JP3814197B2

JP3814197B2 - キャニスタ

Info

Publication number: JP3814197B2
Application number: JP2001372992A
Authority: JP
Inventors: 健一松永; 岩司阿部; 和夫村上; 弘一上; 眸伊東; 高揚小林; 悦良北; 志津雄井上
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2001-12-06
Filing date: 2001-12-06
Publication date: 2006-08-23
Anticipated expiration: 2021-12-06
Also published as: JP2003172794A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、熱発生を伴う放射性物質を封入した密閉金属容器、いわゆるキャニスタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
原子炉の使用済燃料に代表される高放射性物質は、プルトニウム等の再度燃料として使用可能な有用物質を回収するため、再処理される。そして、これらの使用済燃料は、再処理を行うまでの間、密閉された状態で貯蔵されている。このような高放射性物質の貯蔵方法としては、キャスク等による乾式法が知られている。
【０００３】
乾式法は、水に代わり空気によって自然冷却を行う貯蔵方法であり、湿式法に比較して運転コストが低いことから注目を集め、開発が進められている。また、乾式法に用いるキャスクには種々の構造のものがあるが、コンクリート構造物によって使用済燃料を遮蔽するコンクリートキャスクは、低コストであることから特に注目されている。コンクリートは、中性子遮蔽材として優れ、他の遮蔽材よりも安価であるとともに、構造体として必要な強度が得られる等の利点も備えている。
【０００４】
このようなコンクリートキャスクは、上部および底部が閉塞された筒状のコンクリート容器を備え、このコンクリート容器内には、使用済燃料が封入された筒状の金属密閉容器、いわゆるキャニスタ、が収納されている。一般に、キャニスタは、底部が閉塞された筒状の容器本体と、容器本体に溶接され容器本体の上部を閉塞した蓋体と、を備えている。
【０００５】
キャニスタは、使用済燃料から発生した崩壊熱により加熱され２００℃程度の高温となるため、コンクリートキャスクには、崩壊熱を除熱するための除熱構造が設けられている。すなわち、コンクリート容器の内周面とキャニスタの外面との間には、冷却空気流路として機能する隙間が形成され、コンクリート容器の底部には吸気口が、また、容器の上部には排気口がそれぞれ設けられている。そして、吸気口からコンクリート容器内に導入された冷却空気としての外気を、冷却空気流路を流して自然循環させ排気口から排出することにより、キャニスタを除熱し冷却している。
【０００６】
このように構成されたコンクリートキャスクでは、上述した除熱構造により使用済燃料の冷却、コンクリート層により放射線の遮蔽、キャニスタにより使用済燃料の密封を担保している。そして、コンクリートキャスクは、高放射性物質を長期間に亘って安全に、かつ、安定して保管する必要があり、長期間に亘って高い放射線遮蔽性能が要求される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、コンクリートキャスク内に収納されたキャニスタは、自然循環冷却により外気に接触するため、コンクリートキャスクを海岸付近に設置した場合、海塩粒子によりキャニスタの腐食、応力腐食割れを発生する恐れがある。特に、キャニスタの温度は、通常、下部に比較して上部が高くなる。そのため、長期間の貯蔵により使用済燃料の発熱量が低下しキャニスタ全体の温度が低下してくると、キャニスタ下部が露点温度以下に下がる可能性がある。この場合、冷却空気中の水分が結露しキャニスタ下部の外面に付着するため、一般的な耐食材料であるＳＵＳ３０４、３１６等を用いた場合には腐食および応力腐食割れの発生が懸念される。
【０００８】
そして、上記のようなキャニスタの腐食、応力腐食割れ等が発生した場合、放射線の遮蔽、放射性物質の密閉を担保することができず、安全性および健全性を維持することが困難となる場合がある。
【０００９】
上記のような腐食、応力腐食割れを防止するため、キャニスタ全体を耐食性の高い材料で形成することも考えられるが、この場合、キャニスタの製造コストが増加し現実的でない。また、蓋体の溶接性を考慮した場合、容器本体と蓋体との寸法公差を非常に厳しく設定する必要がある。そのため、蓋体の外周面だけでなく容器本体の内面を機械加工することにより寸法精度を上げる必要があるが、上記のような耐食性の高い材料を使用した場合、溶接性および加工性が低下し、必要な寸法公差を得ることが困難となる。
【００１０】
この発明は以上の点に鑑みなされたもので、その目的は、放射性物質を長期間に亘って安全にかつ安定して貯蔵可能なキャニスタを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明の一態様に係るキャニスタは、次の手段を提案するものである。
（１）底壁により下端開口が閉塞されているとともに、放射性物質を収納したほぼ筒状の金属製の容器本体と、上記容器本体の上端開口に溶接され、この上端開口を閉塞した蓋体と、を備え、上記容器本体は、上記底壁を含む下部と、下部に続く中間部と、上記蓋体が溶接された上部と、を有し、上記下部は中間部および上部よりも耐食性の高い材料により形成され、上記上部は所定の寸法に機械加工された内周面を有しているとともに上記中間部に溶接されており、上記蓋体は、上記上部の内周面に溶接された一次蓋および二次蓋とよりなり、同二次蓋の内面には、複数の凹所が形成され、二次蓋の内面は、同凹所を除き、一次蓋の上面に密着している。
【００１２】
（２）底壁により下端開口が閉塞されているとともに、放射性物質を収納したほぼ筒状の金属製の容器本体と、上記容器本体の上端開口に溶接され、この上端開口を閉塞した蓋体と、を備え、上記容器本体は、上記底壁を含む下部と、下部に続く中間部と、上記蓋体が溶接された上部と、を有し、上記下部の外面は、上記下部および中間部よりも耐食性の高い材料からなるライナにより覆われ、上記上部は所定の寸法に機械加工された内周面を有しているとともに上記中間部に溶接されており、上記蓋体は、上記上部の内周面に溶接された一次蓋および二次蓋とよりなり、同二次蓋の内面には、複数の凹所が形成され、二次蓋の内面は、同凹所を除き、一次蓋の上面に密着していることを特徴としている。
（３）上記（１）又は（２）のキャニスタにおいて、上記耐食性の高い材料は、オーステナイト２相ステンレス鋼、スーパーステンレス鋼、インコネル６２５、ハステロイのいずれかを含んでいることを特徴とする。
【００１３】
（４）底壁により下端開口が閉塞されているとともに、放射性物質を収納したほぼ筒状の金属製の容器本体と、上記容器本体の上端開口に溶接され、この上端開口を閉塞した蓋体と、を備え、上記容器本体は、上記底壁を含む下部と、下部に続く中間部と、上記蓋体が溶接された上部と、を有し、上記下部の外面は、上記下部および中間部よりも耐食性の高い材料によりコーティングされ、上記上部は所定の寸法に機械加工された内周面を有しているとともに上記中間部に溶接されており、上記蓋体は、上記上部の内周面に溶接された一次蓋および二次蓋とよりなり、同二次蓋の内面には、複数の凹所が形成され、二次蓋の内面は、同凹所を除き、一次蓋の上面に密着していることを特徴としている。
（５）上記（４）のキャニスタにおいて、上記コーティングは、セラミックあるいはアルミ系材料を溶射して形成されていることを特徴とする。
（６）上記（１）ないし（５）のいずれかのキャニスタにおいて、上記容器本体の下部および中間部は、一体に形成されていることを特徴とする。
【００１４】
上記のように構成されたキャニスタによれば、腐食や応力腐食割れの発生し易い容器本体の下部を耐食性の高い材料で形成、被覆、あるいはコーティングすることにより、キャニスタの下部外面において、海塩粒子等を含んだ水分が結露した場合でもキャニスタの腐食および応力腐食割れの発生を確実に防止することができる。それにより、放射性物質を長期間に亘って安全にかつ安定して貯蔵可能なキャニスタを提供することができる。
【００１５】
また、容器本体の上部は、所定の寸法に機械加工された内周面を有しているとともに上記中間部に溶接された構成とすることにより、容器本体と蓋体との寸法公差を非常に厳しく設定することが可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照しながら、この発明の第１の実施の形態に係るキャニスタを備えたコンクリートキャスクについて詳細に説明する。
【００１７】
図１ないし図３に示すように、コンクリート製貯蔵容器としてのコンクリートキャスク１０は、コンクリートにより形成され遮蔽構造体として機能するコンクリート容器１２を備え、このコンクリート容器内には、キャニスタ１４が収納されている。キャニスタ１４は、金属によって形成されているとともに両端が閉塞した円筒形状の密閉容器１５を有し、この密閉容器内には、バスケット１６により支持された状態で、使用済燃料集合体１８が複数体封入されている。これらの使用済燃料集合体１８は、崩壊熱に伴う発熱と放射線の発生を伴う放射性物質を含んでいる。そして、密閉容器１５は、封入された内部の放射性物質が外部に漏洩しないよう、溶接密閉構造を有している。
【００１８】
コンクリートキャスク１０のコンクリート容器１２は、図１および図２に示すように、底部の閉塞された円筒形状を有し、例えば、高さ約６ｍ、直径約４ｍ程度に形成され、また、コンクリートの壁厚は、約０．９〜１．０ｍ程度に形成されている。コンクリート容器１２の上端開口は、外面が炭素鋼板によって覆われたコンクリート製の蓋２０により閉塞されている。この蓋２０は、複数のボルト２１によりコンクリート容器１２の上端にボルト止めされている。なお、コンクリート容器１２のコンクリート壁内には、図示しない配筋が施されている。
【００１９】
コンクリート容器１２内には、コンクリート容器の内周面および蓋２０により、円柱形状の収納部２２が規定されている。そして、この収納部２２内にキャニスタ１４が収納されている。キャニスタ１４は、収納部２２の底面に形成された複数のリブ３１上に載置されているとともに、コンクリート容器１２と同軸的に配置されている。また、キャニスタ１４は、その外周面がコンクリート容器１２の内周面との間に所定の隙間、例えば、１０ｃｍ程度の隙間を持った状態で、収納部２２内に収納されている。
【００２０】
そして、キャニスタ１４の外周面とコンクリート容器１２の内周面との間の隙間により、冷却空気が流れる冷却空気流路２４が形成されている。この冷却空気流路２４は、キャニスタ１４の外周面の全周に亘って、かつ、外周面の軸方向全長に亘って形成されている。
【００２１】
コンクリート容器１２の底部には複数、例えば、４つの吸気口２６が形成され、また、コンクリート容器１２の上端部には、例えば、４つの排気口２８が形成され、それぞれ冷却空気流路２４に連通している。４つの吸気口２６は、コンクリート容器１２の円周方向に沿って互いに等間隔離間して設けられ、コンクリート容器１２の底部外周面に開口している。また、排気口２８は、コンクリート容器１２の円周方向に沿って互いに等間隔離間して設けられ、コンクリート容器１２の上端部外周面に開口している。
【００２２】
これらの吸気口２６、排気口２８、および冷却空気流路２４は、空気の自然循環冷却によりコンクリートキャスク１０を除熱する除熱部を構成している。すなわち、吸気口２６からコンクリート容器１２内に導入された冷却空気としての外気は、冷却空気流路２４を通ってキャニスタ１４の周囲を流れ、その間、キャニスタ１４およびコンクリート容器１２を除熱し冷却する。そして、キャニスタ１４からの熱によって加熱され昇温した冷却空気は、排気口２８からコンクリート容器１２の外部に排出される。
【００２３】
一方、コンクリート容器１２の内周面には、炭素鋼等の金属からなる円筒状のライナ３０が設けられている。金属からなるライナ３０は、コンクリートに比較して伝熱性が高く、使用済燃料集合体１８から発生した熱の伝熱を促進するとともに、使用済燃料集合体１８からの放射線、主としてγ線、を遮蔽する機能を有している。
【００２４】
次に、キャニスタ１４の構成について詳細に説明する。
図４に示すように、キャニスタ１４の密閉容器１５は、底壁４１によって下端が閉塞された筒状の容器本体４０と、容器本体の上端開口に溶接されこの上端開口を閉塞した蓋体と、を備えている。容器本体４０は、底壁４１を含む下部４０ａと、下部に続く中間部４０ｂと、蓋体が溶接された上部４０ｃと、を有している。
【００２５】
容器本体４０の中間部４０ｂは、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６等の耐食性を有した金属により形成され、また、容器本体の下部４０ａは、中間部４０ｂおよび上部４０ｃを構成する材料よりも耐食性の高い金属により形成され、中間部４０ｂに溶接されている。下部４０ａを構成する材料としては、ＳＵＳ３２９Ｊ４Ｌのようなオーステナイト２相ステンレス鋼、インコネル６２５、ハステロイ、クロム＋３Ｍｏを約３７％以上含有したスーパーステンレス鋼、等が用いられている。
【００２６】
更に、上部４０ｃは、加工性、溶接性に優れているとともにある程度の耐食性を備えた金属、例えば、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６等により形成されている。上部４０ｃの内周面４３は、予め所定の寸法および径ｄに機械加工された機械加工領域４２を有している。そして、この上部４０ｃは、中間部４０ｂの上端に溶接されている。
なお、容器本体４０の軸方向の長さをＬとした場合、下部４０ａの軸方向長さは約Ｌ／４、中間部４０ｂの軸方向長さは約５Ｌ／８程度に形成されている。
【００２７】
中間部４０ｂの上端部内周面には複数、例えば４つの支持台４４が固定され、円周方向に沿って互いに等間隔離間して設けられている。この支持台４４上には、円環状の支持板４５を介して、円盤状の遮蔽板４６が載置され、容器本体４０の上端開口部を閉塞している。なお、支持板４５と遮蔽板４６との間は、図示しない金属Ｏリングにより遮蔽されている。
【００２８】
また、容器本体４０の上端開口部内には、遮蔽板４６に重ねて円盤状の一次蓋４８および円盤状の二次蓋５０が順に装着され、容器本体の上端開口を閉塞している。一次蓋４８および二次蓋５０は外周部は、全周に亘って、上部４０ｃの内周面４３に溶接されている。特に、一次および二次蓋４８、５０は、上部４０ｃの内周面４３の内、機械加工された機械加工領域４２に溶接されている。
【００２９】
なお、一次および二次蓋４８、５０はキャニスタ１４の蓋体として機能し、これら一次および二次蓋の外周面は予め所定の寸法に加工されている。また、二次蓋５０の内面には、複数の凹所５２が形成されている。そして、二次蓋５０の内面は、これらの凹所５２を除き、一次蓋４８の上面に密着している。これら複数の凹所５２によって一次蓋４８と二次蓋５０との間には、モニタリングの検査空間として機能する密閉空間が形成され、この密閉空間内は負圧あるいは正圧に維持されている。これにより、キャニスタ１４内部と外部との間に圧力障壁が形成され、モニタリングが可能となる。
【００３０】
上記のように構成されたコンクリートキャスク１０によれば、コンクリート容器１２内に収納されたキャニスタ１４の容器本体４０は、使用済燃料集合体１８からの熱により加熱されて温度上昇し、その際、容器本体の中間部４０ｂおよび上部４０ｃは下部４０ａに比較して高温となる。長期間の貯蔵により使用済燃料集合体１８の発熱量が低下し容器本体４０全体の温度が低下してくると、下部４０ａが露点温度以下に下がる可能性がある。そして、容器本体４０の外面は冷却空気流路２４を流れる外気に晒されているため、冷却空気中の水分が容器本体４０の下部表面上に結露する恐れがある。
【００３１】
しかしながら、容器本体４０の下部４０ａは、耐食性の高い材料により形成されていることから、海塩粒子等を含んだ水分が結露した場合でも容器本体下部４０ａにおける腐食および応力腐食割れの発生を確実に防止することができる。一方、容器本体４０の中間部４０ｂおよび上部４０ｃは比較的高温に維持されるため、冷却空気中に海塩粒子が含まれている場合でも、水分は完全に蒸発してしまうため、腐食および応力腐食割れが生じることはない。従って、上記キャニスタ１４およびこれを備えたコンクリートキャスク１０によれば、放射性物質を長期間に亘って安全にかつ安定して貯蔵することが可能となる。同時に、容器本体の中間部および上部を比較的安価な材料を用いて形成していることから、キャニスタの製造コスト低減を図ることが可能となる。
【００３２】
また、容器本体４０の上部４０ｃは、予め所定の寸法に機械加工された内周面を有しているとともに中間部４０ｂに溶接された構成とすることにより、容器本体と蓋体との寸法公差を非常に厳しく設定することが可能となる。更に、上部４０ｃとして、溶接性および加工性に優れた材料を選択することができ、その結果、容器本体４０と蓋体とを高い精度で欠陥なく溶接することが可能となる。
【００３３】
図５に示すこの発明の第２の実施の形態に係るキャニスタ１４によれば、容器本体４０の下部４０ａおよび中間部４０ｂは、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６等の耐食性を有した金属により一体に形成され、また、下部４０ａは、容器本体を構成する材料よりも耐食性の高い金属からなる筒状のライナ５４によって覆われている。ライナ５４を構成する材料としては、オーステナイト２相ステンレス鋼、インコネル６２５、ハステロイ、スーパーステンレス鋼、等が用いられている。
【００３４】
図６に示すこの発明の第３の実施の形態に係るキャニスタ１４によれば、容器本体４０の下部４０ａおよび中間部４０ｂは、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６等の耐食性を有した金属により一体に形成され、また、下部４０ａの外面は、容器本体を構成する材料よりも耐食性の高い金属によりコーティングされている。このコーティング層５６は、セラミックあるいはアルミ系材料を溶射して形成されている。
【００３５】
上記のように構成された第２および第３の実施の形態に係るキャニスタ１４においても、耐食性の高い材料からなるライナ５４あるいはコーティング層５６を設けることにより、前述した第１の実施の形態と同様に、容器本体の下部４０ａにおける腐食および応力腐食割れの発生を確実に防止することができる。従って、上記キャニスタ１４およびこれを備えたコンクリートキャスク１０によれば、放射性物質を長期間に亘って安全にかつ安定して貯蔵することが可能となる。同時に、第１の実施の形態に比較して、キャニスタ１４の製造コスト低減を図ることができる。
【００３６】
第２および第３の実施の形態において、他の構成は第１の実施の形態と同一であり、同一の部分には同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００３７】
なお、この発明は上述した実施の形態に限定されることなく、この発明の範囲内で種々変形可能である。例えば、キャニスタに使用する各材料は、上述した実施の形態に限定されることなく必要に応じて種々選択可能である。また、キャニスタの容器本体の下部、中間部、上部の軸方向長さは上述した実施の形態に限定されることなく、使用状況に応じて種々変更可能である。
【００３８】
【発明の効果】
以上詳述したように、この発明によれば、腐食や応力腐食割れの発生し易い容器本体の下部を耐食性の高い材料で形成、被覆、あるいはコーティングすることにより、キャニスタの下部外面において、海塩粒子等を含んだ水分が結露した場合でもキャニスタの腐食および応力腐食割れの発生を確実に防止することができる。それにより、放射性物質を長期間に亘って安全にかつ安定して貯蔵可能なキャニスタを提供することができる。
【００３９】
また、容器本体の上部は、所定の寸法に機械加工された内周面を有しているとともに上記中間部に溶接された構成とすることにより、容器本体と蓋体との寸法公差を非常に厳しく設定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施の形態に係るコンクリートキャスクを一部破断して示す斜視図。
【図２】上記コンクリートキャスクの縦断面図。
【図３】図２の線Ａ−Ａに沿った断面図。
【図４】上記コンクリートキャスクに収納されたキャニスタの断面図。
【図５】この発明の第２の実施の形態に係るキャニスタの斜視図。
【図６】この発明の第３の実施の形態に係るキャニスタを示す斜視図。
【符号の説明】
１０…コンクリートキャスク
１２…コンクリート容器
１４…キャニスタ
１５…密閉容器
１６…バスケット
１８…使用済燃料集合体
２２…収納部
２４…冷却空気流路
４０…容器本体
４０ａ…下部
４０ｂ…中間部
４０ｃ…上部
５４…ライナ
５６…コーティング層

Claims

底壁により下端開口が閉塞されているとともに、放射性物質を収納したほぼ筒状の金属製の容器本体と、上記容器本体の上端開口に溶接され、この上端開口を閉塞した蓋体と、を備え、上記容器本体は、上記底壁を含む下部と、下部に続く中間部と、上記蓋体が溶接された上部と、を有し、上記下部は中間部および上部よりも耐食性の高い材料により形成され、上記上部は所定の寸法に機械加工された内周面を有しているとともに上記中間部に溶接されており、上記蓋体は、上記上部の内周面に溶接された一次蓋および二次蓋とよりなり、同二次蓋の内面には、複数の凹所が形成され、二次蓋の内面は、同凹所を除き、一次蓋の上面に密着していることを特徴とするキャニスタ。
底壁により下端開口が閉塞されているとともに、放射性物質を収納したほぼ筒状の金属製の容器本体と、上記容器本体の上端開口に溶接され、この上端開口を閉塞した蓋体と、を備え、上記容器本体は、上記底壁を含む下部と、下部に続く中間部と、上記蓋体が溶接された上部と、を有し、上記下部の外面は、上記下部および中間部よりも耐食性の高い材料からなるライナにより覆われ、上記上部は所定の寸法に機械加工された内周面を有しているとともに上記中間部に溶接されており、上記蓋体は、上記上部の内周面に溶接された一次蓋および二次蓋とよりなり、同二次蓋の内面には、複数の凹所が形成され、二次蓋の内面は、同凹所を除き、一次蓋の上面に密着していることを特徴とするキャニスタ。
上記耐食性の高い材料は、オーステナイト２相ステンレス鋼、スーパーステンレス鋼、インコネル６２５、ハステロイのいずれかを含んでいることを特徴とする請求項１又は２に記載のキャニスタ。
底壁により下端開口が閉塞されているとともに、放射性物質を収納したほぼ筒状の金属製の容器本体と、上記容器本体の上端開口に溶接され、この上端開口を閉塞した蓋体と、を備え、上記容器本体は、上記底壁を含む下部と、下部に続く中間部と、上記蓋体が溶接された上部と、を有し、上記下部の外面は、上記下部および中間部よりも耐食性の高い材料によりコーティングされ、上記上部は所定の寸法に機械加工された内周面を有しているとともに上記中間部に溶接されており、上記蓋体は、上記上部の内周面に溶接された一次蓋および二次蓋とよりなり、同二次蓋の内面には、複数の凹所が形成され、二次蓋の内面は、同凹所を除き、一次蓋の上面に密着していることを特徴とするキャニスタ。
上記コーティングは、セラミックあるいはアルミ系材料を溶射して形成されていることを特徴とする請求項４に記載のキャニスタ。
上記容器本体の下部および中間部は、一体に形成されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載のキャニスタ。