１の近傍に円周方向に沿って等間隔に配置された温度センサ３４によって測定され、検出信号が制御部３６に出力される。この検出信号に応じて加熱炉３８が制御されることによって、所定温度に維持される。また、加熱炉３８の基準ボルト４０に設けられた基準歪ゲージ４１によって、温度ドリフトが測定され、測定信号が制御部３６に入力される。
【００４５】
所定の加熱温度で所定の加熱時間加熱された場合（Ｓ９：Ｙｅｓ）には、加熱炉３８による加熱が停止され、加熱炉３８の中から金属ガスケット劣化加速装置１が搬出される（Ｓ１０）。
【００４６】
そして、ステップＳ３で説明したようにして再びヘリウムガスによるリークテストを行う（Ｓ１１）。リークはないものと判定された場合（Ｓ１２：Ｙｅｓ）には、劣化加速試験後における金属ガスケット６１の密封機能の健全性が確認され、リークがあるものと判定された場合（Ｓ１２：Ｎｏ）には、劣化加速試験によって金属ガスケット６１の密封機能の喪失が確認される。この場合、金属ガスケット６１が劣化加速試験後であっても密封機能を維持できるような仕様に改善し、ステップＳ１に戻って再度加速劣化処理を行う（Ｓ１３）。
【００４７】
ステップＳ１２においてリークはないものと判定された場合には、ボルト１６を取り外すことによって、金属ガスケット劣化加速装置１から金属ガスケット６１を取り出し、キャスク５１の所定場所に狭持する（Ｓ１４）。すなわち、固定ボルト５７を締め付けることによって、１次蓋５５と固定面５８（＃ａ）との間の凹部６２に金属ガスケット６１（＃ａ、＃ｂ）を、固定ボルト６０を締め付けることによって、２次蓋５９と固定面５８（＃ｂ）との間の凹部６３に金属ガスケット６１（＃ｃ、＃ｄ）をそれぞれしっかりと固定する。
【００４８】
そして、１次蓋５５と２次蓋５９との間の空間におけるヘリウム圧力が図示しない圧力検出器によって検出され、固定ボルト５７の締め付け具合を調節することによって、金属ガスケット６１（＃ａ、＃ｂ）用の金属ガスケット劣化加速装置１の凹所１３と同程度の密封度になるように１次蓋５５が固定される。また、凹部６３の外側におけるヘリウム圧力もまた図示しない圧力検出器によって検出され、固定ボルト６０の締め付け具合を調節することによって、金属ガスケット６１（＃ｃ、＃ｄ）用の金属ガスケット劣化加速装置１の凹所１３と同程度の密封度になるように２次蓋５９が固定される（Ｓ１５）。
【００４９】
その後、金属ガスケット６１が固定されたキャスク５１の落下試験が行われ、落下してもキャスク５１は破損しないか否かが確認される（Ｓ１６）。そして、落下試験によってキャスク５１が破損しない場合（Ｓ１７：Ｙｅｓ）には、再び１次蓋５５と２次蓋５９との間の空間におけるヘリウム圧力と、凹部６３の外側におけるヘリウム圧力とがそれぞれ図示しない圧力検出器によって検出され、落下試験前にステップＳ１５で検出されたヘリウム圧力と比較されることによってリーク検査がなされる（Ｓ１８）。
【００５０】
一方、落下試験によってキャスク５１が破損した場合（Ｓ１７：Ｎｏ）には、落下試験で得られた諸データに基づいて、キャスク５１の設計変更等の対策を講じ、ステップＳ１に戻って再度加速劣化処理を行う。
【００５１】
ステップＳ１８で検出されたヘリウムリーク率が、落下試験前にステップＳ１５で検出されたヘリウムリーク率よりも実質的に同じであればヘリウムはリークしていないと判定され（Ｓ１９：Ｙｅｓ）、このキャスク５１は、実使用期間を経て金属ガスケット６１が劣化した状態において落下した場合であっても、密封能力を維持していることが確認される（Ｓ２０）。
【００５２】
一方、ステップＳ１８で検出されたヘリウムリーク率が、落下試験前にステップＳ１５で検出されたヘリウムリーク率よりも高い値あればヘリウムがリークしているものと判定され（Ｓ１９：Ｎｏ）、このキャスク５１は、実使用期間を経て金属ガスケット６１が劣化した状態において落下した場合、密封能力を維持することができないものと判定される。この場合、落下試験で得られた諸データに基づいて、キャスク５１あるいは金属ガスケット６１のいずれに原因があるか等を究明し、その知見に基づいてキャスク５１あるいは金属ガスケット６１について、設計変更等の対策を講じ、ステップＳ１に戻って再度加速劣化処理を行う（Ｓ２１）。
【００５３】
上述したように、本実施の形態に係るキャスクの落下試験方法では、金属ガスケット劣化加速装置１を用いることによって、金属ガスケット６１をキャスク５１から取り外して劣化加速処理を行うことができる。これによって、キャスク５１自体を加熱する必要がなくなるために、巨大で重いキャスク５１を移動させる必要がなくなるので劣化加速処理を極めて容易に行うことができる。
【００５４】
また、劣化加速処理を行うための加熱炉３８は、キャスク５１を搬入できるような巨大なものではなく、金属ガスケット劣化加速装置１を搬入できればよいことから、小型化が図られ、コストダウンを図ることができる。
【００５５】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態を図４を用いて説明する。
【００５６】
図４は、第２の実施の形態に係るキャスクの落下試験方法を実現するための金属ガスケット劣化加速装置の構成例を示す縦断面図であり、図１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【００５７】
すなわち、本実施の形態に係るキャスクの落下試験方法を実現するための金属ガスケット劣化加速装置２は、図１に示す金属ガスケット劣化加速装置１に、加熱ヒータ４２を付加した構成としている。
【００５８】
この加熱ヒータ４２は基本的には装置全体を覆うことにより装置全体に一様な温度分布を与えることを狙うが、下部フランジ部材１２の環状孔１１の近傍に、円周方向に沿って連続的に配置され、環状孔１１の内部に配置されている金属ガスケット６１を加熱する方法もある。加熱ヒータ４２によって加熱された環状孔１１の近傍の温度は、温度センサ３４によって検出され、この検出信号は制御部３６に出力される。制御部３６はこの検出信号に基づいて、加熱ヒータ４２による加熱量を制御することによって、金属ガスケット６１の温度を所定温度に調節している。このように、加熱ヒータ４２は、第１の実施の形態における加熱炉３８に代わるものであり、本実施の形態では、加熱炉３８を用いない。
【００５９】
以上のように構成した金属ガスケット劣化加速装置２を用いて金属ガスケット６１の劣化加速処理を行うことによって、加熱炉３８を用いずに第１の実施の形態と同等の作用効果を奏することができる。
【００６０】
（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態を図５から図７を用いて説明する。
【００６１】
図５は、第３の実施の形態に係るキャスクの落下試験方法を実現するためのキャスクの構成例を示す外形図である。
【００６２】
すなわち、本実施の形態に係るキャスクの落下試験方法を実現するためのキャスクは、従来技術で説明したキャスク５１に、温度センサ４４と、制御部４５と、加熱ヒータ４６とを付加した構成としている。
【００６３】
この加熱ヒータ４６は、図５に示すように、キャスク５１の外周を取り巻くように配置され、キャスク５１を外側から加熱することによって、凹部６２に配置されている金属ガスケット６１（＃ａ、＃ｂ）、および凹部６３に配置されている金属ガスケット６１（＃ｃ、＃ｄ）をそれぞれ加熱する。
【００６４】
温度センサ４４（＃ａ）および温度センサ４４（＃ｂ）は、図６に示すように、凹部６２および凹部６３のそれぞれ近傍に、円周方向に沿って所定の間隔を置いて配置され、加熱ヒータ４６によって加熱された凹部６２および凹部６３の近傍の温度を検出し、この検出信号を制御部４５に出力する。
【００６５】
制御部４５は、温度センサ４４（＃ａ）および温度センサ４４（＃ｂ）から出力された検出信号に基づいて、加熱ヒータ４６の加熱量を制御することによって、金属ガスケット６１（＃ａ、＃ｂ、＃ｃ、＃ｄ）の温度を所定温度に調節している。
【００６６】
次に、以上のように構成した本実施の形態に係るキャスクの落下試験方法について図７のフローチャートを用いて説明する。
【００６７】
まず、本実施の形態に係るキャスクの落下試験を行う場合には、Ｌａｒｓｏｎ−Ｍｉｌｌｅｒ法のような加速試験手法に基づく条件（加熱温度、加熱時間）にしたがって、加熱ヒータ４６によってキャスク５１の外周が加熱されることによって、金属ガスケット６１（＃ａ、＃ｂ、＃ｃ、＃ｄ）が加熱される（Ｓ３１）。
【００６８】
加熱中における金属ガスケット６１（＃ａ、＃ｂ、＃ｃ、＃ｄ）の温度は、凹部６２および凹部６３の近傍に、円周方向に沿って等間隔に配置された温度センサ４４（＃ａ）および温度センサ４４（＃ｂ）によって測定され、検出信号が制御部４５に出力される（Ｓ３２）。この検出信号に応じて加熱ヒータ４６へ供給される電流が制御されることによって、所定温度に維持される（Ｓ３３）。
【００６９】
所定の加熱温度で所定の加熱時間加熱された場合（Ｓ３４：Ｙｅｓ）には、加熱ヒータ４６による加熱が停止される（Ｓ３５）。所定の加熱時間加熱されていない場合（Ｓ３４：Ｎｏ）には、Ｓ３３に戻る。
【００７０】
そして、１次蓋５５と２次蓋５９との間の空間におけるヘリウム圧力、および凹部６３の外側におけるヘリウム圧力が図示しない圧力検出器によってそれぞれ検出される（Ｓ３６）。
【００７１】
その後、キャスク５１の落下試験が行われ（Ｓ３７）、落下してもキャスク５１は破損しないか否かが確認される（Ｓ３８）。そして、落下試験によってキャスク５１が破損しない場合（Ｓ３８：Ｙｅｓ）には、再び１次蓋５５と２次蓋５９との間の空間におけるヘリウムリーク率と、凹部６３の外側におけるヘリウムリーク率とがそれぞれ図示しない圧力検出器によって検出され、落下試験前にステップＳ３６で検出されたヘリウムリーク率と比較されることによってリーク検査がなされる（Ｓ３９）。
【００７２】
一方、落下試験によってキャスク５１が破損した場合（Ｓ３８：Ｎｏ）には、落下試験で得られた諸データに基づいて、キャスク５１の設計変更等の対策を講じ、ステップＳ３１に戻って再度加速劣化処理を行う（Ｓ４０）。
【００７３】
ステップＳ３９で検出されたヘリウムリーク率が、落下試験前にステップＳ３６で検出されたヘリウムリーク率よりも実質的に同じであればヘリウムはリークしていないと判定され（Ｓ４１：Ｙｅｓ）、このキャスク５１は、実使用期間を経て金属ガスケット６１が劣化した状態において落下した場合であっても、密封能力を維持していることが確認される（Ｓ４２）。
【００７４】
一方、ステップＳ３９で検出されたヘリウムリーク率が、落下試験前にステップＳ３６で検出されたヘリウムリーク率よりも高い値あればヘリウムがリークしているものと判定され（Ｓ４１：Ｎｏ）、このキャスク５１は、実使用期間を経て金属ガスケット６１が劣化した状態において落下した場合、密封能力を維持することができないことが確認される。この場合、落下試験で得られた諸データに基づいて、キャスク５１あるいは金属ガスケット６１のいずれに原因があるか等を究明し、その知見に基づいてキャスク５１あるいは金属ガスケット６１について、設計変更等の対策を講じ、ステップＳ３１に戻って再度加速劣化処理を行う（Ｓ４３）。
【００７５】
上述したように、本実施の形態に係るキャスクの落下試験方法では、キャスク５１に金属ガスケット６１を取り付けたまま、金属ガスケット６１を加熱ヒータ４６で加熱することができる。また、凹部６２および凹部６３の温度を温度センサ４４（＃ａ）および温度センサ４４（＃ｂ）によって検出し、制御部４５がこの検出信号に基づいて加熱ヒータ４６へ供給する電流を制御することによって、金属ガスケット６１の温度を一定に制御することができる。
【００７６】
このように加熱ヒータ４６と、温度センサ４４と、制御部４５とを協調動作させることによって、第１および第２の実施の形態で用いているような金属ガスケット劣化加速装置１を用いずに、また加熱炉３８を用いずに、金属ガスケット６１をキャスク５１に取り付けたまま劣化加速処理を行うことができる。
【００７７】
その結果、落下試験前に金属ガスケット６１を金属ガスケット劣化加速装置１から取り外して、キャスク５１に取り付ける必要がなくなり、落下試験を容易に行うことが可能となるとともに、コストダウンを図ることが可能となる。
【００７８】
以上、本発明の好適な実施の形態について、添付図面を参照しながら説明したが、本発明はかかる構成に限定されない。特許請求の範囲の発明された技術的思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００７９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、金属ガスケットの劣化加速処理を行う場合に、キャスクを加熱炉に搬入することなく行うことができる。
【００８０】
その結果、巨大な加熱炉を必要とせず、金属ガスケットの劣化加速処理を容易に行うことが可能なキャスクの落下試験方法を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係るキャスクの落下試験方法を実現するための金属ガスケット劣化加速装置の構成例を示す縦断面図
【図２】第１の実施の形態に係るキャスクの落下試験方法を示すフローチャート
【図３】第１の実施の形態に係るキャスクの落下試験方法を示すフローチャート
【図４】第２の実施の形態に係るキャスクの落下試験方法を実現するための金属ガスケット劣化加速装置の構成例を示す縦断面図
【図５】第３の実施の形態に係るキャスクの落下試験方法を実現するためのキャスクの構成例を示す外形図
【図６】第３の実施の形態における金属ガスケットの狭持状態の一例を示すキャスクの詳細縦断面図
【図７】第３の実施の形態に係るキャスクの落下試験方法を示すフローチャート
【図８】キャスクの内部構造を示す鳥瞰図
【図９】金属ガスケットの狭持状態を示すキャスクの詳細縦断面図
【図１０】金属ガスケットの構造を示す斜視図および断面図
【符号の説明】
１，２…金属ガスケット劣化加速装置
１０…上部フランジ部材
１１…環状孔
１２…下部フランジ部材
１３…凹所
１４…透孔
１５…ねじ孔
１６…ボルト
１７…ヘリウムガス導入用配管
１８…導入端
１９，２４…封止バルブ
２０…ヘリウムガス供給ボンベ
２１…ヘリウムガス供給用配管
２２…漏洩ヘリウムガス検出用配管
２３…導出端
２５…ヘリウム検出器
３２…歪ゲージ
３４，４４…温度センサ
３６，４５…制御部
３８…加熱炉
４０…基準ボルト
４１…基準歪ゲージ
４２，４６…加熱ヒータ
５１…キャスク
５２…本体胴
５３…遮蔽体
５４，６５…開口部
５５…１次蓋
５６…トラニオン
５７，６０…固定ボルト
５８…固定面
５９…２次蓋
６１…金属ガスケット
６２，６３…凹部
６６…外被
６７…内皮
６８…コイルスプリング
Claims (4)
- 原子燃料を収納する内容器を備えたキャスクにおいて前記原子燃料が収納されたキャスクの内容器を密封するためのシール材として用いられ、前記内容器のフランジ部とこの内容器を塞ぐ上蓋のフランジ部との間に所定圧力で狭持される金属ガスケットを、互いに対向配置された前記内容器のフランジ部と形状および寸法をほぼ同一とする第１のフランジ部材と、前記上蓋のフランジ部と形状および寸法をほぼ同一とする第２のフランジ部材との間に配置し、
前記第１および第２のフランジ部材に設けられた複数のボルトによって、前記第１および第２のフランジ部材を互いに接近する方向へ締め付けることにより、前記金属ガスケットに前記所定圧力を与え、
前記金属ガスケットを間に配置している第１および第２のフランジ部材を加熱炉内に搬入し、この加熱炉によって加熱し、任意の加速試験方法による加速試験条件に基づいて所定時間、所定温度に保つことによって前記金属ガスケットを劣化させ、
前記劣化した金属ガスケットを、前記第１および第２のフランジ部材の間から取り外し、前記内容器のフランジ部とこの内容器を塞ぐ上蓋のフランジ部との間に前記所定圧力で狭持されるように取り付け、
この金属ガスケットが取り付けられたキャスクの落下試験を行うことによって、このキャスクの健全性を評価するキャスクの落下試験方法。 - 原子燃料を収納する内容器を備えたキャスクにおいて前記原子燃料が収納されたキャスクの内容器を密封するためのシール材として用いられ、前記内容器のフランジ部とこの内容器を塞ぐ上蓋のフランジ部との間に所定圧力で狭持される金属ガスケットを、互いに対向配置された前記内容器のフランジ部と形状および寸法をほぼ同一とする第１のフランジ部材と、前記上蓋のフランジ部と形状および寸法をほぼ同一とする第２のフランジ部材との間に配置し、
前記第１および第２のフランジ部材に設けられた複数のボルトによって、前記第１および第２のフランジ部材を互いに接近する方向へ締め付けることにより、前記金属ガスケットに前記所定圧力を与え、
この金属ガスケットを任意の加速試験方法による加速試験条件に基づいて加熱ヒータで加熱し、所定時間、所定温度に保つことによって劣化させ、
前記劣化した金属ガスケットを、前記第１および第２のフランジ部材の間から取り外し、前記内容器のフランジ部とこの内容器を塞ぐ上蓋のフランジ部との間に前記所定圧力で狭持されるように取り付け、
この金属ガスケットが取り付けられたキャスクの落下試験を行うことによって、このキャスクの健全性を評価するキャスクの落下試験方法。 - 原子燃料を収納する内容器を備えたキャスクにおいて前記原子燃料が収納されたキャスクの内容器を密封するためのシール材として用いられ、前記内容器のフランジ部とこの内容器を塞ぐ上蓋のフランジ部との間に所定圧力で狭持された金属ガスケットを、
任意の加速試験方法による加速試験条件に基づいて、前記キャスクの外周面に配置された加熱ヒータで加熱し、所定時間、所定温度に保つことによって前記金属ガスケットを劣化させ、
しかる後に、前記キャスクの落下試験を行うことによって、このキャスクの健全性を評価するキャスクの落下試験方法。 - 請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載のキャスクの落下試験方法において、
前記任意の加速試験方法とは、前記加速パラメータＬＭＰが、前記所定温度Ｔと、前記金属ガスケットの材質に依存する定数Ｃと、前記所定時間ｔとを用いて、
ＬＭＰ＝Ｔ×（Ｃ＋ｌｏｇｔ） で表されるＬａｒｓｏｎ−Ｍｉｌｌｅｒ法であるキャスクの落下試験方法。
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