JP3820125B2

JP3820125B2 - 放射性物質を収納するキャニスタの製造方法

Info

Publication number: JP3820125B2
Application number: JP2001290223A
Authority: JP
Inventors: 和雄浅田; 眸伊東; 孝雄鶴田; 高揚小林; 健一松永; 岩司阿部; 重　　隆司
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2001-01-31
Filing date: 2001-09-21
Publication date: 2006-09-13
Anticipated expiration: 2021-09-21
Also published as: JP2002303693A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、発熱を伴う放射性物質を収納する金属密閉容器、いわゆるキャニスタ、を製造する金属密閉容器の製造方法に関する。
【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、解体処理されるとともに、プルトニウム等の再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る。この場合、使用済燃料は、原子力発電所で金属密閉容器としてのキャニスタに収納され、更に、このキャニスタは輸送用キャスクに収納された状態で、トラック等により中間貯蔵施設や再処理施設に搬送され貯蔵される。
【０００３】
通常、キャニスタは、金属からなる筒状の胴部および胴部の底を閉塞した底壁を有した容器本体と、この容器本体内に配置されたバスケットと、を有し、使用済燃料は、バスケットによって支持された状態で、容器本体内に複数体封入さる。また、容器本体の上部開口は、溶接された一次蓋および二次蓋によって閉塞される。
【０００４】
このようなキャニスタの製造方法としては、以下のような方法が考えられる。まず、製造工場にて、ステンレス等かなる一対又は２対の半円筒を互いに溶接して胴部を形成した後、胴部の一端に底壁を溶接して容器本体を製造する。同時に、胴部の内径に対応した径を有する円盤状の一次蓋および二次蓋を製造する。そして、原子力発電所の使用済燃料プールにて、上記のように製造された容器本体内にバスケット、使用済燃料を装填した後、一次および二次蓋を順次溶接して容器本体を密閉することにより、使用済燃料を収納したキャニスタを製造する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように構成されたキャニスタでは、原子力発電所において容器本体内に使用済燃料を収納した後、一次蓋および二次蓋の溶接が行われる。この場合、各蓋の外周面と胴部内周面との間に約２ｍｍ以上の隙間があると、これらの蓋を胴部に対して溶接することが困難となる。また、使用済燃料を収納したキャニスタを輸送用キャスクに装填した状態において、キャニスタの胴部は輸送用キャスクの内面と所定の隙間を持って配置されていることが望ましい。これらのことから、キャニスタの胴部は、歪みなく所定の真円度を維持していることが必要となる。
【０００６】
しかしながら、上述したように、複数の部材を互いに溶接してキャニスタの容器本体を製造する場合、溶接部に引っ張り残留応力が発生し、歪みを生じ易い。そのため、容器本体の胴部を所定の真円度に形成することが困難となる。また、引っ張り応力が残留している場合、キャニスタが外部衝撃等を受けた際に亀裂が発生し易くなるという問題もある。
【０００７】
この発明は以上の点に鑑みなされたもので、その目的は、溶接による引っ張り残留応力や歪み、亀裂を生じることなく、所定形状の金属密閉容器を製造可能な金属密閉容器の製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明に係る放射性物質を収納するキャニスタの製造方法は、円筒状の胴部および胴部の一端を閉塞した底壁を有した容器本体と、上記容器本体の上端開口を閉塞する一次蓋および二次蓋と、を備え放射性物質を収納するキャニスタの製造方法において、金属からなる複数の部分円筒部材を互いに溶接して円筒状の胴部を形成する工程と、上記胴部の各溶接部を、胴部の内周面側および外周面側の両側から同時に、あるいは片側からショットブラストする工程と、上記胴部の一端部に底壁を溶接して容器本体を形成する工程と、上記胴部と底壁との間の溶接部を容器本体の外面側からショットブラストする工程と、上記容器本体内に放射性物質を収納した後、容器本体の上端開口部に一次蓋および二次蓋を順に溶接して容器本体を密閉する工程と、上記胴部の各溶接部における溶接欠陥の有無を検査する工程と、上記胴部と底壁との間の溶接部における溶接欠陥の有無を検査する工程と、上記一次蓋および二次蓋の溶接部における溶接欠陥の有無を検査する工程と、上記一次蓋および二次蓋の溶接部を外側からショットブラストする工程と、を備えると共に、上記胴部を形成した後、機械加工により上記胴部の上端部内周面を所定の真円度に形成することにより、上記各蓋の外周面と上記胴部内周面との隙間を２ｍｍ以下とし、上記胴部を真円度１／１６００ないし４／１６００に形成し、電子ビーム溶接あるいはＴＩＧ溶接により、上記胴部の溶接、および胴部と底壁との間の溶接を行い、板厚が１０ないし２０ｍｍの金属板により上記胴部を形成し、上記胴部、底壁、一次蓋、あるいは二次蓋として、Ｃｒ＋３Ｍｏ＞３４％のＳＵＳ３２９Ｊ４Ｌ、ＳＵＳ３２９Ｊ３Ｌ、あるいはＳＵＳ３１７を用いることを特徴としている。
【０００９】
また、この発明に係る放射性物質を収納するキャニスタの製造方法によれば、上記胴部の溶接、および胴部と底壁との間の溶接は、電子ビーム溶接あるいはＴＩＧ溶接により行うことが望ましい。
【００１０】
このように構成された放射性物質を収納するキャニスタの製造方法によれば、胴部の溶接部および底壁の溶接部をショットブラスト処理することにより、溶接部に生じた引っ張り残留応力を除去することができる。この際、胴部の溶接部については、両面側から同時にショットブラスト処理することにより、胴部として比較的薄い金属材料を用いた場合でもショットブラスト処理に起因する変形を防止することが可能となる。従って、胴部の歪みを低減し所望の真円度を有した金属密閉容器を得ることができる。同時に、引張り残留応力に起因する亀裂の発生を無くし、信頼性の高い構造とした放射性物質を収納するキャニスタを得ることができる。
【００１１】
また、溶接部の溶接には電子ビーム溶接あるいはＴＩＧ溶接を用いることができる。特に、電子ビーム溶接を用いた場合、溶接部の歪みを大幅に低減することができ、また、溶接時間を短縮することができ望ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照しながら、この発明の実施の形態に係るキャニスタの製造方法について詳細に説明する。
まず、キャニスタの構成について説明すると、図１および図２に示すように、金属密閉容器としてのキャニスタ１０は、上端開口部１１を有した容器本体１２を備えている。この容器本体１２は、円筒状の胴部１４とこの胴部の下端開口を閉塞した底壁１６とによって構成されている。そして、容器本体１２は、図示しない輸送用キャスクに挿入できるように、輸送用キャスクの本体の内径よりも僅かに小さな外径を有している。
【００１３】
容器本体１２内には、バスケット１８により支持された状態で、使用済燃料集合体２０が複数体封入されている。バスケット１８は、ボロン（Ｂ）とアルミニウム又はＳＵＳとの複合材料によって構成されている。使用済燃料集合体２０は、例えば、原子炉の使用済燃料であり、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、キャニスタ１０は、封入された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。また、容器本体１２内には、ヘリウムガス等の不活性ガスまたは窒素ガスが負圧状態あるいは正圧状態で充填されている。
【００１４】
すなわち、容器本体１２の上端部内周面には複数、例えば４つの支持台２２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２２上には、円環状の支持板２３を介して、または直接、円盤状の遮蔽板２４が載置され、容器本体１２の上端開口部１１を閉塞している。
【００１５】
また、容器本体１２の上端開口部１１内には、遮蔽板２４に重ねて円盤状の一次蓋２６が装着され、容器本体の上端開口１１を閉塞している。また、一次蓋２６の外周部の上端側部分は、全周に亘って、容器本体１２の内周面に溶接されている。
【００１６】
更に、容器本体１２の上端開口部１１内には、一次蓋２６に重ねて円盤状の二次蓋２８が装着されている。二次蓋２８の外周部の上端側部分は、全周に亘って、容器本体１２の内周面に溶接されている。二次蓋２８の内面には、複数の軸対称の凹所３０が形成されている。そして、二次蓋２８の内面は、これらの凹所３０を除き、一次蓋２４の上面に密着し、あるいは１ｍｍ以下のギャップを有している。
【００１７】
これら複数の凹所３０により、一次蓋２６と二次蓋２８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１０内部と外部との間に圧力障壁が形成され、一次蓋と二次蓋とが密着、あるいは１ｍｍ以下のギャップを有しているにも拘わらずモニタリングが可能となる。
【００１８】
このようにして、容器本体１２の上端開口１１は、遮蔽板２４、一次蓋２６、および二次蓋２８によって気密に閉塞されている。これら容器本体１２、遮蔽板２４、一次蓋２６、あるいは二次蓋２８は、例えば、Ｃｒ＋３Ｍｏ＞３４％のＳＵＳ３２９Ｊ４Ｌ、ＳＵＳ３２９Ｊ３Ｌ、あるいはＳＵＳ３１７等の腐食に強い金属によって形成されている。また、キャニスタ１０の各部の板厚は、胴部１４が約１０〜２０ｍｍ、底壁１６が３０〜４０ｍｍ、遮蔽板２４が１００〜１５０ｍｍ、一次蓋２６および二次蓋２８がそれぞれ３０〜５０ｍｍに設定されている。
【００１９】
次に、上記構成を有するキャニスタ１０の製造方法について説明する。
まず、図３（ａ）に示すように、胴部を構成する部分円筒部材としての一対の半円筒４０、および円盤状の底壁１６を用意する。次に、半円筒４０の側縁同士を突き合わせて配置した後、これらの側縁同士を電子ビーム溶接により互いに溶接し胴部１４を形成する。電子ビーム溶接は所望の真空度を有した真空処理室内で行う。そして、電子ビーム溶接を用いた場合、溶接部に生じる歪みを小さく抑えることができる。なお、ＴＩＧ溶接を用いることもできる。
【００２０】
その後、放射線検査あるいは浸透探傷検査、超音波検査等により、胴部１４の各溶接部４０ａにおける溶接欠陥の有無を検査する。
続いて、図３（ｂ）に示すように、胴部１４の各溶接部４０ａを胴部の内周面および外周面の両側から同時に、あるいは片側からショットブラスト処理する。このように、溶接部４０ａを両側から同時にショットブラスト処理することにより、溶接部４０ａに生じた引っ張り残留応力を除去することができるとともに、板厚１０〜２０ｍｍの比較的薄い金属材料を用いた場合でも、ブラスト処理による変形を防止することが可能となる。
【００２１】
次に、図３（ｃ）に示すように、電子ビーム溶接により、胴部１４の下端に底壁１６を溶接し胴部の下端開口を閉塞する。溶接後、放射線検査あるいは浸透探傷検査等により、胴部１４と底壁１６との溶接部４２ａにおける溶接欠陥の有無を検査する。続いて、溶接部４２ａを外側からショットブラスト処理することにより、溶接部４２ａに生じた引っ張り残留応力を除去する。
【００２２】
以上の工程により、所定の直径および所定の真円度1/1600〜4/1600に形成された胴部１４を有した容器本体１２が製造される。また、必要に応じて、図３（ｄ）に示すように、胴部１４の上端部内周面に、つまり、一次蓋および二次蓋が溶接される内周面部分に切削、研磨等の機械加工を施し、所定の直径および真円度に形成する。
【００２３】
その後、胴部１４の上端部内周面に所定数の支持台２２を溶接する。また、遮蔽板２４、一次蓋２６、および二次蓋２８を別途用意する。そして、ここまでの工程は、製造工場等で行う。
【００２４】
次に、原子力発電所において、容器本体１２内にバスケット１８を配置した後、容器本体１２を冷却水内に浸水した状態で、使用済燃料集合体２０を装填および収納する。続いて、容器本体１２を冷却水から引き上げ、所定量の水を抜いた後、図４（ａ）に示すように、容器本体１２の上端開口部１１内に支持板２３および遮蔽板２４を順次装着し、上端開口部１１を閉塞するとともに遮蔽板２４に重ねて一次蓋２６を装填する。この状態で、一次蓋２６の上端側周縁部をＴＩＧ溶接により胴部１４の上端部内周面に順次多層盛溶接していく。
【００２５】
溶接後、浸透探傷検査および超音波検査等により気密漏洩検査を行い、溶接欠陥の有無を調べる。更に、一次蓋２６の溶接部を外側からショットブラスト処理し、引っ張り残留応力を除去してもよい。
【００２６】
更に、図４（ｂ）に示すように、容器本体１２内から冷却水を完全に抜き取り乾燥させ真空乾燥処理を実施する。次に、胴部１４の上端開口部１１内において、一次蓋２６に重ねて二次蓋２８を装着し、二次蓋２８の上端側周縁部をＴＩＧ溶接により胴部１４の上端部内周面に順次多層盛溶接していく。溶接後、二次蓋２８の溶接部を外側からショットブラスト処理し、引っ張り残留応力を除去する。ついで、耐圧試験、不活性ガス置換を行った後、一次蓋２６の孔を溶接閉塞する。更に、浸透探傷検査あるいは超音波検査等により気密漏洩検査を行い、溶接欠陥の有無を調べる。
【００２７】
続いて、一次蓋２６と二次蓋２８との間の空間における耐圧試験、不活性ガス（ヘリウム等）置換、密封作業を行うことにより、キャニスタ１４の蓋密閉溶接が終了し、使用済燃料を収納したキャニスタ１０が完成する。そして、このように製造されたキャニスタ１０は、図示しない輸送用キャスクに収納され、発電所から中間貯蔵施設まで輸送される。
【００２８】
以上のように構成されたキャニスタの製造方法によれば、胴部１４の溶接部４０ａおよび底壁１６の溶接部４２ａをショットブラスト処理することにより、溶接部に生じた引っ張り残留応力を除去することができる。この際、胴部１４の溶接部４０ａについては、両面側から同時にショットブラスト処理することにより、胴部として比較的薄い金属材料を用いた場合でもショットブラスト処理に起因する変形を防止することが可能となる。従って、胴部１４の歪みを低減し所望の真円度を有した容器本体１２を製造することができる。その結果、容器本体１２の上端開口部１１に対して一次蓋２６および二次蓋２８を確実に溶接し、密閉性の高い所定形状のキャニスタ１０を得ることができる。
【００２９】
また、容器本体の各部を電子ビーム溶接によって溶接することにより、溶接部の歪みを低減し所望形状の容器本体およびキャニスタを得ることができる。更に、ショットブラスト処理によって各溶接部の引っ張り残留応力を除去することにより、応力腐食割れが発生しにくく外部衝撃等を受けた場合でも亀裂が発生しにくく耐衝撃性の高いキャニスタを得ることができる。
【００３０】
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、容器本体の胴部と底壁との間の溶接部は、外面および内面の両側からショットブラスト処理するようにしてもよい。また、キャニスタの各部の寸法は必要に応じて選択可能である。
【００３１】
更に、キャニスタの胴部は、上述した一対の半円筒に限らず、図５に示すように、２対の半円筒４１ａ、４１ｂ、４３ａ、４３ｂを互いに溶接して形成してもよい。
【００３２】
【発明の効果】
以上詳述したように、この発明によれば、引っ張り残留応力に起因する歪みを生じることなく、所定の形状のキャニスタを製造可能な放射性物質を収納するキャニスタの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態に係る製造方法によって製造されるキャニスタを一部破断して示す斜視図。
【図２】上記キャニスタの断面図。
【図３】上記この発明の実施の形態に係るキャニスタの製造工程をそれぞれ示す斜視図および断面図。
【図４】上記製造工程において、キャニスタの容器本体に対して一次蓋および二次蓋を溶接およびショットブラスト処理する工程をそれぞれ示す断面図。
【図５】この発明の他の実施の形態に係る製造方法に用いる部分円筒部材を示す斜視図。
【符号の説明】
１０…キャニスタ
１１…上端開口部
１２…容器本体
１４…胴部
１６…底壁
１８…バスケット
２０…使用済燃料集合体
２４…遮蔽板
２６…一次蓋
２８…二次蓋
４０…半円筒
４０ａ、４２ａ…溶接部

Claims

円筒状の胴部および胴部の一端を閉塞した底壁を有した容器本体と、上記容器本体の上端開口を閉塞する一次蓋および二次蓋と、を備え放射性物質を収納するキャニスタの製造方法において、金属からなる複数の部分円筒部材を互いに溶接して円筒状の胴部を形成する工程と、上記胴部の各溶接部を、胴部の内周面側および外周面側の両側から同時に、あるいは片側からショットブラストする工程と、上記胴部の一端部に底壁を溶接して容器本体を形成する工程と、上記胴部と底壁との間の溶接部を容器本体の外面側からショットブラストする工程と、上記容器本体内に放射性物質を収納した後、容器本体の上端開口部に一次蓋および二次蓋を順に溶接して容器本体を密閉する工程と、上記胴部の各溶接部における溶接欠陥の有無を検査する工程と、上記胴部と底壁との間の溶接部における溶接欠陥の有無を検査する工程と、上記一次蓋および二次蓋の溶接部における溶接欠陥の有無を検査する工程と、上記一次蓋および二次蓋の溶接部を外側からショットブラストする工程と、を備えると共に、上記胴部を形成した後、機械加工により上記胴部の上端部内周面を所定の真円度に形成することにより、上記各蓋の外周面と上記胴部内周面との隙間を２ｍｍ以下とし、上記胴部を真円度１／１６００ないし４／１６００に形成し、電子ビーム溶接あるいはＴＩＧ溶接により、上記胴部の溶接、および胴部と底壁との間の溶接を行い、板厚が１０ないし２０ｍｍの金属板により上記胴部を形成し、上記胴部、底壁、一次蓋、あるいは二次蓋として、Ｃｒ＋３Ｍｏ＞３４％のＳＵＳ３２９Ｊ４Ｌ、ＳＵＳ３２９Ｊ３Ｌ、あるいはＳＵＳ３１７を用いることを特徴とする放射性物質を収納するキャニスタの製造方法。