JP3999427B2 - バスケット、その固定器具 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、燃焼を終えた使用済核燃料集合体を収納、運搬、貯蔵するキャスクを構成するバスケット、バスケットの固定器具に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
原子炉内で所定の燃焼を終え使用できなくなった核燃料集合体を、使用済核燃料という。使用済核燃料は、崩壊熱によって発熱しており、また高レベル放射性物質を多量に含んでいるので、所定の減衰に達するまでの期間、原子力発電所内のプールで冷却される。その後、遮蔽容器であるキャスクに収納され、トラックや船舶等で再処理施設に搬送、貯蔵される。使用済核燃料集合体をキャスク内に収容するにあたっては、バスケットと称する格子状断面を有する保持要素を用いる。この使用済核燃料集合体は、バスケットに形成した複数の収納空間であるセルに１体ずつ挿入され、これによって、輸送中や保管中の振動などに対する適切な保持力を確保している。
【０００３】
このようなキャスクの従来例としては、「原子力ｅｙｅ」（平成１０年４月１日発行：日刊工業出版プロダクション）や特願昭６２−２４２７２５号などにて様々な種類のものが開示されている。
【０００４】
図３５は、キャスクの一例を示す斜視図である。図３６は、図３５に示したキャスクの軸方向断面図である。キャスク３００は、筒形状の胴本体３０１と、胴本体３０１の外周に設けた中性子遮蔽体であるレジン３０２と、その外筒３０３、底部３０４および蓋部３０５から構成されている。胴本体３０１および底部３０４は、γ線遮蔽体である炭素鋼製の鍛造品である。また、蓋部３０５は、ステンレス製等の一次蓋３０６および二次蓋３０７からなる。胴本体３０１と底部３０４は、突き合わせ溶接によって結合してある。一次蓋３０６および二次蓋３０７は、胴本体３０１に対してステンレス製等のボルトによって固定されている。蓋部３０５と胴本体３０１との間には、金属製のＯリングが介在し、内部の気密を保持している。
【０００５】
胴本体３０１と外筒３０３との間には、熱伝導を行う複数の内部フィン３０８が設けられている。内部フィン３０８は、熱伝導効率を高めるため、その材料には銅を用いる。レジン３０２は、この内部フィン３０８によって形成される空間に流動状態で注入され、熱硬化反応等で固化形成する。バスケット３０９は、複数の角パイプ３１０を図３６に示すように束状に集合させた構造であり、胴本体３０１のキャビティ３１１内に緩やかな拘束状態で挿入してある。
【０００６】
角パイプ３１０は、挿入した使用済核燃料集合体が臨界に達しないように中性子吸収材（ホウ素：Ｂ）を混合したアルミニウム合金からなる。なお、キャスク本体３１２の両側には、キャスク３００を吊り下げるためのトラニオン３１３が設けられている（一方のみを図示）。また、キャスク本体３１２の両端部には、内部に緩衝材として木材などを組み込んだ緩衝体３１４が取り付けられている（一方のみを図示）。なお、３１５は使用済核燃料集合体が収容されるセルである。
【０００７】
ところで、軽水型原子力発電には、沸騰水型原子力発電（ＢＷＲ：boiling water reactor）と、加圧水型原子力発電（ＰＷＲ：pressurized water reactor）とがある。上述したキャスク３００は、主として、沸騰水型原子力発電（ＢＷＲ：boiling water reactor）に用いられた使用済核燃料集合体を収容するキャスクである。ＢＷＲ用の核燃料集合体は、図３７に示す構成をもつ。
【０００８】
図３７は、ＰＷＲ用のキャスクの軸方向断面図である。図３７において、ＰＷＲ用のキャスク４００のキャビティ４１１内には、半径方向に延びるプレート４１７を交互に組み合わせて断面が矩形状のセル４１５を形成したバスケット４０９を有する。各プレート４１７は、ＢＷＲ用の角パイプ３１０と同様に、中性子吸収材であるＢ（ホウ素）を混合したアルミニウム合金によって構成される。ただし、各プレート４１７は、冷却水流路４１６の貫通孔、いわゆるウォーターゾーンを有しており、冠水時には、各バスケット４０９内およびこの貫通孔に水を満たすことで、中性子の減速を行い、プレート４１７およびレジン４０２による中性子吸収を効率的に行うようにしている。なお、各バスケット４０９内およびこの冷却水流路４１６に満たされた水は、所定の冷却期間経過後、水抜きが行われ、乾燥される。
【０００９】
冷却水流路４１６を設けたのは、ＰＷＲ用の核燃料集合体のウラン濃縮度が、ＢＷＲ用の核燃料集合体に比して高いこと、およびＰＷＲ用の核燃料集合体のウラン装荷量も多く、核燃料集合体の中性子吸収断面積も大きいため、核燃料集合体を配列した体系の反応度が高くなるためである。ここで、図３７に示す距離ｄｄは、使用済核燃料集合体が未臨界となることを担保する距離であり、ＰＷＲ用の距離ｄｄは、ＢＷＲ用の距離に比して大きな距離を持たせる必要がある。また、各セル４１５の配置が格子状でなく、位置ずれをしているのは、ＢＷＲの使用済核燃料集合体に比してその集合体断面積が大きいＰＷＲ用の使用済核燃料集合体を効率的にキャビティ４１１に配置するためである。
【００１０】
図３８は、ＰＷＲ用のバスケットの組立の一例を示す部分組立斜視図である。図３８に示すＰＷＲ用のバスケットでは、切り欠き部５０２を有したＨ型プレート５０１を用い、この切り欠き部５０２を縦横相互に組み合わせることによってバスケットを形成するものがある。この場合、流路５０３には、キャスクへの燃料取出や装荷の際の冠水時に、中性子減速材としての水が満たされる。なお、このＨ型プレート５０１は、Ｂ（ホウ素）等の中性子吸収材を混合したＡｌ合金によって形成される。
【００１１】
さらに、図３９は、ＰＷＲ用のキャスクに用いられるバスケットの他の部分組立構成図である。図３９に示すバスケットは、Ｈ型プレート６０１の切り欠き部６０２に係合によって組み立てられるが、切り欠き部６０２の係合のみでは、各Ｈ型プレートの上部および下部に位置するＨ型プレートとの位置ずれが生じ、強度上も弱いため、各係合部に貫通する支持棒６０４を介在させ、全てのＨ型プレート６０１の位置ずれが生じないようにしている。
【００１２】
また、図４０は、他のＰＷＲ用のバスケットの部分平面図を示す。図４１は、図４０に示した他のＰＷＲ用のバスケットのＢ−Ｂ線断面図を示す。図４０および図４１において、バスケット７０２は、角パイプによって構成される。バスケット７０２の内部は、ＰＷＲ用の使用済核燃料集合体が挿入される空間であるセル７０１を形成している。支持板７０３は、バスケット７０２に垂直な平面に広がる平板であり、バスケット７０２が挿入される貫通孔を有し、キャビティの断面形状を有し、バスケット７０２を保持する。支持板７０３とバスケット７０２の外部壁面とによって形成される空間は、ウォーターゾーン７０４を形成する。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来のＰＷＲ用キャスクにおけるバスケット構造は、Ｈ型プレート５０１，６０１を格子状に組み合わせているため、形成されたバスケット構造の強度が弱く、必要な強度を得るためには、部材の板厚が厚くなり、構造材が重くなるという問題点があった。
【００１４】
また、Ｈ型プレート５０１，６０１を格子状に組み合わせて形成する作業は、多大な時間と労力とがかかるという問題点があった。
【００１５】
一方、角パイプを用いた従来のＰＷＲ用のバスケット構造は、支持板７０３によって支持するが、この支持板７０３と各バスケット７０２とを個別に溶接する必要があり、バスケットを形成する作業に多大な時間と労力とがかかるという問題点があった。
【００１６】
また、ＢＷＲ用のバスケットに用いる角パイプの構造は、簡単な構造であるため、容易に角パイプを形成することができるが、ＰＷＲ用に角パイプと角パイプとの間にウォーターゾーンを持たせるための部材を角パイプと一緒に組み立てる必要があり、組立作業に多大な時間と労力とがかかるという問題点もあった。
【００１７】
さらに、角パイプによってバスケットを形成する場合、各角パイプは、キャビネット内で密に配置して、崩壊熱の熱伝導性を高める必要があるために、角パイプを高精度に製作するが、各角パイプには製造誤差を含む。この結果、全ての角パイプをキャビネット内に挿入できないこともあり、角パイプの挿入組合せを変えたりして、挿入を何度も繰り返す作業を行う場合が生じ、バスケットの形成に多大な時間と労力がかかるとともに、角パイプの挿入時に変形したり、あるいは角パイプ間に想定以上の隙間が生じ、熱伝導性が悪くなるという問題点があった。
【００１８】
この発明は上記に鑑みてなされたもので、ＰＷＲ用の使用済核燃料集合体を確実に保持できる強度を有したバスケット構造をもち、簡易な構成で伝熱性と未臨界性とを担保することができるバスケット、このバスケットの固定に用いる固定器具を提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１にかかるバスケットは、キャスクのキャビティ内にＰＷＲ用の使用済核燃料集合体の収納を行うバスケットにおいて、ＡｌまたはＡｌ合金粉末に中性子吸収性能をもつＢまたはＢ化合物の粉末がＢ量で１．５重量％以上、９重量％以下添加されたアルミニウム複合材またはアルミニウム合金を押出加工によって成形して外部壁面の長手方向にあり溝を有した中性子吸収成分を含む角パイプを形成し、前記使用済核燃料集合体が挿入可能な矩形の内部断面形状をもつ前記角パイプをキャビティ内に複数挿入し、各外部壁面を相互に隣接させた密な接触状態とすることで前記あり溝の結合によって生成される切欠部分のＶ字突起を有して冠水時にウォーターゾーンとなる空隙部を形成することを特徴とする。
【００２０】
この発明によれば、ＡｌまたはＡｌ合金粉末に中性子吸収性能をもつＢまたはＢ化合物の粉末が添加されたアルミニウム複合材またはアルミニウム合金を押出加工によって成形して外部壁面の長手方向にあり溝を有した中性子吸収成分を含む角パイプを形成し、使用済核燃料集合体が挿入可能な矩形の内部断面形状をもつこの角パイプをキャビティ内に挿入し、各外部壁面を相互に隣接させた密な接触状態とすることであり溝の結合によって生成される切欠部分のＶ字突起を有して冠水時にウォーターゾーンとなる空隙部を形成し、ＰＷＲ用のバスケット構造となるようにしている。
【００２１】
また、請求項２にかかるバスケットの固定器具は、キャスクのキャビティ内に、中性子吸収能を有し、外部壁面の長手方向にあり溝を有した複数の角パイプを隣接配置して格子状セルを構成するように前記角パイプを相互にクランプするバスケットの固定器具において、ボルトと、中央部において前記ボルトが螺合し、上面両側部に前記角パイプの切り欠き部分方向にガイドする第１のガイド機構を有する底板と、前記ボルトの頂部と前記底板との間に介在し、前記ボルトが貫通して前記底板方向に凸のくさび形状を有するとともに、前記切り欠き部分方向の側面にそれぞれ第２のガイド機構を有するくさび部材と、前記第１のガイド機構に嵌合するとともに、一端で前記第２のガイド機構に嵌合し、他端に双方の切り欠き部分を押し広げるＶ字型クランプ溝を有するクランプ部材と、を備え、あり溝によって形成される前記角パイプ間の空隙部に当該固定器具を配置し、前記ボルトの回動によって前記くさび材を底板方向に移動し、この移動によって各クランプ部材が前記第１および第２のガイド機構によって切り欠き部分側にそれぞれ双方向にガイドされ、対向する前記角パイプをクランプすることを特徴とする。
【００２２】
この発明によれば、あり溝によって形成されるバスケット間の空隙部に固定器具を配置し、ボルトの回動によってくさび材を底板方向に移動し、この移動によって各クランプ部材が前記第１および第２のガイド機構によって切り欠き部分側にそれぞれ双方向にガイドされ、対向する角パイプをクランプし、この角パイプ間を密に接合できるようにしている。
【００２３】
また、請求項３にかかるバスケットの固定器具は、上記の発明において、前記ボルトは、その頂部にスリットを有し、前記スリットに挿入して前記ボルトをねじ回すドライバをさらに備えたことを特徴とする。
【００２４】
この発明によれば、ドライバによって、ボルトをねじ回し、これによって、角パイプのクランプを行えるようにしている。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、この発明にかかるバスケット、その固定器具およびその挿入装置並びにその挿入方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００２６】
（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１である角パイプを隣接配置したバスケットの部分断面図である。図２は、この発明の実施の形態１である角パイプの斜視図である。図１および図２において、バスケットは、押出加工によって成形されたＢ（ボロン）−Ａｌ（アルミニウム）材からなる角パイプ２によって構成される。角パイプ２の４つの外部側面には、長手方向にあり溝３ａが形成される。したがって、図１に示すように、各角パイプ２を隣接配置すると、各角パイプ２間の長手方向側面には、空隙部３が形成される。また、各角パイプ２のコーナ部分では、切り欠き部分の側面によって各角パイプ２が密接に結合した状態を形成する。なお、角パイプ２内には、使用済の核燃料集合体１が収納される。
【００２７】
図１に示した隣接配置の関係をもって、キャスクのキャビティ内に各角パイプ２により構成されるバスケットが挿入されるが、この隣接配置の状態を保持するため、各角パイプ２間は、空隙部３を利用し、後述するバスケットの固定器具を用いて密に固定される。
【００２８】
なお、角パイプ２には、ＡｌまたはＡｌ合金粉末に中性子吸収性能をもつＢまたはＢ化合物の粉末を添加したＡｌ複合材またはＡｌ合金を用いるが、中性子吸収材としては、ボロンの他にカドミウムを用いることができる。
【００２９】
ここで、図３に示すフローチャートを参照して、バスケットを構成する角パイプの製造方法について説明する。まず、アトマイズ法などの急冷凝固法によってＡｌまたはＡｌ合金粉末を作製する（ステップＳ１０１）とともに、ＢまたはＢ化合物の粉末を用意し（ステップＳ１０２）、これら両粒子をクロスロータリーミキサー等によって１０〜２０分間混合する（ステップＳ１０３）。
【００３０】
ＡｌまたはＡｌ合金には、純Ａｌ地金、Ａｌ−Ｃｕ系Ａｌ合金、Ａｌ−Ｍｇ系Ａｌ合金、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系Ａｌ合金、Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系Ａｌ合金、Ａｌ−Ｆｅ系Ａｌ合金などを用いることができる。また、ＢまたはＢ化合物には、Ｂ4Ｃ、Ｂ2Ｏ3などを用いることができる。ここで、Ａｌに対するボロンの添加量は、１．５重量％以上、９重量％以下とするのが好ましい。１．５重量％以下では十分な中性子吸収性能が得られず、９重量％を超えると引っ張りに対する延びが低下するためである。
【００３１】
つぎに、混合粉末をラバーケース内に封入し、ＣＩＰ（Cold Isostatic Press）によって常温で全方向から均一に高圧をかけ、粉末成形を行う（ステップＳ１０４）。ＣＩＰの成形条件は、成形圧力を１００〜２００ＭＰａとし、成形品の直径が６００ｍｍ、長さ１５００ｍｍになるようにする。ＣＩＰによって全方向から均一に圧力を加えることによって、成形密度のばらつきが少ない高密度な成形品を得ることができる。
【００３２】
続いて、粉末成形品を缶に真空封入し、３００℃まで昇温する（ステップＳ１０５）。この脱ガス工程によって缶内のガス成分および水分を除去する。つぎの工程では、真空脱ガスした成形品をＨＩＰ（Hot Isostatic Press）によって再形成する（ステップＳ１０６）。ＨＩＰの成形条件は、温度４００℃〜４５０℃、時間３０ｓｅｃ、圧力６０００ｔｏｎとし、成形品の直径が４００ｍｍになるようにする。続いて、缶を除去するために外削、端面削を施し（ステップＳ１０７）、ポートホール押出機を用いてビレットを熱間押出しする（ステップＳ１０８）。この場合の押出条件として、加熱温度を５００℃〜５２０℃、押出速度を５ｍ／ｍｉｎとする。なお、この条件は、Ｂの含有量によって適宜変更する。また、上述した工程のうち、要求される品質に合わせて、たとえばＣＩＰを省略する等の工程の簡略化を行うようにしてもよい。
【００３３】
つぎに、押出成形後、引張矯正を施す（ステップＳ１０９）とともに、非定常部および評価部を切断し、図２に示した製品とする（ステップＳ１１０）。
【００３４】
なお、この角パイプ２の他の製造方法として、本願出願人により平成１１年５月２７日付け（「バスケット及びキャスク」）で既に出願済みのものがあるから、そちらを参照して製造してもよい。
【００３５】
この角パイプ２では、ＰＷＲ用のバスケットに必要なウォーターゾーンとしての空隙部３をバスケットの長手方向側面の密な接触によって形成できるので、キャビティの形状に容易に組み立てることができる。
【００３６】
つぎに、図４および図５を参照して、バスケットの固定器具およびドライバについて説明する。図４は、固定器具１０の構成を示す図であり、図４（ａ）は、固定器具１０の平面図であり、図４（ｂ）は、固定器具１０の正面図であり、図４（ｃ）は、固定器具１０の右側面図である。また、図５は、固定器具１０とドライバ２０との関係を示す図であり、図５（ａ）は、ドライバ２０の正面図であり、図５（ｂ）は、ドライバ２０の左側面図であり、図５（ｃ）は、固定器具１０の正面図である。
【００３７】
図４に示す固定器具１０は、図１に示した空隙部３に配置され、各角パイプ２をクランプして固定する器具である。図４において、ボルト４は、くさび５が有する貫通孔を介して底板７に螺合する。底板７は、中央部においてボルト４と螺合し、上面両側部に長手方向にガイドするガイド８を有する。二つのクランプ６は、その底面において、それぞれ底板７のガイド８に嵌合する、あり溝を有してガイド機構を構成するとともに、内側側面にガイド９を有し、このガイド９に嵌合するくさび５の側面に有する、あり溝に対してガイド機構を構成する。くさび５は、底板７側を凸とするくさび形状を有する。
【００３８】
ボルト４の回動によってボルト４は上下運動するが、ボルト４が下降すると、これに伴ってくさび５も下降し、ガイド９のガイド機構によってクランプ６は押し広げられる。一方、クランプ６は、底板７のガイド８によるガイド機構によって押し広げられる方向がそれぞれ外側に向けられる。したがって、ボルト４の回転によって、くさび５が下降し、クランプ６が外側に押し広げられることになる。
【００３９】
図５において、ボルト４を回転させるためドライバ２０は、操作軸２０ａとこの操作軸の軸方向に結合したボルト回転金具２０ｂとで構成される。ボルト回転金具２０ｂは、プロペラ状に加工されている。スリット４ａは、ボルト回転金具２０ｂの先端が回転された形状の切れ込みを有し、ドライバ２０による回転操作を容易にしている。
【００４０】
図６は、固定器具１０による角パイプ２に対するクランプ動作を示す図である。図６において、固定器具１０は、隣接配置された角パイプ２間に形成される空隙部３に配置される。クランプ６の先端は、Ｖ字形状をなし、角パイプ２の切り欠き部分の突起に対応した形状をもつため、ボルト４の回転によってクランプ６が押し広げられると、対向する空隙部３に配置された固定器具１０のクランプ６の押し広がりに伴って、角パイプ２ａ，２ｂと角パイプ２ｃ，２ｄとをクランプし、面Ｓａが密に接合される。この場合、クランプ６の先端は、切り欠き部分の突起に対応したＶ字形状であるため、角パイプ２ａ，２ｂあるいは角パイプ２ｃ，２ｄがずれることを防止し、一連の面Ｓｂに対するクランプが実行される。
【００４１】
同様にして、角パイプ２ａ，２ｃおよび角パイプ２ｂ，２ｄの間に形成される各空隙部３に配置された固定器具１０のクランプによって面Ｓａも密に接合されることなる。この結果、角パイプ２ａ〜２ｄは、切り欠き部分において密に結合され、角パイプ間における高い熱伝導性を保持できる。
【００４２】
なお、空隙部３は、特にＰＷＲ用のキャスクの場合に軽水を満たすウォーターゾーンとして用いることができる。ＰＷＲでは、ウランの濃縮度が高いため、未臨界に維持する際、軽水による中性子の減速を行い、角パイプに含まれるボロンによる中性子の減衰、吸収を効率よく行わせることができる。また、クランプ６の両端のＶ字溝にさらに凹部を設け、これによって冠水時の水抜けを容易にするとともに、あり溝とのなじみを良くするようにしてもよい。
【００４３】
この実施の形態１のバスケットによれば、外部側面にあり溝３ａをもたせた形状をもつ角パイプ２を隣接配置するという簡易な構成によって、中性子の減衰、吸収効果と、十分な熱伝導性を得ることができるとともに、空隙部３をウォーターゾーンとして利用することもできる。また、この実施の形態１によれば、あり溝によって生成される切り欠き部分の突起形状を有効活用して角パイプをクランプしているので、簡易な構成によって隣接する角パイプ２の結合を確実に行うことができる。
【００４４】
（実施の形態２）
つぎに、この発明の実施の形態２について説明する。図７は、この発明の実施の形態２であるバスケットの径方向断面の一部を示す図である。図７において、バスケットは、角パイプ１２の外部側面どうしが互いに結合されて構成される。なお、各角パイプ１２の長手方向の長さは、同一である。角パイプ１２には、使用済の核燃料集合体１１が挿入されて収納されるように、ある程度のクリアランスが設けられたセルを形成し、その断面形状は矩形である。なお、角パイプ１２の内部断面形状は、矩形に限らず、たとえば各種の多角形形状であってもよいし、角パイプ１２の外部断面形状も、矩形に限らず、各種の多角形形状であってもよい。
【００４５】
各角パイプ１２の外部側面には、複数の切り欠き部１４が形成される。この切り欠き部１４は、各角パイプ１２の外部側面どうしが隣接配置され、向き合って結合されるので、空隙部１３を形成する。この空隙部１３は、各角パイプ１２の外部側面に設けられた切り欠き部１４に対応する個数分、形成される。図７では、各外部側面の係合面において、二つの空隙部１３が形成されている。切り欠き部１４以外の外部側面には、長手方向に延びる突起部１５およびコーナー部分が形成される。この突起部１５およびコーナー部分は、各角パイプ１２の結合時に係合し、熱伝導性を確保するとともに、各角パイプ１２間の機械的強度を保持することになる。特に、角パイプ１２が水平状態にある場合、核燃料集合体１１が、角パイプ２を形成する４面のうちの一つの面に荷重されるが、この場合に突起部１５どうしの係合によって一層強度が増し、核燃料集合体１１を確実に保持することができる。
【００４６】
一方、角パイプ１２は、ＡｌまたはＡｌ合金粉末に中性子吸収性能をもつＢ（ボロン）またはＢ化合物の粉末を添加したアルミニウム複合材またはアルミニウム合金によって構成される。また、空隙部１３および角パイプ１２内には、使用済の核燃料集合体１１の冷却期間において、水が満たされ、核燃料集合体１１から放射される中性子を減速させ、角パイプ１２内に添加されたＢによる中性子吸収を効率的に行わせる。これによって、核燃料集合体１１間における未臨界を担保するための距離を保持することができる。
【００４７】
つぎに、図８を参照して、この実施の形態２の変形例について説明する。図８は、この発明の実施の形態２の変形例であるバスケットの径方向断面の一部を示す図である。図８に示すバスケットは、図７に示した角パイプ１２と同様に、角パイプ２２の外部側面どうしが互いに結合された状態で、各外部側面間に複数の空隙部２３を形成する。図８に示す角パイプ２２が、図７に示した角パイプ１２と異なる点は、突起部２５およびコーナー部分が結合に互いに嵌合するように、その断面が凹凸形状となっている点である。この凹凸形状は、各角パイプ２２の結合時にそれぞれ対応して嵌合する形状となっている。この変形例によれば、さらに各角パイプ２２間の位置ずれをなくすことができ、角パイプ２２の結合状態を一層強くすることができる。
【００４８】
（実施の形態３）
つぎに、この発明の実施の形態３について説明する。上述した実施の形態１，２では、いずれも角パイプを互いに係合させてバスケットを形成するようにしていたが、この実施の形態３では、板状部材を互いに係合させてバスケットを形成するようにしている。
【００４９】
図９は、この発明の実施の形態３であるバスケットの径方向断面の一部を示す図である。図９において、板状部材３２は、その短辺端面を貫通する貫通孔である空隙部３３を複数有し、図９では、三つの空隙部３３を有する。板状部材３２の両長辺端部は、断面が三角であり、最端部が直角をなす。複数の板状部材３２は、両長辺端部を互いに９０度の角度をもって密に係合させることができ、この係合によって、核燃料集合体３１が挿入されるセルを形成する。なお、キャスクの底板には、各板状部材３２の配置位置に対応した凹部が形成されおり、この凹部に各板状部材３２がはめ込まれるようになっており、板状部材３２を用いたバスケット組立を容易に行えるようにしてもよい。
【００５０】
図１０は、図９に示したバスケットの部分拡大図である。図１０において、板状部材３２の両長辺端部は、その断面が９０度単位の回転対称形状であり、係合面３７を「×」状に形成して密に係合する。また、ウォーターゾーンとしての空隙部３３の形成に伴って、結合部３６が形成される。核燃料集合体３１の垂直荷重は、各板状部材３２の上辺部３４と下辺部３５とによって支持されるが、空隙部３３の間の結合部３６によって上辺部３４と下辺部３５とが結合されて構造強度が増しているため、確実に核燃料集合体３１を保持することができる。なお、板状部材３２の厚さｄは、核燃料集合体３１が未臨界となることを担保する距離である。
【００５１】
一方、板状部材３２は、ＡｌまたはＡｌ合金粉末に中性子吸収性能をもつＢまたはＢ化合物の粉末を添加したアルミニウム複合材またはアルミニウム合金によって構成される。また、空隙部３３、および板状部材３２によって形成される格子状セル内には、使用済の核燃料集合体３１の冷却期間において、水が満たされ、核燃料集合体３１から放射される中性子を減速させ、板状部材３２内に添加されたＢによる中性子吸収を効率的に行わせる。これによって、核燃料集合体３１間における未臨界を担保するための距離を保持することができる。
【００５２】
つぎに、この実施の形態３における第１の変形例について説明する。図１１は、この発明の実施の形態３における第１の変形例であるバスケットの径方向断面の一部を示す図である。図１１に示した板状部材４２は、板状部材３２と同じ外部形状を有するが、空隙部４３の形状が異なる。すなわち、この第１の変形例では、空隙部３３をさらに断面を斜めに二分割し、三角柱の空隙部４３としている。この結果、一つの板状部材に対して倍の個数の空隙部４３が形成されるとともに、結合部３６に対応する垂直結合部４６に加えて、斜め結合部４８が新たに形成される。このため、実施の形態３の板状部材３２に比して、さらに強度の高い板状部材４２とすることができる。
【００５３】
つぎに、この実施の形態３における第２の変形例について説明する。図１２は、この発明の実施の形態３における第２の変形例であるバスケットの径方向断面の一部を示す図である。図１２において、板状部材５２は、板状部材３２と同様に三つの空隙部５３を有するが、板状部材５２の両長辺端部が、その断面を９０度単位の回転対称形状とし、係合面５７を「卍」状に形成して密に係合する点が、板状部材３２と異なる。この「卍」状の係合面５７によって各板状部材５２間の位置ずれを小さくすることができる。
【００５４】
また、図１３は、この発明の実施の形態３における第３の変形例であるバスケットの径方向断面の一部を示す図である。図１３において、板状部材６２は、板状部材３２と同様に三つの空隙部６３を有するが、板状部材６２の両長短部が、その断面を９０度単位の回転対称形状とし、係合面６７の内部を「卍」状に形成するとともに、「卍」状の周囲を半円状に形成して密に係合する点が、板状部材３２と異なる。この係合面６７の形状によって各板状部材６２間の位置ずれをさらに小さくすることができる。
【００５５】
この実施の形態３によれば、板状部材の両長辺端部を係合させて組み合わせることによってバスケットを形成するとともに、各板状部材に複数の空隙部を設けるようにしているので、簡易な部材によってバスケットを形成することができるとともに、空隙部間の結合部によって板状部材の強度を増すことができる。また、各板状部材の係合面の断面形状を「卍」状等の形状とすることによって各板状部材間の位置ずれを小さくすることができる。
【００５６】
（実施の形態４）
つぎに、この発明の実施の形態４について説明する。上述した実施の形態３では、係合面の断面形状を９０度単位の回転対称形状として各板状部材を格子状に係合してバスケットを形成するようにしていたが、この実施の形態４では、さらに、各板状部材が互いに位置ずれしないように拘束して係合させるようにしている。
【００５７】
図１４は、この発明の実施の形態４であるバスケットの径方向断面の一部を示す図である。図１４において、板状部材７２は、その短辺端面を貫通する貫通孔である空隙部７３を複数有し、図１４では、二つの空隙部７３を有する。板状部材７２の両長辺端部は、係合面７７の断面形状を９０度単位の回転対称形状にするとともに、各板状部材７２間の係合面７７に、先太りの断面形状を持たせるようにしている。この結果、各板状部材７２の両長辺端部は、確実に係合し、位置ずれもなくなる。各板状部材７２を格子状に係合させる場合、たとえば４つの板状部材７２のうちの三つの板状部材７２をまず係合させ、残る一つの板状部材７２を長手方向（軸方向）からスライドさせて挿入し、係合を完了させる。
【００５８】
この板状部材７２は、実施の形態３と同様に、空隙部７３の形成に伴って、結合部７６が形成される。核燃料集合体７１の垂直荷重は、各板状部材７２の上辺部７４と下辺部７５とによって支持されるが、空隙部７３の間の結合部７６によって上辺部７４と下辺部７５とが結合されて構造強度が増しているため、確実に核燃料集合体７１を保持することができる。
【００５９】
一方、板状部材７２は、ＡｌまたはＡｌ合金粉末に中性子吸収性能をもつＢまたはＢ化合物の粉末を添加したアルミニウム複合材またはアルミニウム合金によって構成される。また、空隙部７３、および板状部材７２によって形成される格子状セル内には、使用済の核燃料集合体７１の冷却期間において、水が満たされ、核燃料集合体７１から放射される中性子を減速させ、板状部材７２内に添加されたＢによる中性子吸収を効率的に行わせる。これによって、核燃料集合体７１間における未臨界を担保するための距離を保持することができる。
【００６０】
つぎに、この実施の形態４における変形例について説明する。図１５は、この発明の実施の形態４における変形例であるバスケットの径方向断面の一部を示す図である。図１５に示した板状部材８２は、板状部材７２と同様に、係合面８７の断面形状を９０度単位の回転対称形状にするとともに、各板状部材８２間の係合面８７に、先太りの断面形状を持たせるようにしているが、先太りの断面形状が円形に近いため、各板状部材８２の係合は、全て長手方向（軸方向）からスライドさせて係合させる必要がある。この結果、各板状部材８２の係合をさらに確実に行うことができ、各板状部材８２間の位置ずれを確実になくすことができる。
【００６１】
この実施の形態４によれば、板状部材の両長辺端部を互いに拘束させた係合組合せを行うことによってバスケットを形成するとともに、各板状部材に複数の空隙部を設けるようにしているので、各板状部材間の位置ずれを確実になくすことができるとともに、空隙部間の結合部によって板状部材の強度を増すことができる。
【００６２】
（実施の形態５）
つぎに、この発明の実施の形態５について説明する。上述した実施の形態３，４では、係合面の断面形状を９０度単位の回転対称形状として各板状部材を格子状に係合してバスケットを形成するようにしていたが、この実施の形態５では、係合面を長手方向のテーパ面として係合するようにしている。
【００６３】
図１６は、この発明の実施の形態５であるバスケットを構成する板状部材の平面図である。この実施の形態５では、２種類の板状部材を組み合わせてバスケットを構成する。図１６（ａ）は、一つの板状部材９２ａの平面図であり、図１６（ｂ）は、他の板状部材９２ｂの平面図である。板状部材９２ａ，９２ｂは、その短辺端面を貫通する貫通孔である複数の空隙部９３ａ，９３ｂをそれぞれ有する。板状部材９２ａ，９２ｂの長辺端部は、その断面がそれぞれ対応して互いに拘束して係合する形状となっているとともに、テーパ部９４，９５を有する。テーパ部９４は、長手方向に沿い下方に向かって先細りとなるテーパ形状をなし、テーパ部９５は、これに対応し、長手方向に沿い上方に向かって先細りとなるテーパ形状をなす。ただし、テーパ部は必要に応じて省略することもできる。
【００６４】
図１７は、板状部材９２ａ，９２ｂを組み合わせた状態を示す図である。図１７に示すように、バスケットは、二つの板状部材９２ａと二つの板状部材９２ｂとを用いて組み合わせる。板状部材９２ｂの組合せによってバスケットの一面が形成され、これに直交するバスケットの面が板状部材９２ａの組合せによって形成される。組合せは、まず板状部材９２ｂの長辺端部を当接させた状態にし、この状態で板状部材９２ａを上部からスライドさせて挿入することによって格子状セルが完成する。
【００６５】
図１８は、係合状態を示すＡ−Ａ線断面図である。図１８に示すように板状部材９２ａと板状部材９２ｂとの間には、テーパ部９４，９５との係合面であるテーパ面９６が形成される。これにより、板状部材９２ａが板状部材９２ｂ間の結合を強固にするテーパとして機能するとともに、板状部材９２ａ自体も強固に結合されることになる。
【００６６】
この実施の形態５によれば、板状部材の長辺端部に互いに係合するテーパ部を設けるようにしているので、一層強固に結合したバスケットを構成することができる。
【００６７】
（実施の形態６）
つぎに、この発明の実施の形態６について説明する。上述した実施の形態３，４では、係合面の断面形状を９０度単位の回転対称形状として各板状部材を格子状に係合してバスケットを形成するようにしていたが、この実施の形態６では、係合面の塑性変形によって板状部材間の結合強度をさらに高めている。
【００６８】
図１９は、この発明の実施の形態６であるバスケットを構成する板状部材の平面図であり、塑性変形による形状変化前後の状態を示す図である。図１９（ａ）は、塑性変形前における板状部材間の係合状態を示し、図１９（ｂ）は、塑性変形後における板状部材間の係合状態を示している。この板状部材１０２は、実施の形態３〜５と同様に、複数の空隙部１０３を有する。図１９（ａ）に示すように、各板状部材１０２の長辺端部の断面形状は、一部が凸部となり、９０度単位で回転対称形状であり、長辺端部どうしは、互いに係合される。係合面１０７間に間隙部１０４が形成されるとともに、間隙部１０４の近傍に流体受入穴１０１を有する。この流体受入穴１０１は、一短辺端部を開口とし、他短辺端部側近傍に至るまで長手方向に沿って設けられている。なお、他短辺端部側も開口とし、治具等で高圧流体の注入時のみ、この他短辺端部側の開口を閉成するようにしてもよい。
【００６９】
流体受入穴１０１には、その後高圧流体が注入され、間隙部１０４と流体受入穴１０１間の近傍を塑性変形し、間隙部１０４を埋める形状となる。また、流体受入穴１０１は、塑性変形によって断面が楕円形状の流体受入穴１０１ａとなる。この結果、間隙部１０４が狭まり、板状部材１０２間を互いに拘束する係合面が形成され、板状部材１０２は互いに密に結合されることになる。なお、図１９では、間隙部１０４がその断面形状を三角形状としているが、当初から間隙部１０４側に凸の形状を持たせるようにしてもよい。この形状の場合は、板状部材１０２間を互いに拘束する形状であるため、板状部材１０２間の係合は、長手方向からスライドさせて行うことになる。
【００７０】
なお、板状部材１０１は、ＡｌまたはＡｌ合金粉末に中性子吸収性能をもつＢまたはＢ化合物の粉末を添加したアルミニウム複合材またはアルミニウム合金によって構成される。この場合、アルミニウムは伸びが大きいので塑性変形が容易であり、板状部材１０１として好適である。
【００７１】
この実施の形態６によれば、板状部材１０２に設けられた流体受入穴１０１に高圧流体を注入して係合面１０７を塑性変形させ、これによって板状部材１０２間を互いに拘束し、結合強度を一層高めることができる。
【００７２】
（実施の形態７）
つぎに、この発明の実施の形態７について説明する。上述した実施の形態３〜６では、いずれも板状部材の長辺端部形状を用い、互いに結合させてバスケットを構成するようにしていたが、この実施の形態７では、新たに結合部材を用いて各板状部材間を結合させるようにしている。
【００７３】
図２０は、この発明の実施の形態７であるバスケットの結合状態を示す一部平面図である。図２０において、板状部材１１２は、実施の形態３〜６と同様に、複数の空隙部１１３を有する。結合部材１１０は、各板状部材１１２の長辺端部を拘束させて係合させる断面形状を有する柱状部材である。板状部材１１２の長辺端部は、結合部材１１０の形状に対応した形状を有し、結合部材１１０の断面形状が先太り形状となる一部円柱状の突起部が挿入される形状となっている。また、結合部材１１０の一部円柱状の突起部以外の係合面は、隣接する板状部材１１２と互いに係合するようになっている。
【００７４】
図２０に示すバスケット形状を構成する場合、板状部材１１２をまず係合させ、その後、結合部材１１０を上部から挿入することによって、各板状部材１１２間の係合を強固にする。なお、図２０では、結合部材１１０側に先太りの突起部を設けるようにしていたが、逆に、板状部材１１２側に先太りの突起部を設けるようにしてもよい。
【００７５】
図２１〜図２３は、この発明の実施の形態７の第１の変形例から第３の変形例であるバスケットの結合状態を示す一部平面図である。図２０に示した結合部材１１０の断面形状は、円形の先太り形状であったが、図２１〜図２３に示す結合部材１２０，１３０，１４０の断面形状は、台形の先太り形状としている。また、図２２に示す結合部材１３０の断面形状は、図２１に示した結合部材１２０の断面形状を全体に縮小した形状としている。また、図２３に示す結合部材１４０の断面形状は、図２１に示した結合部材１２０の断面形状における台形の高さを低くした形状としている。結合部材１１０〜１４０のいずれも、その断面形状を先太りとしている点で共通する。
【００７６】
この実施の形態７によれば、断面形状が先太り形状をもつ突起部を有した結合部材を新たに設けて、各板状部材の係合を拘束するようにしているので、板状部材の形状を複雑にしなくても、簡易な構成によって板状部材間の結合強度を高めることができる。
【００７７】
（実施の形態８）
つぎに、この発明の実施の形態８について説明する。上述した実施の形態７では、結合部材を用いて各板状部材間の結合を行うようにしていたが、この実施の形態８では、さらに実施の形態５に対応させて、係合面をテーパ面としている。ただし、テーパ部は必要に応じて省略してもよい。
【００７８】
図２４は、この発明の実施の形態８であるバスケットを構成する板状部材と結合部材の平面図である。図２４（ａ）は、板状部材１５２の平面図を示し、図２４（ｂ）は、結合部材１５０の平面図である。板状部材１５２は、実施の形態３〜７と同様に、複数の空隙部１５３を有する。板状部材１５２は、長辺端部が結合部材１５０に対応する形状を有し、上部側を先細りとするテーパ部１５４を有する。一方、結合部材１５０は、板状部材１５２の長辺端部を拘束して係合させるために、断面形状が先太り形状となる突起部を四方に有するとともに、テーパ部１５４に係合するテーパ部１５５を有する。
【００７９】
板状部材１５２および結合部材１５０を用いて、図２５に示すバスケット形状を構成する。この場合、板状部材１５２をまず格子状に係合させ、その後、係合部分に結合部材１５０を上部から挿入することによって、各板状部材１１２間の係合を強固にする。ここで、テーパ部１５４，１５５のテーパ面が係合することになる。なお、テーパ面が逆になるように板状部材１５２と結合部材１５０とのテーパ部１５４，１５５を形成するようにしてもよい。この場合、結合部材１５０間に板状部材１５２を挿入してバスケットを形成することになる。
【００８０】
この実施の形態８によれば、断面形状が先太り形状をもつ突起部とテーパ部とを有した結合部材を新たに設け、この結合部材のテーパ部と板状部材のテーパ部とをテーパ面によって結合するようにしているので、板状部材間の結合強度を高めることができる。ただし、テーパ部１５４，１５５は必要に応じて省略してもよい。
【００８１】
（実施の形態９）
つぎに、この発明の実施の形態９について説明する。上述した実施の形態７，８では、結合部材を用いて各板状部材間の結合を行うようにしていたが、この実施の形態８では、さらに実施の形態６に対応させて、結合部材に流体受入穴を設け、この流体受入穴に高圧流体を注入することによって各板状部材間の結合を行うようにしている。
【００８２】
図２６は、この発明の実施の形態９であるバスケットを構成する板状部材と結合部材の塑性変形前後の結合状態を示す図である。図２６（ａ）は、塑性変形前の結合状態を示し、図２６（ｂ）は、塑性変形後の結合状態を示す図である。結合部材１６０は、隣接する板状部材１６２の係合面に対応して延びるスター状の断面形状をなし、先太り突起形状を有する。板状部材１６２は、突起形状の間の凹部形状に係合される。結合部材１６０の突起形状部分には、高圧流体が注入される流体受入穴１６１が長手方向に沿って形成される。この流体受入穴１６１は、一短辺端部を開口とし、他短辺端部側近傍に至るまで長手方向に沿って設けられている。なお、他短辺端部側も開口とし、治具等で高圧流体の注入時のみ、この他短辺端部側の開口を閉成するようにしてもよい。
【００８３】
また、結合部材１６０は、流体受入穴１６１の近傍の両係合面に、この係合面に垂直な方向に延びる半円突起形状を有する。一方、板状部材１６２の長辺端部であって、結合部材１６０の半円突起形状に対応した凹部形状をなし、半円突起形状と凹部形状との間に間隙部１６４を形成する。
【００８４】
この状態において、流体受入穴１６１の開口部から高圧流体を注入すると、流体受入穴１６１の拡開によって流体受入穴１６１の近傍が間隙部１６５を狭めるように塑性変形し、流体受入穴１６１は、楕円形状の流体受入穴１６１ａとなる。この結果、結合部材１６０と板状部材１６２とが互いに拘束された状態で強固に結合される。なお、板状部材１６１および結合部材１６０は、ＡｌまたはＡｌ合金粉末に中性子吸収性能をもつＢまたはＢ化合物の粉末を添加したアルミニウム複合材またはアルミニウム合金によって構成される。この場合、アルミニウムは伸びが大きいので塑性変形が容易であり、板状部材１６２および結合部材１６０として好適である。
【００８５】
この実施の形態９によれば、結合部材１６０を用いて板状部材１６２を結合する際、結合部材１６０に設けられた流体受入穴１６１に高圧流体を注入して塑性変形させ、これによって板状部材１６２と結合部材１６０とを互いに拘束することができる。
【００８６】
なお、上述した実施の形態３〜９において示した板状部材の長辺端部形状および結合部材の形状は、４つの板状部材を結合する全ての方向に同じ形状とするようにしたが、各結合部位毎に異なる形状を適宜組み合わせるようにしてもよい。たとえば、実施の形態７で示した図２０の板状部材１１２を図上、上下方向に用い、図２２の板状部材１３２を図上、左右方向に用い、結合部材として図上、上下方向には結合部材１１０の形状にし、左右方向には結合部材１３０の形状にした結合部材を新たに形成すればよい。
【００８７】
（実施の形態１０）
つぎに、この発明の実施の形態１０について説明する。キャスクのキャビティ内に角パイプが隣接配置されたバスケットを挿入してバスケット全体を形成する場合、角パイプの製造誤差があることから、全ての角パイプが挿入しきれない場合があり、全ての角パイプが挿入される組合せを見い出すまでに時間と労力がかかった。一方、角パイプどうしは熱伝導性を確保するため、キャビティ内で密に配置させることが要求される。
【００８８】
そこで、この実施の形態１０では、図２７に示すように、バスケットを構成する角パイプ１７１を収縮させた収縮角パイプ１７２を用意しておく。この収縮角パイプ１７２の収縮処理は、角パイプ１７１の外部壁面に対して圧力をかけることによって行うことができる。角パイプ１７１は、ＡｌまたはＡｌ合金粉末に中性子吸収性能をもつＢまたはＢ化合物の粉末を添加したアルミニウム複合材またはアルミニウム合金によって構成される。アルミニウムは伸びが大きいので塑性変形が容易であり、収縮角パイプ１７２の形成に好適である。角パイプ１７１の断面形状が正方形で縦および横の長さが「Ａ」である場合、収縮バスケットの縦および横の長さが「Ｂ」となる場合、膨張代αは、α＝Ａ−Ｂとなる。
【００８９】
バスケット全体を形成する場合、たとえば図２８に示すように、キャビネット内の断面中央に挿入すべき角パイプ以外の全ての角パイプ１７１をキャビネット内に挿入する。その後、収縮角パイプ１７２を、キャビネット内の断面中央に挿入する。収縮角パイプ１７２は、膨張代αを有するため、容易に挿入することができる。
【００９０】
その後、高圧流体によって収縮角パイプ１７２の内壁面を拡開し、角パイプ１７１とほぼ同じ形状の拡管角パイプ１７３を形成する。これによって、各角パイプ１７１は、拡管角パイプ１７３の拡開によって互いに密に結合することになる。
【００９１】
この収縮角パイプ１７２の拡開は、図２９および図３０に示す拡管装置によって行うことができる。図２９は、拡管装置の拡管部１９０の概要構成を示す断面図である。また、図３０は、拡管部１９０の詳細構成および拡管装置の全体構成を示す図である。収縮角パイプ１７２における核燃料集合体の挿入側開口部は、トッププレート１８１によって、この挿入側開口部を閉成する。一方、他端の開口部は、エンドプレート１８２によって閉成される。タイロッド１８３は、トッププレート１８１およびエンドプレート１８２の各中央部を貫き、トッププレート１８１およびエンドプレート１８２の位置を保持し、固定する。収縮バスケット１７２、トッププレート１８１およびエンドプレート１８２によって画成される内部空間は、伸縮可能な部材、たとえばゴム袋１８４によって包まれる。
【００９２】
タイロッド１８３のトッププレート１８１側には、ゴム袋１８４と外部空間とを連通する貫通孔を有する。また、タイロッド１８３内には、長手方向に沿ってヒータ１８５が配線され、ヒータ１８５は、外部の電源１８９に接続される。一方、タイロッド１８３の貫通孔には、高圧流体が供給される管が接続される。高圧流体は、図示しない高圧流体源から供給され、昇圧装置１８６によって昇圧された高圧流体が貫通孔を介してゴム袋１８４の内部空間に供給される。ゴム袋１８４の内部空間に対する高圧流体の供給を制御するために、貫通孔と昇圧装置１８６との間に、圧力指示計１８７と弁１８８ａとリリーフ弁１８８ｂとが設けられる。高圧流体の供給制御を行う操作者は、圧力指示計１８７が示す圧力をもとに、弁１１８ａで高圧流体を供給し、リリーフ弁１８８ｂによる減圧を行うことによって、ゴム袋１８４の内部空間に供給される高圧流体の圧力量を制御する。この高圧流体の圧力量制御によって、ゴム袋１８４内には高圧流体が満たされ、収縮角パイプ１７２の内部壁面に圧力がかかり、収縮角パイプ１７２が拡管し、拡管角パイプ１７３の形状に塑性加工される。
【００９３】
なお、拡管装置の設計圧力の上限圧力によっても、収縮角パイプ１７２の拡管が完了しない場合には、さらに電源１８９によってヒータ１８５に通電し、ゴム袋１８４内に満たされた高圧流体を加熱する。この加熱によって高圧流体は、さらに圧力が昇圧され、加熱温度に対応した拡管を行うことができる。すなわち、ヒータ１８５を用いて、収縮角パイプ１７２の拡管処理の補助を行う。
【００９４】
ところで、収縮角パイプ１７２の拡管は、ゴム袋１８４の内部空間形状から、収縮角パイプ１７２の端部、すなわちトッププレート１８１側とエンドプレート１８２側は拡管し難く、拡管角パイプ１７３は両端部が先細り形状となる。この先細り形状をもった拡管角パイプ１７３では、開口部の開口が十分でないため、核燃料集合体を挿入することができない。なお、図３１に示すように、核燃料集合体１８０の先端部である下部タイプレート１８０ａは、先細り形状であるため、拡管角パイプ１７３のエンドプレート１８２側は先細り形状のままであっても支障ない。また、キャビティ内で角パイプ間の隙間が設定より大きい箇所に対して、この拡管装置を用いれば、バスケット間の隙間を所望の隙間に修正することができる。
【００９５】
拡管角パイプ１７３のトッププレート１８１側は、図３２に示す拡管治具２００を用いて拡管する。図３２は、拡管角パイプ１７３のトッププレート１８１側の拡管治具２００が配置された状態の斜視図である。また、図３３は、拡管治具２００が配置された状態の部分断面図である。
【００９６】
拡管治具２００を用いてトッププレート１８１側の先細り形状を拡管する場合、まず拡管装置を取り外し、トッププレート１８１側の開口部に拡管治具２００を配置する。拡管治具２００は、押し板２０２，２０３と、各押し板２０２，２０３を拡げるミニシリンダ２０１から構成される。ミニシリンダ２０１を駆動させて押し板２０２，２０３を押し拡げることによって、開口部が拡管される。ただし、拡管治具２００による拡管は、対向する二つの壁面対のみを拡開するので、徐々に、かつ交互に、直交する壁面対に対する拡管処理を行う。
【００９７】
なお、拡管装置によって収縮角パイプ１７２を拡管する際、収縮角パイプ１７２の周辺に位置する角パイプ１７１は収縮角パイプ１７１と同じ材質であるため、角パイプ１７１が塑性変形してしまう可能性がある。このため、拡管時に、収縮角パイプ１７２の周辺に位置する角パイプ１７１のセル内にバックアップ材２１０を挿入する。たとえば、図３４に示すように、収縮角パイプ１７２の四方に隣接する４つの角パイプ１７１のセル内にバックアップ材２１０を挿入する。このバックアップ材２１０の外部と角パイプ１７１の内部とは、隙間がない方がよい。ただし、バックアップ材２１０が角パイプ１７１内に挿入できなくなるので、所定のクリアランスを設けるようにする。また、バックアップ材２１０の熱膨張率が大きいときは、バックアップ材２１０内部にヒータを埋め込み、挿入後に通電を行うことによって、バックアップ材２１０とバスケット１７１との間の間隙をなくすようにしてもよい。なお、対向するバックアップ材２１０の端部間を互いに結合させる部材、たとえば押さえ板をボルト締めするようにして、収縮角パイプの拡管を一層、矩形に近づけることができる。また、バックアップ材２１０の断面形状を角パイプ１７１の断面形状に比して一部小さくし、収縮角パイプ１７２の半径方向に沿ってバックアップ材２１０と角パイプ１７１との間に隙間を設け、この隙間をボルト締め等で外側から収縮角パイプ１７２方向に押圧することによって、収縮角パイプ１７２の周囲の角パイプ１７１を固定し、これによって収縮角パイプ１７２の拡管を一層、矩形に近づけるようにしてもよい。
【００９８】
この実施の形態１０によれば、拡管装置によって収縮角パイプ１７２全体を拡管し、キャビティへのバスケット挿入を容易にするとともに、熱伝導性および核燃料集合体の保持を確実に行うことができる。挿入側開口部を拡管治具２００によって拡管するようにしているので、核燃料集合体の挿入を確実に行うことができる。また、バックアップ材を用いることによって収縮角パイプ１７２以外の角パイプ１７１の塑性変形が防止され、角パイプ１７１の極端な変形をなくし、角パイプ間の密な配置を確実にできる。
【００９９】
なお、上述した実施の形態１〜９は、基本的にＰＷＲ用のキャスク内のバスケットに用いられるものであるが、実施の形態１０は、ＰＷＲ用のバスケットに限らず、ＢＷＲ用のバスケットにも適用できる。
【０１００】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明にかかるバスケット（請求項１）によれば、ＡｌまたはＡｌ合金粉末に中性子吸収性能をもつＢまたはＢ化合物の粉末がＢ量で１．５重量％以上、９重量％以下添加されたアルミニウム複合材またはアルミニウム合金を押出加工によって成形して外部壁面の長手方向にあり溝を有した中性子吸収成分を含む角パイプを形成し、前記使用済核燃料集合体が挿入可能な矩形の内部断面形状をもつ前記角パイプをキャビティ内に複数挿入し、各外部壁面を相互に隣接させた密な接触状態とすることで前記あり溝の結合によって生成される切り欠き部分のＶ字突起を有して冠水時にウォーターゾーンとなる空隙部を形成し、ＰＷＲ用のバスケット構造となるようにしているので、使用済核燃料集合体の冷却期間において空隙部を用いて中性子の減速を有効に行うことができるとともに、あり溝の結合によって生じた空隙部は、テーパ状となり、このテーパ状の突起部分を有効利用して各バスケットをクランプする機構を配置することが可能であり、これによって各バスケットの結合を密にすることができ、熱伝導性およびバスケット強度を高めることができるという効果を奏する。
【０１０１】
また、この発明にかかるバスケットの固定器具（請求項２）によれば、あり溝によって形成される角パイプ間の空隙部に固定器具を配置し、ボルトの回動によってくさび材を底板方向に移動し、この移動によって各クランプ部材が前記第１および第２のガイド機構によって切り欠き部分側にそれぞれ双方向にガイドされ、対向する角パイプをクランプし、この角パイプバスケット間を密に接合できるようにしているので、簡易な構成によってバスケットに要求される十分な熱伝導性を満足させることができるという効果を奏する。
【０１０２】
また、この発明にかかるバスケットの固定器具（請求項３）によれば、ドライバによって、ボルトをねじ回し、これによって、角パイプのクランプを行えるようにしているので、この角パイプに対するクランプを容易に行うことができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１である角パイプを隣接配置したバスケットを示す部分断面図である。
【図２】 図１に示した角パイプを示す斜視図である。
【図３】 図１に示したバスケットの製造方法を示すフローチャートである。
【図４】 この発明の実施の形態１である固定器具の構成を示す図である。
【図５】 この発明の実施の形態１である固定器具とドライバとの関係を示す図である。
【図６】 この発明の実施の形態である固定器具による角パイプに対するクランプ動作を説明する図である。
【図７】 この発明の実施の形態２であるバスケットの径方向断面の一部を示す図である。
【図８】 この発明の実施の形態２の変形例であるバスケットの径方向断面の一部を示す図である。
【図９】 この発明の実施の形態３であるバスケットの径方向断面の一部を示す図である。
【図１０】 図９に示したバスケットを示す部分拡大図である。
【図１１】 この発明の実施の形態３における第１の変形例であるバスケットの径方向断面の一部を示す図である。
【図１２】 この発明の実施の形態３における第２の変形例であるバスケットの径方向断面の一部を示す図である。
【図１３】 この発明の実施の形態３における第３の変形例であるバスケットの径方向断面の一部を示す図である。
【図１４】 この発明の実施の形態４であるバスケットの径方向断面の一部を示す図である。
【図１５】 この発明の実施の形態４の変形例であるバスケットの径方向断面の一部を示す図である。
【図１６】 この発明の実施の形態５であるバスケットを構成する板状部材を示す平面図である。
【図１７】 図１６に示した板状部材を組み合わせた状態を示す図である。
【図１８】 図１７に示した係合状態を示すＡ−Ａ線断面図である。
【図１９】 この発明の実施の形態６であるバスケットを構成する板状部材の平面図であり、塑性変形による形状変化前後の状態を示す図である。
【図２０】 この発明の実施の形態７であるバスケットの結合状態を示す一部平面図である。
【図２１】 この発明の実施の形態７の第１の変形例であるバスケットの結合状態を示す一部平面図である。
【図２２】 この発明の実施の形態７の第２の変形例であるバスケットの結合状態を示す一部平面図である。
【図２３】 この発明の実施の形態７の第３の変形例であるバスケットの結合状態を示す一部平面図である。
【図２４】 この発明の実施の形態８であるバスケットを構成する板状部材と結合部材を示す平面図である。
【図２５】 図２４に示した板状部材と結合部材とを組み合わせた状態を示す図である。
【図２６】 この発明の実施の形態９であるバスケットを構成する板状部材と結合部材の塑性変形前後の結合状態を示す図である。
【図２７】 収縮バスケットの断面形状を示す図である。
【図２８】 収縮バスケットの配置位置を示す図である。
【図２９】 拡管装置の拡管部の概要構成を示す図である。
【図３０】 拡管部の詳細構成および拡管装置の全体構成を示す図である。
【図３１】 核燃料集合体と拡管バスケットとの関係を示す図である。
【図３２】 拡管治具の配置を示す斜視図である。
【図３３】 拡管治具の配置を示す断面図である。
【図３４】 収縮バスケットとバックアップ材との関係を示す図である。
【図３５】 従来のキャスクの一例を示す斜視図である。
【図３６】 図３５に示したキャスクを示す軸方向断面図である。
【図３７】 従来におけるＰＷＲ用のキャスクを示す軸方向断面図である。
【図３８】 従来におけるＰＷＲ用のバスケットの組立の一例を示す部分組立斜視図である。
【図３９】 従来におけるＰＷＲ用のキャスクに用いられるバスケットの他の部分を示す組立構成図である。
【図４０】 従来における他のＰＷＲ用のバスケットを示す部分平面図である。
【図４１】 図４０に示した他のＰＷＲ用のバスケットを示すＢ−Ｂ線断面図である。
【符号の説明】
１，１１，２１，３１，４１，５１，６１，７１，８１，１８０ 核燃料集合体
２，１２，２２，１７１ 角パイプ
３，１３，２３，３３，４３，５３，６３，７３，８３，９３ａ，９３ｂ，１０３，１１３，１２３，１３３，１４３，１５３，１６３ 空隙部
３ａ あり溝
４ ボルト
４ａ スリット
５ くさび
６ クランプ
７ 底板
８，９ ガイド
１０ 固定治具
１４ 切り欠き部
１５ 突起部
２０ ドライバ
２０ａ 操作軸
２０ｂ ボルト回転金具
２６ 嵌合面
３２，４２，５２，６２，７２，８２，９２ａ，９２ｂ，１０２，１１２，１２２，１３２，１４２，１５２，１６２ 板状部材
３６，４６，５６，６６，７６，８６ 結合部
３７，４７，５７，６７，７７，８７，１０７ 係合面
４６ 垂直結合部
４８ 斜め結合部
９４，９５，１５４．１５５ テーパ部
９６ テーパ面
１０１，１６１ 流体受入穴
１０４，１６４ 間隙部
１０５，１６５ 塑性変形部
１１０，１２０，１３０，１４０，１５０，１６０ 結合部材
１７２ 収縮バスケット
１７３ 拡管バスケット
１８１ トッププレート
１８２ エンドプレート
１８３ タイロッド
１８４ ゴム袋
１８５ ヒータ
１８６ 昇圧装置
１８７ 圧力指示計
１８８ａ 弁
１８８ｂ リリーフ弁
１８９ 電源
１９０ 拡管部
２００ 拡管治具
２０１ ミニシリンダ
２０２，２０３ 押し板
２１０ バックアップ材
【発明の属する技術分野】
この発明は、燃焼を終えた使用済核燃料集合体を収納、運搬、貯蔵するキャスクを構成するバスケット、バスケットの固定器具に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
原子炉内で所定の燃焼を終え使用できなくなった核燃料集合体を、使用済核燃料という。使用済核燃料は、崩壊熱によって発熱しており、また高レベル放射性物質を多量に含んでいるので、所定の減衰に達するまでの期間、原子力発電所内のプールで冷却される。その後、遮蔽容器であるキャスクに収納され、トラックや船舶等で再処理施設に搬送、貯蔵される。使用済核燃料集合体をキャスク内に収容するにあたっては、バスケットと称する格子状断面を有する保持要素を用いる。この使用済核燃料集合体は、バスケットに形成した複数の収納空間であるセルに１体ずつ挿入され、これによって、輸送中や保管中の振動などに対する適切な保持力を確保している。
【０００３】
このようなキャスクの従来例としては、「原子力ｅｙｅ」（平成１０年４月１日発行：日刊工業出版プロダクション）や特願昭６２−２４２７２５号などにて様々な種類のものが開示されている。
【０００４】
図３５は、キャスクの一例を示す斜視図である。図３６は、図３５に示したキャスクの軸方向断面図である。キャスク３００は、筒形状の胴本体３０１と、胴本体３０１の外周に設けた中性子遮蔽体であるレジン３０２と、その外筒３０３、底部３０４および蓋部３０５から構成されている。胴本体３０１および底部３０４は、γ線遮蔽体である炭素鋼製の鍛造品である。また、蓋部３０５は、ステンレス製等の一次蓋３０６および二次蓋３０７からなる。胴本体３０１と底部３０４は、突き合わせ溶接によって結合してある。一次蓋３０６および二次蓋３０７は、胴本体３０１に対してステンレス製等のボルトによって固定されている。蓋部３０５と胴本体３０１との間には、金属製のＯリングが介在し、内部の気密を保持している。
【０００５】
胴本体３０１と外筒３０３との間には、熱伝導を行う複数の内部フィン３０８が設けられている。内部フィン３０８は、熱伝導効率を高めるため、その材料には銅を用いる。レジン３０２は、この内部フィン３０８によって形成される空間に流動状態で注入され、熱硬化反応等で固化形成する。バスケット３０９は、複数の角パイプ３１０を図３６に示すように束状に集合させた構造であり、胴本体３０１のキャビティ３１１内に緩やかな拘束状態で挿入してある。
【０００６】
角パイプ３１０は、挿入した使用済核燃料集合体が臨界に達しないように中性子吸収材（ホウ素：Ｂ）を混合したアルミニウム合金からなる。なお、キャスク本体３１２の両側には、キャスク３００を吊り下げるためのトラニオン３１３が設けられている（一方のみを図示）。また、キャスク本体３１２の両端部には、内部に緩衝材として木材などを組み込んだ緩衝体３１４が取り付けられている（一方のみを図示）。なお、３１５は使用済核燃料集合体が収容されるセルである。
【０００７】
ところで、軽水型原子力発電には、沸騰水型原子力発電（ＢＷＲ：boiling water reactor）と、加圧水型原子力発電（ＰＷＲ：pressurized water reactor）とがある。上述したキャスク３００は、主として、沸騰水型原子力発電（ＢＷＲ：boiling water reactor）に用いられた使用済核燃料集合体を収容するキャスクである。ＢＷＲ用の核燃料集合体は、図３７に示す構成をもつ。
【０００８】
図３７は、ＰＷＲ用のキャスクの軸方向断面図である。図３７において、ＰＷＲ用のキャスク４００のキャビティ４１１内には、半径方向に延びるプレート４１７を交互に組み合わせて断面が矩形状のセル４１５を形成したバスケット４０９を有する。各プレート４１７は、ＢＷＲ用の角パイプ３１０と同様に、中性子吸収材であるＢ（ホウ素）を混合したアルミニウム合金によって構成される。ただし、各プレート４１７は、冷却水流路４１６の貫通孔、いわゆるウォーターゾーンを有しており、冠水時には、各バスケット４０９内およびこの貫通孔に水を満たすことで、中性子の減速を行い、プレート４１７およびレジン４０２による中性子吸収を効率的に行うようにしている。なお、各バスケット４０９内およびこの冷却水流路４１６に満たされた水は、所定の冷却期間経過後、水抜きが行われ、乾燥される。
【０００９】
冷却水流路４１６を設けたのは、ＰＷＲ用の核燃料集合体のウラン濃縮度が、ＢＷＲ用の核燃料集合体に比して高いこと、およびＰＷＲ用の核燃料集合体のウラン装荷量も多く、核燃料集合体の中性子吸収断面積も大きいため、核燃料集合体を配列した体系の反応度が高くなるためである。ここで、図３７に示す距離ｄｄは、使用済核燃料集合体が未臨界となることを担保する距離であり、ＰＷＲ用の距離ｄｄは、ＢＷＲ用の距離に比して大きな距離を持たせる必要がある。また、各セル４１５の配置が格子状でなく、位置ずれをしているのは、ＢＷＲの使用済核燃料集合体に比してその集合体断面積が大きいＰＷＲ用の使用済核燃料集合体を効率的にキャビティ４１１に配置するためである。
【００１０】
図３８は、ＰＷＲ用のバスケットの組立の一例を示す部分組立斜視図である。図３８に示すＰＷＲ用のバスケットでは、切り欠き部５０２を有したＨ型プレート５０１を用い、この切り欠き部５０２を縦横相互に組み合わせることによってバスケットを形成するものがある。この場合、流路５０３には、キャスクへの燃料取出や装荷の際の冠水時に、中性子減速材としての水が満たされる。なお、このＨ型プレート５０１は、Ｂ（ホウ素）等の中性子吸収材を混合したＡｌ合金によって形成される。
【００１１】
さらに、図３９は、ＰＷＲ用のキャスクに用いられるバスケットの他の部分組立構成図である。図３９に示すバスケットは、Ｈ型プレート６０１の切り欠き部６０２に係合によって組み立てられるが、切り欠き部６０２の係合のみでは、各Ｈ型プレートの上部および下部に位置するＨ型プレートとの位置ずれが生じ、強度上も弱いため、各係合部に貫通する支持棒６０４を介在させ、全てのＨ型プレート６０１の位置ずれが生じないようにしている。
【００１２】
また、図４０は、他のＰＷＲ用のバスケットの部分平面図を示す。図４１は、図４０に示した他のＰＷＲ用のバスケットのＢ−Ｂ線断面図を示す。図４０および図４１において、バスケット７０２は、角パイプによって構成される。バスケット７０２の内部は、ＰＷＲ用の使用済核燃料集合体が挿入される空間であるセル７０１を形成している。支持板７０３は、バスケット７０２に垂直な平面に広がる平板であり、バスケット７０２が挿入される貫通孔を有し、キャビティの断面形状を有し、バスケット７０２を保持する。支持板７０３とバスケット７０２の外部壁面とによって形成される空間は、ウォーターゾーン７０４を形成する。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来のＰＷＲ用キャスクにおけるバスケット構造は、Ｈ型プレート５０１，６０１を格子状に組み合わせているため、形成されたバスケット構造の強度が弱く、必要な強度を得るためには、部材の板厚が厚くなり、構造材が重くなるという問題点があった。
【００１４】
また、Ｈ型プレート５０１，６０１を格子状に組み合わせて形成する作業は、多大な時間と労力とがかかるという問題点があった。
【００１５】
一方、角パイプを用いた従来のＰＷＲ用のバスケット構造は、支持板７０３によって支持するが、この支持板７０３と各バスケット７０２とを個別に溶接する必要があり、バスケットを形成する作業に多大な時間と労力とがかかるという問題点があった。
【００１６】
また、ＢＷＲ用のバスケットに用いる角パイプの構造は、簡単な構造であるため、容易に角パイプを形成することができるが、ＰＷＲ用に角パイプと角パイプとの間にウォーターゾーンを持たせるための部材を角パイプと一緒に組み立てる必要があり、組立作業に多大な時間と労力とがかかるという問題点もあった。
【００１７】
さらに、角パイプによってバスケットを形成する場合、各角パイプは、キャビネット内で密に配置して、崩壊熱の熱伝導性を高める必要があるために、角パイプを高精度に製作するが、各角パイプには製造誤差を含む。この結果、全ての角パイプをキャビネット内に挿入できないこともあり、角パイプの挿入組合せを変えたりして、挿入を何度も繰り返す作業を行う場合が生じ、バスケットの形成に多大な時間と労力がかかるとともに、角パイプの挿入時に変形したり、あるいは角パイプ間に想定以上の隙間が生じ、熱伝導性が悪くなるという問題点があった。
【００１８】
この発明は上記に鑑みてなされたもので、ＰＷＲ用の使用済核燃料集合体を確実に保持できる強度を有したバスケット構造をもち、簡易な構成で伝熱性と未臨界性とを担保することができるバスケット、このバスケットの固定に用いる固定器具を提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１にかかるバスケットは、キャスクのキャビティ内にＰＷＲ用の使用済核燃料集合体の収納を行うバスケットにおいて、ＡｌまたはＡｌ合金粉末に中性子吸収性能をもつＢまたはＢ化合物の粉末がＢ量で１．５重量％以上、９重量％以下添加されたアルミニウム複合材またはアルミニウム合金を押出加工によって成形して外部壁面の長手方向にあり溝を有した中性子吸収成分を含む角パイプを形成し、前記使用済核燃料集合体が挿入可能な矩形の内部断面形状をもつ前記角パイプをキャビティ内に複数挿入し、各外部壁面を相互に隣接させた密な接触状態とすることで前記あり溝の結合によって生成される切欠部分のＶ字突起を有して冠水時にウォーターゾーンとなる空隙部を形成することを特徴とする。
【００２０】
この発明によれば、ＡｌまたはＡｌ合金粉末に中性子吸収性能をもつＢまたはＢ化合物の粉末が添加されたアルミニウム複合材またはアルミニウム合金を押出加工によって成形して外部壁面の長手方向にあり溝を有した中性子吸収成分を含む角パイプを形成し、使用済核燃料集合体が挿入可能な矩形の内部断面形状をもつこの角パイプをキャビティ内に挿入し、各外部壁面を相互に隣接させた密な接触状態とすることであり溝の結合によって生成される切欠部分のＶ字突起を有して冠水時にウォーターゾーンとなる空隙部を形成し、ＰＷＲ用のバスケット構造となるようにしている。
【００２１】
また、請求項２にかかるバスケットの固定器具は、キャスクのキャビティ内に、中性子吸収能を有し、外部壁面の長手方向にあり溝を有した複数の角パイプを隣接配置して格子状セルを構成するように前記角パイプを相互にクランプするバスケットの固定器具において、ボルトと、中央部において前記ボルトが螺合し、上面両側部に前記角パイプの切り欠き部分方向にガイドする第１のガイド機構を有する底板と、前記ボルトの頂部と前記底板との間に介在し、前記ボルトが貫通して前記底板方向に凸のくさび形状を有するとともに、前記切り欠き部分方向の側面にそれぞれ第２のガイド機構を有するくさび部材と、前記第１のガイド機構に嵌合するとともに、一端で前記第２のガイド機構に嵌合し、他端に双方の切り欠き部分を押し広げるＶ字型クランプ溝を有するクランプ部材と、を備え、あり溝によって形成される前記角パイプ間の空隙部に当該固定器具を配置し、前記ボルトの回動によって前記くさび材を底板方向に移動し、この移動によって各クランプ部材が前記第１および第２のガイド機構によって切り欠き部分側にそれぞれ双方向にガイドされ、対向する前記角パイプをクランプすることを特徴とする。
【００２２】
この発明によれば、あり溝によって形成されるバスケット間の空隙部に固定器具を配置し、ボルトの回動によってくさび材を底板方向に移動し、この移動によって各クランプ部材が前記第１および第２のガイド機構によって切り欠き部分側にそれぞれ双方向にガイドされ、対向する角パイプをクランプし、この角パイプ間を密に接合できるようにしている。
【００２３】
また、請求項３にかかるバスケットの固定器具は、上記の発明において、前記ボルトは、その頂部にスリットを有し、前記スリットに挿入して前記ボルトをねじ回すドライバをさらに備えたことを特徴とする。
【００２４】
この発明によれば、ドライバによって、ボルトをねじ回し、これによって、角パイプのクランプを行えるようにしている。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、この発明にかかるバスケット、その固定器具およびその挿入装置並びにその挿入方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００２６】
（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１である角パイプを隣接配置したバスケットの部分断面図である。図２は、この発明の実施の形態１である角パイプの斜視図である。図１および図２において、バスケットは、押出加工によって成形されたＢ（ボロン）−Ａｌ（アルミニウム）材からなる角パイプ２によって構成される。角パイプ２の４つの外部側面には、長手方向にあり溝３ａが形成される。したがって、図１に示すように、各角パイプ２を隣接配置すると、各角パイプ２間の長手方向側面には、空隙部３が形成される。また、各角パイプ２のコーナ部分では、切り欠き部分の側面によって各角パイプ２が密接に結合した状態を形成する。なお、角パイプ２内には、使用済の核燃料集合体１が収納される。
【００２７】
図１に示した隣接配置の関係をもって、キャスクのキャビティ内に各角パイプ２により構成されるバスケットが挿入されるが、この隣接配置の状態を保持するため、各角パイプ２間は、空隙部３を利用し、後述するバスケットの固定器具を用いて密に固定される。
【００２８】
なお、角パイプ２には、ＡｌまたはＡｌ合金粉末に中性子吸収性能をもつＢまたはＢ化合物の粉末を添加したＡｌ複合材またはＡｌ合金を用いるが、中性子吸収材としては、ボロンの他にカドミウムを用いることができる。
【００２９】
ここで、図３に示すフローチャートを参照して、バスケットを構成する角パイプの製造方法について説明する。まず、アトマイズ法などの急冷凝固法によってＡｌまたはＡｌ合金粉末を作製する（ステップＳ１０１）とともに、ＢまたはＢ化合物の粉末を用意し（ステップＳ１０２）、これら両粒子をクロスロータリーミキサー等によって１０〜２０分間混合する（ステップＳ１０３）。
【００３０】
ＡｌまたはＡｌ合金には、純Ａｌ地金、Ａｌ−Ｃｕ系Ａｌ合金、Ａｌ−Ｍｇ系Ａｌ合金、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系Ａｌ合金、Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系Ａｌ合金、Ａｌ−Ｆｅ系Ａｌ合金などを用いることができる。また、ＢまたはＢ化合物には、Ｂ4Ｃ、Ｂ2Ｏ3などを用いることができる。ここで、Ａｌに対するボロンの添加量は、１．５重量％以上、９重量％以下とするのが好ましい。１．５重量％以下では十分な中性子吸収性能が得られず、９重量％を超えると引っ張りに対する延びが低下するためである。
【００３１】
つぎに、混合粉末をラバーケース内に封入し、ＣＩＰ（Cold Isostatic Press）によって常温で全方向から均一に高圧をかけ、粉末成形を行う（ステップＳ１０４）。ＣＩＰの成形条件は、成形圧力を１００〜２００ＭＰａとし、成形品の直径が６００ｍｍ、長さ１５００ｍｍになるようにする。ＣＩＰによって全方向から均一に圧力を加えることによって、成形密度のばらつきが少ない高密度な成形品を得ることができる。
【００３２】
続いて、粉末成形品を缶に真空封入し、３００℃まで昇温する（ステップＳ１０５）。この脱ガス工程によって缶内のガス成分および水分を除去する。つぎの工程では、真空脱ガスした成形品をＨＩＰ（Hot Isostatic Press）によって再形成する（ステップＳ１０６）。ＨＩＰの成形条件は、温度４００℃〜４５０℃、時間３０ｓｅｃ、圧力６０００ｔｏｎとし、成形品の直径が４００ｍｍになるようにする。続いて、缶を除去するために外削、端面削を施し（ステップＳ１０７）、ポートホール押出機を用いてビレットを熱間押出しする（ステップＳ１０８）。この場合の押出条件として、加熱温度を５００℃〜５２０℃、押出速度を５ｍ／ｍｉｎとする。なお、この条件は、Ｂの含有量によって適宜変更する。また、上述した工程のうち、要求される品質に合わせて、たとえばＣＩＰを省略する等の工程の簡略化を行うようにしてもよい。
【００３３】
つぎに、押出成形後、引張矯正を施す（ステップＳ１０９）とともに、非定常部および評価部を切断し、図２に示した製品とする（ステップＳ１１０）。
【００３４】
なお、この角パイプ２の他の製造方法として、本願出願人により平成１１年５月２７日付け（「バスケット及びキャスク」）で既に出願済みのものがあるから、そちらを参照して製造してもよい。
【００３５】
この角パイプ２では、ＰＷＲ用のバスケットに必要なウォーターゾーンとしての空隙部３をバスケットの長手方向側面の密な接触によって形成できるので、キャビティの形状に容易に組み立てることができる。
【００３６】
つぎに、図４および図５を参照して、バスケットの固定器具およびドライバについて説明する。図４は、固定器具１０の構成を示す図であり、図４（ａ）は、固定器具１０の平面図であり、図４（ｂ）は、固定器具１０の正面図であり、図４（ｃ）は、固定器具１０の右側面図である。また、図５は、固定器具１０とドライバ２０との関係を示す図であり、図５（ａ）は、ドライバ２０の正面図であり、図５（ｂ）は、ドライバ２０の左側面図であり、図５（ｃ）は、固定器具１０の正面図である。
【００３７】
図４に示す固定器具１０は、図１に示した空隙部３に配置され、各角パイプ２をクランプして固定する器具である。図４において、ボルト４は、くさび５が有する貫通孔を介して底板７に螺合する。底板７は、中央部においてボルト４と螺合し、上面両側部に長手方向にガイドするガイド８を有する。二つのクランプ６は、その底面において、それぞれ底板７のガイド８に嵌合する、あり溝を有してガイド機構を構成するとともに、内側側面にガイド９を有し、このガイド９に嵌合するくさび５の側面に有する、あり溝に対してガイド機構を構成する。くさび５は、底板７側を凸とするくさび形状を有する。
【００３８】
ボルト４の回動によってボルト４は上下運動するが、ボルト４が下降すると、これに伴ってくさび５も下降し、ガイド９のガイド機構によってクランプ６は押し広げられる。一方、クランプ６は、底板７のガイド８によるガイド機構によって押し広げられる方向がそれぞれ外側に向けられる。したがって、ボルト４の回転によって、くさび５が下降し、クランプ６が外側に押し広げられることになる。
【００３９】
図５において、ボルト４を回転させるためドライバ２０は、操作軸２０ａとこの操作軸の軸方向に結合したボルト回転金具２０ｂとで構成される。ボルト回転金具２０ｂは、プロペラ状に加工されている。スリット４ａは、ボルト回転金具２０ｂの先端が回転された形状の切れ込みを有し、ドライバ２０による回転操作を容易にしている。
【００４０】
図６は、固定器具１０による角パイプ２に対するクランプ動作を示す図である。図６において、固定器具１０は、隣接配置された角パイプ２間に形成される空隙部３に配置される。クランプ６の先端は、Ｖ字形状をなし、角パイプ２の切り欠き部分の突起に対応した形状をもつため、ボルト４の回転によってクランプ６が押し広げられると、対向する空隙部３に配置された固定器具１０のクランプ６の押し広がりに伴って、角パイプ２ａ，２ｂと角パイプ２ｃ，２ｄとをクランプし、面Ｓａが密に接合される。この場合、クランプ６の先端は、切り欠き部分の突起に対応したＶ字形状であるため、角パイプ２ａ，２ｂあるいは角パイプ２ｃ，２ｄがずれることを防止し、一連の面Ｓｂに対するクランプが実行される。
【００４１】
同様にして、角パイプ２ａ，２ｃおよび角パイプ２ｂ，２ｄの間に形成される各空隙部３に配置された固定器具１０のクランプによって面Ｓａも密に接合されることなる。この結果、角パイプ２ａ〜２ｄは、切り欠き部分において密に結合され、角パイプ間における高い熱伝導性を保持できる。
【００４２】
なお、空隙部３は、特にＰＷＲ用のキャスクの場合に軽水を満たすウォーターゾーンとして用いることができる。ＰＷＲでは、ウランの濃縮度が高いため、未臨界に維持する際、軽水による中性子の減速を行い、角パイプに含まれるボロンによる中性子の減衰、吸収を効率よく行わせることができる。また、クランプ６の両端のＶ字溝にさらに凹部を設け、これによって冠水時の水抜けを容易にするとともに、あり溝とのなじみを良くするようにしてもよい。
【００４３】
この実施の形態１のバスケットによれば、外部側面にあり溝３ａをもたせた形状をもつ角パイプ２を隣接配置するという簡易な構成によって、中性子の減衰、吸収効果と、十分な熱伝導性を得ることができるとともに、空隙部３をウォーターゾーンとして利用することもできる。また、この実施の形態１によれば、あり溝によって生成される切り欠き部分の突起形状を有効活用して角パイプをクランプしているので、簡易な構成によって隣接する角パイプ２の結合を確実に行うことができる。
【００４４】
（実施の形態２）
つぎに、この発明の実施の形態２について説明する。図７は、この発明の実施の形態２であるバスケットの径方向断面の一部を示す図である。図７において、バスケットは、角パイプ１２の外部側面どうしが互いに結合されて構成される。なお、各角パイプ１２の長手方向の長さは、同一である。角パイプ１２には、使用済の核燃料集合体１１が挿入されて収納されるように、ある程度のクリアランスが設けられたセルを形成し、その断面形状は矩形である。なお、角パイプ１２の内部断面形状は、矩形に限らず、たとえば各種の多角形形状であってもよいし、角パイプ１２の外部断面形状も、矩形に限らず、各種の多角形形状であってもよい。
【００４５】
各角パイプ１２の外部側面には、複数の切り欠き部１４が形成される。この切り欠き部１４は、各角パイプ１２の外部側面どうしが隣接配置され、向き合って結合されるので、空隙部１３を形成する。この空隙部１３は、各角パイプ１２の外部側面に設けられた切り欠き部１４に対応する個数分、形成される。図７では、各外部側面の係合面において、二つの空隙部１３が形成されている。切り欠き部１４以外の外部側面には、長手方向に延びる突起部１５およびコーナー部分が形成される。この突起部１５およびコーナー部分は、各角パイプ１２の結合時に係合し、熱伝導性を確保するとともに、各角パイプ１２間の機械的強度を保持することになる。特に、角パイプ１２が水平状態にある場合、核燃料集合体１１が、角パイプ２を形成する４面のうちの一つの面に荷重されるが、この場合に突起部１５どうしの係合によって一層強度が増し、核燃料集合体１１を確実に保持することができる。
【００４６】
一方、角パイプ１２は、ＡｌまたはＡｌ合金粉末に中性子吸収性能をもつＢ（ボロン）またはＢ化合物の粉末を添加したアルミニウム複合材またはアルミニウム合金によって構成される。また、空隙部１３および角パイプ１２内には、使用済の核燃料集合体１１の冷却期間において、水が満たされ、核燃料集合体１１から放射される中性子を減速させ、角パイプ１２内に添加されたＢによる中性子吸収を効率的に行わせる。これによって、核燃料集合体１１間における未臨界を担保するための距離を保持することができる。
【００４７】
つぎに、図８を参照して、この実施の形態２の変形例について説明する。図８は、この発明の実施の形態２の変形例であるバスケットの径方向断面の一部を示す図である。図８に示すバスケットは、図７に示した角パイプ１２と同様に、角パイプ２２の外部側面どうしが互いに結合された状態で、各外部側面間に複数の空隙部２３を形成する。図８に示す角パイプ２２が、図７に示した角パイプ１２と異なる点は、突起部２５およびコーナー部分が結合に互いに嵌合するように、その断面が凹凸形状となっている点である。この凹凸形状は、各角パイプ２２の結合時にそれぞれ対応して嵌合する形状となっている。この変形例によれば、さらに各角パイプ２２間の位置ずれをなくすことができ、角パイプ２２の結合状態を一層強くすることができる。
【００４８】
（実施の形態３）
つぎに、この発明の実施の形態３について説明する。上述した実施の形態１，２では、いずれも角パイプを互いに係合させてバスケットを形成するようにしていたが、この実施の形態３では、板状部材を互いに係合させてバスケットを形成するようにしている。
【００４９】
図９は、この発明の実施の形態３であるバスケットの径方向断面の一部を示す図である。図９において、板状部材３２は、その短辺端面を貫通する貫通孔である空隙部３３を複数有し、図９では、三つの空隙部３３を有する。板状部材３２の両長辺端部は、断面が三角であり、最端部が直角をなす。複数の板状部材３２は、両長辺端部を互いに９０度の角度をもって密に係合させることができ、この係合によって、核燃料集合体３１が挿入されるセルを形成する。なお、キャスクの底板には、各板状部材３２の配置位置に対応した凹部が形成されおり、この凹部に各板状部材３２がはめ込まれるようになっており、板状部材３２を用いたバスケット組立を容易に行えるようにしてもよい。
【００５０】
図１０は、図９に示したバスケットの部分拡大図である。図１０において、板状部材３２の両長辺端部は、その断面が９０度単位の回転対称形状であり、係合面３７を「×」状に形成して密に係合する。また、ウォーターゾーンとしての空隙部３３の形成に伴って、結合部３６が形成される。核燃料集合体３１の垂直荷重は、各板状部材３２の上辺部３４と下辺部３５とによって支持されるが、空隙部３３の間の結合部３６によって上辺部３４と下辺部３５とが結合されて構造強度が増しているため、確実に核燃料集合体３１を保持することができる。なお、板状部材３２の厚さｄは、核燃料集合体３１が未臨界となることを担保する距離である。
【００５１】
一方、板状部材３２は、ＡｌまたはＡｌ合金粉末に中性子吸収性能をもつＢまたはＢ化合物の粉末を添加したアルミニウム複合材またはアルミニウム合金によって構成される。また、空隙部３３、および板状部材３２によって形成される格子状セル内には、使用済の核燃料集合体３１の冷却期間において、水が満たされ、核燃料集合体３１から放射される中性子を減速させ、板状部材３２内に添加されたＢによる中性子吸収を効率的に行わせる。これによって、核燃料集合体３１間における未臨界を担保するための距離を保持することができる。
【００５２】
つぎに、この実施の形態３における第１の変形例について説明する。図１１は、この発明の実施の形態３における第１の変形例であるバスケットの径方向断面の一部を示す図である。図１１に示した板状部材４２は、板状部材３２と同じ外部形状を有するが、空隙部４３の形状が異なる。すなわち、この第１の変形例では、空隙部３３をさらに断面を斜めに二分割し、三角柱の空隙部４３としている。この結果、一つの板状部材に対して倍の個数の空隙部４３が形成されるとともに、結合部３６に対応する垂直結合部４６に加えて、斜め結合部４８が新たに形成される。このため、実施の形態３の板状部材３２に比して、さらに強度の高い板状部材４２とすることができる。
【００５３】
つぎに、この実施の形態３における第２の変形例について説明する。図１２は、この発明の実施の形態３における第２の変形例であるバスケットの径方向断面の一部を示す図である。図１２において、板状部材５２は、板状部材３２と同様に三つの空隙部５３を有するが、板状部材５２の両長辺端部が、その断面を９０度単位の回転対称形状とし、係合面５７を「卍」状に形成して密に係合する点が、板状部材３２と異なる。この「卍」状の係合面５７によって各板状部材５２間の位置ずれを小さくすることができる。
【００５４】
また、図１３は、この発明の実施の形態３における第３の変形例であるバスケットの径方向断面の一部を示す図である。図１３において、板状部材６２は、板状部材３２と同様に三つの空隙部６３を有するが、板状部材６２の両長短部が、その断面を９０度単位の回転対称形状とし、係合面６７の内部を「卍」状に形成するとともに、「卍」状の周囲を半円状に形成して密に係合する点が、板状部材３２と異なる。この係合面６７の形状によって各板状部材６２間の位置ずれをさらに小さくすることができる。
【００５５】
この実施の形態３によれば、板状部材の両長辺端部を係合させて組み合わせることによってバスケットを形成するとともに、各板状部材に複数の空隙部を設けるようにしているので、簡易な部材によってバスケットを形成することができるとともに、空隙部間の結合部によって板状部材の強度を増すことができる。また、各板状部材の係合面の断面形状を「卍」状等の形状とすることによって各板状部材間の位置ずれを小さくすることができる。
【００５６】
（実施の形態４）
つぎに、この発明の実施の形態４について説明する。上述した実施の形態３では、係合面の断面形状を９０度単位の回転対称形状として各板状部材を格子状に係合してバスケットを形成するようにしていたが、この実施の形態４では、さらに、各板状部材が互いに位置ずれしないように拘束して係合させるようにしている。
【００５７】
図１４は、この発明の実施の形態４であるバスケットの径方向断面の一部を示す図である。図１４において、板状部材７２は、その短辺端面を貫通する貫通孔である空隙部７３を複数有し、図１４では、二つの空隙部７３を有する。板状部材７２の両長辺端部は、係合面７７の断面形状を９０度単位の回転対称形状にするとともに、各板状部材７２間の係合面７７に、先太りの断面形状を持たせるようにしている。この結果、各板状部材７２の両長辺端部は、確実に係合し、位置ずれもなくなる。各板状部材７２を格子状に係合させる場合、たとえば４つの板状部材７２のうちの三つの板状部材７２をまず係合させ、残る一つの板状部材７２を長手方向（軸方向）からスライドさせて挿入し、係合を完了させる。
【００５８】
この板状部材７２は、実施の形態３と同様に、空隙部７３の形成に伴って、結合部７６が形成される。核燃料集合体７１の垂直荷重は、各板状部材７２の上辺部７４と下辺部７５とによって支持されるが、空隙部７３の間の結合部７６によって上辺部７４と下辺部７５とが結合されて構造強度が増しているため、確実に核燃料集合体７１を保持することができる。
【００５９】
一方、板状部材７２は、ＡｌまたはＡｌ合金粉末に中性子吸収性能をもつＢまたはＢ化合物の粉末を添加したアルミニウム複合材またはアルミニウム合金によって構成される。また、空隙部７３、および板状部材７２によって形成される格子状セル内には、使用済の核燃料集合体７１の冷却期間において、水が満たされ、核燃料集合体７１から放射される中性子を減速させ、板状部材７２内に添加されたＢによる中性子吸収を効率的に行わせる。これによって、核燃料集合体７１間における未臨界を担保するための距離を保持することができる。
【００６０】
つぎに、この実施の形態４における変形例について説明する。図１５は、この発明の実施の形態４における変形例であるバスケットの径方向断面の一部を示す図である。図１５に示した板状部材８２は、板状部材７２と同様に、係合面８７の断面形状を９０度単位の回転対称形状にするとともに、各板状部材８２間の係合面８７に、先太りの断面形状を持たせるようにしているが、先太りの断面形状が円形に近いため、各板状部材８２の係合は、全て長手方向（軸方向）からスライドさせて係合させる必要がある。この結果、各板状部材８２の係合をさらに確実に行うことができ、各板状部材８２間の位置ずれを確実になくすことができる。
【００６１】
この実施の形態４によれば、板状部材の両長辺端部を互いに拘束させた係合組合せを行うことによってバスケットを形成するとともに、各板状部材に複数の空隙部を設けるようにしているので、各板状部材間の位置ずれを確実になくすことができるとともに、空隙部間の結合部によって板状部材の強度を増すことができる。
【００６２】
（実施の形態５）
つぎに、この発明の実施の形態５について説明する。上述した実施の形態３，４では、係合面の断面形状を９０度単位の回転対称形状として各板状部材を格子状に係合してバスケットを形成するようにしていたが、この実施の形態５では、係合面を長手方向のテーパ面として係合するようにしている。
【００６３】
図１６は、この発明の実施の形態５であるバスケットを構成する板状部材の平面図である。この実施の形態５では、２種類の板状部材を組み合わせてバスケットを構成する。図１６（ａ）は、一つの板状部材９２ａの平面図であり、図１６（ｂ）は、他の板状部材９２ｂの平面図である。板状部材９２ａ，９２ｂは、その短辺端面を貫通する貫通孔である複数の空隙部９３ａ，９３ｂをそれぞれ有する。板状部材９２ａ，９２ｂの長辺端部は、その断面がそれぞれ対応して互いに拘束して係合する形状となっているとともに、テーパ部９４，９５を有する。テーパ部９４は、長手方向に沿い下方に向かって先細りとなるテーパ形状をなし、テーパ部９５は、これに対応し、長手方向に沿い上方に向かって先細りとなるテーパ形状をなす。ただし、テーパ部は必要に応じて省略することもできる。
【００６４】
図１７は、板状部材９２ａ，９２ｂを組み合わせた状態を示す図である。図１７に示すように、バスケットは、二つの板状部材９２ａと二つの板状部材９２ｂとを用いて組み合わせる。板状部材９２ｂの組合せによってバスケットの一面が形成され、これに直交するバスケットの面が板状部材９２ａの組合せによって形成される。組合せは、まず板状部材９２ｂの長辺端部を当接させた状態にし、この状態で板状部材９２ａを上部からスライドさせて挿入することによって格子状セルが完成する。
【００６５】
図１８は、係合状態を示すＡ−Ａ線断面図である。図１８に示すように板状部材９２ａと板状部材９２ｂとの間には、テーパ部９４，９５との係合面であるテーパ面９６が形成される。これにより、板状部材９２ａが板状部材９２ｂ間の結合を強固にするテーパとして機能するとともに、板状部材９２ａ自体も強固に結合されることになる。
【００６６】
この実施の形態５によれば、板状部材の長辺端部に互いに係合するテーパ部を設けるようにしているので、一層強固に結合したバスケットを構成することができる。
【００６７】
（実施の形態６）
つぎに、この発明の実施の形態６について説明する。上述した実施の形態３，４では、係合面の断面形状を９０度単位の回転対称形状として各板状部材を格子状に係合してバスケットを形成するようにしていたが、この実施の形態６では、係合面の塑性変形によって板状部材間の結合強度をさらに高めている。
【００６８】
図１９は、この発明の実施の形態６であるバスケットを構成する板状部材の平面図であり、塑性変形による形状変化前後の状態を示す図である。図１９（ａ）は、塑性変形前における板状部材間の係合状態を示し、図１９（ｂ）は、塑性変形後における板状部材間の係合状態を示している。この板状部材１０２は、実施の形態３〜５と同様に、複数の空隙部１０３を有する。図１９（ａ）に示すように、各板状部材１０２の長辺端部の断面形状は、一部が凸部となり、９０度単位で回転対称形状であり、長辺端部どうしは、互いに係合される。係合面１０７間に間隙部１０４が形成されるとともに、間隙部１０４の近傍に流体受入穴１０１を有する。この流体受入穴１０１は、一短辺端部を開口とし、他短辺端部側近傍に至るまで長手方向に沿って設けられている。なお、他短辺端部側も開口とし、治具等で高圧流体の注入時のみ、この他短辺端部側の開口を閉成するようにしてもよい。
【００６９】
流体受入穴１０１には、その後高圧流体が注入され、間隙部１０４と流体受入穴１０１間の近傍を塑性変形し、間隙部１０４を埋める形状となる。また、流体受入穴１０１は、塑性変形によって断面が楕円形状の流体受入穴１０１ａとなる。この結果、間隙部１０４が狭まり、板状部材１０２間を互いに拘束する係合面が形成され、板状部材１０２は互いに密に結合されることになる。なお、図１９では、間隙部１０４がその断面形状を三角形状としているが、当初から間隙部１０４側に凸の形状を持たせるようにしてもよい。この形状の場合は、板状部材１０２間を互いに拘束する形状であるため、板状部材１０２間の係合は、長手方向からスライドさせて行うことになる。
【００７０】
なお、板状部材１０１は、ＡｌまたはＡｌ合金粉末に中性子吸収性能をもつＢまたはＢ化合物の粉末を添加したアルミニウム複合材またはアルミニウム合金によって構成される。この場合、アルミニウムは伸びが大きいので塑性変形が容易であり、板状部材１０１として好適である。
【００７１】
この実施の形態６によれば、板状部材１０２に設けられた流体受入穴１０１に高圧流体を注入して係合面１０７を塑性変形させ、これによって板状部材１０２間を互いに拘束し、結合強度を一層高めることができる。
【００７２】
（実施の形態７）
つぎに、この発明の実施の形態７について説明する。上述した実施の形態３〜６では、いずれも板状部材の長辺端部形状を用い、互いに結合させてバスケットを構成するようにしていたが、この実施の形態７では、新たに結合部材を用いて各板状部材間を結合させるようにしている。
【００７３】
図２０は、この発明の実施の形態７であるバスケットの結合状態を示す一部平面図である。図２０において、板状部材１１２は、実施の形態３〜６と同様に、複数の空隙部１１３を有する。結合部材１１０は、各板状部材１１２の長辺端部を拘束させて係合させる断面形状を有する柱状部材である。板状部材１１２の長辺端部は、結合部材１１０の形状に対応した形状を有し、結合部材１１０の断面形状が先太り形状となる一部円柱状の突起部が挿入される形状となっている。また、結合部材１１０の一部円柱状の突起部以外の係合面は、隣接する板状部材１１２と互いに係合するようになっている。
【００７４】
図２０に示すバスケット形状を構成する場合、板状部材１１２をまず係合させ、その後、結合部材１１０を上部から挿入することによって、各板状部材１１２間の係合を強固にする。なお、図２０では、結合部材１１０側に先太りの突起部を設けるようにしていたが、逆に、板状部材１１２側に先太りの突起部を設けるようにしてもよい。
【００７５】
図２１〜図２３は、この発明の実施の形態７の第１の変形例から第３の変形例であるバスケットの結合状態を示す一部平面図である。図２０に示した結合部材１１０の断面形状は、円形の先太り形状であったが、図２１〜図２３に示す結合部材１２０，１３０，１４０の断面形状は、台形の先太り形状としている。また、図２２に示す結合部材１３０の断面形状は、図２１に示した結合部材１２０の断面形状を全体に縮小した形状としている。また、図２３に示す結合部材１４０の断面形状は、図２１に示した結合部材１２０の断面形状における台形の高さを低くした形状としている。結合部材１１０〜１４０のいずれも、その断面形状を先太りとしている点で共通する。
【００７６】
この実施の形態７によれば、断面形状が先太り形状をもつ突起部を有した結合部材を新たに設けて、各板状部材の係合を拘束するようにしているので、板状部材の形状を複雑にしなくても、簡易な構成によって板状部材間の結合強度を高めることができる。
【００７７】
（実施の形態８）
つぎに、この発明の実施の形態８について説明する。上述した実施の形態７では、結合部材を用いて各板状部材間の結合を行うようにしていたが、この実施の形態８では、さらに実施の形態５に対応させて、係合面をテーパ面としている。ただし、テーパ部は必要に応じて省略してもよい。
【００７８】
図２４は、この発明の実施の形態８であるバスケットを構成する板状部材と結合部材の平面図である。図２４（ａ）は、板状部材１５２の平面図を示し、図２４（ｂ）は、結合部材１５０の平面図である。板状部材１５２は、実施の形態３〜７と同様に、複数の空隙部１５３を有する。板状部材１５２は、長辺端部が結合部材１５０に対応する形状を有し、上部側を先細りとするテーパ部１５４を有する。一方、結合部材１５０は、板状部材１５２の長辺端部を拘束して係合させるために、断面形状が先太り形状となる突起部を四方に有するとともに、テーパ部１５４に係合するテーパ部１５５を有する。
【００７９】
板状部材１５２および結合部材１５０を用いて、図２５に示すバスケット形状を構成する。この場合、板状部材１５２をまず格子状に係合させ、その後、係合部分に結合部材１５０を上部から挿入することによって、各板状部材１１２間の係合を強固にする。ここで、テーパ部１５４，１５５のテーパ面が係合することになる。なお、テーパ面が逆になるように板状部材１５２と結合部材１５０とのテーパ部１５４，１５５を形成するようにしてもよい。この場合、結合部材１５０間に板状部材１５２を挿入してバスケットを形成することになる。
【００８０】
この実施の形態８によれば、断面形状が先太り形状をもつ突起部とテーパ部とを有した結合部材を新たに設け、この結合部材のテーパ部と板状部材のテーパ部とをテーパ面によって結合するようにしているので、板状部材間の結合強度を高めることができる。ただし、テーパ部１５４，１５５は必要に応じて省略してもよい。
【００８１】
（実施の形態９）
つぎに、この発明の実施の形態９について説明する。上述した実施の形態７，８では、結合部材を用いて各板状部材間の結合を行うようにしていたが、この実施の形態８では、さらに実施の形態６に対応させて、結合部材に流体受入穴を設け、この流体受入穴に高圧流体を注入することによって各板状部材間の結合を行うようにしている。
【００８２】
図２６は、この発明の実施の形態９であるバスケットを構成する板状部材と結合部材の塑性変形前後の結合状態を示す図である。図２６（ａ）は、塑性変形前の結合状態を示し、図２６（ｂ）は、塑性変形後の結合状態を示す図である。結合部材１６０は、隣接する板状部材１６２の係合面に対応して延びるスター状の断面形状をなし、先太り突起形状を有する。板状部材１６２は、突起形状の間の凹部形状に係合される。結合部材１６０の突起形状部分には、高圧流体が注入される流体受入穴１６１が長手方向に沿って形成される。この流体受入穴１６１は、一短辺端部を開口とし、他短辺端部側近傍に至るまで長手方向に沿って設けられている。なお、他短辺端部側も開口とし、治具等で高圧流体の注入時のみ、この他短辺端部側の開口を閉成するようにしてもよい。
【００８３】
また、結合部材１６０は、流体受入穴１６１の近傍の両係合面に、この係合面に垂直な方向に延びる半円突起形状を有する。一方、板状部材１６２の長辺端部であって、結合部材１６０の半円突起形状に対応した凹部形状をなし、半円突起形状と凹部形状との間に間隙部１６４を形成する。
【００８４】
この状態において、流体受入穴１６１の開口部から高圧流体を注入すると、流体受入穴１６１の拡開によって流体受入穴１６１の近傍が間隙部１６５を狭めるように塑性変形し、流体受入穴１６１は、楕円形状の流体受入穴１６１ａとなる。この結果、結合部材１６０と板状部材１６２とが互いに拘束された状態で強固に結合される。なお、板状部材１６１および結合部材１６０は、ＡｌまたはＡｌ合金粉末に中性子吸収性能をもつＢまたはＢ化合物の粉末を添加したアルミニウム複合材またはアルミニウム合金によって構成される。この場合、アルミニウムは伸びが大きいので塑性変形が容易であり、板状部材１６２および結合部材１６０として好適である。
【００８５】
この実施の形態９によれば、結合部材１６０を用いて板状部材１６２を結合する際、結合部材１６０に設けられた流体受入穴１６１に高圧流体を注入して塑性変形させ、これによって板状部材１６２と結合部材１６０とを互いに拘束することができる。
【００８６】
なお、上述した実施の形態３〜９において示した板状部材の長辺端部形状および結合部材の形状は、４つの板状部材を結合する全ての方向に同じ形状とするようにしたが、各結合部位毎に異なる形状を適宜組み合わせるようにしてもよい。たとえば、実施の形態７で示した図２０の板状部材１１２を図上、上下方向に用い、図２２の板状部材１３２を図上、左右方向に用い、結合部材として図上、上下方向には結合部材１１０の形状にし、左右方向には結合部材１３０の形状にした結合部材を新たに形成すればよい。
【００８７】
（実施の形態１０）
つぎに、この発明の実施の形態１０について説明する。キャスクのキャビティ内に角パイプが隣接配置されたバスケットを挿入してバスケット全体を形成する場合、角パイプの製造誤差があることから、全ての角パイプが挿入しきれない場合があり、全ての角パイプが挿入される組合せを見い出すまでに時間と労力がかかった。一方、角パイプどうしは熱伝導性を確保するため、キャビティ内で密に配置させることが要求される。
【００８８】
そこで、この実施の形態１０では、図２７に示すように、バスケットを構成する角パイプ１７１を収縮させた収縮角パイプ１７２を用意しておく。この収縮角パイプ１７２の収縮処理は、角パイプ１７１の外部壁面に対して圧力をかけることによって行うことができる。角パイプ１７１は、ＡｌまたはＡｌ合金粉末に中性子吸収性能をもつＢまたはＢ化合物の粉末を添加したアルミニウム複合材またはアルミニウム合金によって構成される。アルミニウムは伸びが大きいので塑性変形が容易であり、収縮角パイプ１７２の形成に好適である。角パイプ１７１の断面形状が正方形で縦および横の長さが「Ａ」である場合、収縮バスケットの縦および横の長さが「Ｂ」となる場合、膨張代αは、α＝Ａ−Ｂとなる。
【００８９】
バスケット全体を形成する場合、たとえば図２８に示すように、キャビネット内の断面中央に挿入すべき角パイプ以外の全ての角パイプ１７１をキャビネット内に挿入する。その後、収縮角パイプ１７２を、キャビネット内の断面中央に挿入する。収縮角パイプ１７２は、膨張代αを有するため、容易に挿入することができる。
【００９０】
その後、高圧流体によって収縮角パイプ１７２の内壁面を拡開し、角パイプ１７１とほぼ同じ形状の拡管角パイプ１７３を形成する。これによって、各角パイプ１７１は、拡管角パイプ１７３の拡開によって互いに密に結合することになる。
【００９１】
この収縮角パイプ１７２の拡開は、図２９および図３０に示す拡管装置によって行うことができる。図２９は、拡管装置の拡管部１９０の概要構成を示す断面図である。また、図３０は、拡管部１９０の詳細構成および拡管装置の全体構成を示す図である。収縮角パイプ１７２における核燃料集合体の挿入側開口部は、トッププレート１８１によって、この挿入側開口部を閉成する。一方、他端の開口部は、エンドプレート１８２によって閉成される。タイロッド１８３は、トッププレート１８１およびエンドプレート１８２の各中央部を貫き、トッププレート１８１およびエンドプレート１８２の位置を保持し、固定する。収縮バスケット１７２、トッププレート１８１およびエンドプレート１８２によって画成される内部空間は、伸縮可能な部材、たとえばゴム袋１８４によって包まれる。
【００９２】
タイロッド１８３のトッププレート１８１側には、ゴム袋１８４と外部空間とを連通する貫通孔を有する。また、タイロッド１８３内には、長手方向に沿ってヒータ１８５が配線され、ヒータ１８５は、外部の電源１８９に接続される。一方、タイロッド１８３の貫通孔には、高圧流体が供給される管が接続される。高圧流体は、図示しない高圧流体源から供給され、昇圧装置１８６によって昇圧された高圧流体が貫通孔を介してゴム袋１８４の内部空間に供給される。ゴム袋１８４の内部空間に対する高圧流体の供給を制御するために、貫通孔と昇圧装置１８６との間に、圧力指示計１８７と弁１８８ａとリリーフ弁１８８ｂとが設けられる。高圧流体の供給制御を行う操作者は、圧力指示計１８７が示す圧力をもとに、弁１１８ａで高圧流体を供給し、リリーフ弁１８８ｂによる減圧を行うことによって、ゴム袋１８４の内部空間に供給される高圧流体の圧力量を制御する。この高圧流体の圧力量制御によって、ゴム袋１８４内には高圧流体が満たされ、収縮角パイプ１７２の内部壁面に圧力がかかり、収縮角パイプ１７２が拡管し、拡管角パイプ１７３の形状に塑性加工される。
【００９３】
なお、拡管装置の設計圧力の上限圧力によっても、収縮角パイプ１７２の拡管が完了しない場合には、さらに電源１８９によってヒータ１８５に通電し、ゴム袋１８４内に満たされた高圧流体を加熱する。この加熱によって高圧流体は、さらに圧力が昇圧され、加熱温度に対応した拡管を行うことができる。すなわち、ヒータ１８５を用いて、収縮角パイプ１７２の拡管処理の補助を行う。
【００９４】
ところで、収縮角パイプ１７２の拡管は、ゴム袋１８４の内部空間形状から、収縮角パイプ１７２の端部、すなわちトッププレート１８１側とエンドプレート１８２側は拡管し難く、拡管角パイプ１７３は両端部が先細り形状となる。この先細り形状をもった拡管角パイプ１７３では、開口部の開口が十分でないため、核燃料集合体を挿入することができない。なお、図３１に示すように、核燃料集合体１８０の先端部である下部タイプレート１８０ａは、先細り形状であるため、拡管角パイプ１７３のエンドプレート１８２側は先細り形状のままであっても支障ない。また、キャビティ内で角パイプ間の隙間が設定より大きい箇所に対して、この拡管装置を用いれば、バスケット間の隙間を所望の隙間に修正することができる。
【００９５】
拡管角パイプ１７３のトッププレート１８１側は、図３２に示す拡管治具２００を用いて拡管する。図３２は、拡管角パイプ１７３のトッププレート１８１側の拡管治具２００が配置された状態の斜視図である。また、図３３は、拡管治具２００が配置された状態の部分断面図である。
【００９６】
拡管治具２００を用いてトッププレート１８１側の先細り形状を拡管する場合、まず拡管装置を取り外し、トッププレート１８１側の開口部に拡管治具２００を配置する。拡管治具２００は、押し板２０２，２０３と、各押し板２０２，２０３を拡げるミニシリンダ２０１から構成される。ミニシリンダ２０１を駆動させて押し板２０２，２０３を押し拡げることによって、開口部が拡管される。ただし、拡管治具２００による拡管は、対向する二つの壁面対のみを拡開するので、徐々に、かつ交互に、直交する壁面対に対する拡管処理を行う。
【００９７】
なお、拡管装置によって収縮角パイプ１７２を拡管する際、収縮角パイプ１７２の周辺に位置する角パイプ１７１は収縮角パイプ１７１と同じ材質であるため、角パイプ１７１が塑性変形してしまう可能性がある。このため、拡管時に、収縮角パイプ１７２の周辺に位置する角パイプ１７１のセル内にバックアップ材２１０を挿入する。たとえば、図３４に示すように、収縮角パイプ１７２の四方に隣接する４つの角パイプ１７１のセル内にバックアップ材２１０を挿入する。このバックアップ材２１０の外部と角パイプ１７１の内部とは、隙間がない方がよい。ただし、バックアップ材２１０が角パイプ１７１内に挿入できなくなるので、所定のクリアランスを設けるようにする。また、バックアップ材２１０の熱膨張率が大きいときは、バックアップ材２１０内部にヒータを埋め込み、挿入後に通電を行うことによって、バックアップ材２１０とバスケット１７１との間の間隙をなくすようにしてもよい。なお、対向するバックアップ材２１０の端部間を互いに結合させる部材、たとえば押さえ板をボルト締めするようにして、収縮角パイプの拡管を一層、矩形に近づけることができる。また、バックアップ材２１０の断面形状を角パイプ１７１の断面形状に比して一部小さくし、収縮角パイプ１７２の半径方向に沿ってバックアップ材２１０と角パイプ１７１との間に隙間を設け、この隙間をボルト締め等で外側から収縮角パイプ１７２方向に押圧することによって、収縮角パイプ１７２の周囲の角パイプ１７１を固定し、これによって収縮角パイプ１７２の拡管を一層、矩形に近づけるようにしてもよい。
【００９８】
この実施の形態１０によれば、拡管装置によって収縮角パイプ１７２全体を拡管し、キャビティへのバスケット挿入を容易にするとともに、熱伝導性および核燃料集合体の保持を確実に行うことができる。挿入側開口部を拡管治具２００によって拡管するようにしているので、核燃料集合体の挿入を確実に行うことができる。また、バックアップ材を用いることによって収縮角パイプ１７２以外の角パイプ１７１の塑性変形が防止され、角パイプ１７１の極端な変形をなくし、角パイプ間の密な配置を確実にできる。
【００９９】
なお、上述した実施の形態１〜９は、基本的にＰＷＲ用のキャスク内のバスケットに用いられるものであるが、実施の形態１０は、ＰＷＲ用のバスケットに限らず、ＢＷＲ用のバスケットにも適用できる。
【０１００】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明にかかるバスケット（請求項１）によれば、ＡｌまたはＡｌ合金粉末に中性子吸収性能をもつＢまたはＢ化合物の粉末がＢ量で１．５重量％以上、９重量％以下添加されたアルミニウム複合材またはアルミニウム合金を押出加工によって成形して外部壁面の長手方向にあり溝を有した中性子吸収成分を含む角パイプを形成し、前記使用済核燃料集合体が挿入可能な矩形の内部断面形状をもつ前記角パイプをキャビティ内に複数挿入し、各外部壁面を相互に隣接させた密な接触状態とすることで前記あり溝の結合によって生成される切り欠き部分のＶ字突起を有して冠水時にウォーターゾーンとなる空隙部を形成し、ＰＷＲ用のバスケット構造となるようにしているので、使用済核燃料集合体の冷却期間において空隙部を用いて中性子の減速を有効に行うことができるとともに、あり溝の結合によって生じた空隙部は、テーパ状となり、このテーパ状の突起部分を有効利用して各バスケットをクランプする機構を配置することが可能であり、これによって各バスケットの結合を密にすることができ、熱伝導性およびバスケット強度を高めることができるという効果を奏する。
【０１０１】
また、この発明にかかるバスケットの固定器具（請求項２）によれば、あり溝によって形成される角パイプ間の空隙部に固定器具を配置し、ボルトの回動によってくさび材を底板方向に移動し、この移動によって各クランプ部材が前記第１および第２のガイド機構によって切り欠き部分側にそれぞれ双方向にガイドされ、対向する角パイプをクランプし、この角パイプバスケット間を密に接合できるようにしているので、簡易な構成によってバスケットに要求される十分な熱伝導性を満足させることができるという効果を奏する。
【０１０２】
また、この発明にかかるバスケットの固定器具（請求項３）によれば、ドライバによって、ボルトをねじ回し、これによって、角パイプのクランプを行えるようにしているので、この角パイプに対するクランプを容易に行うことができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１である角パイプを隣接配置したバスケットを示す部分断面図である。
【図２】 図１に示した角パイプを示す斜視図である。
【図３】 図１に示したバスケットの製造方法を示すフローチャートである。
【図４】 この発明の実施の形態１である固定器具の構成を示す図である。
【図５】 この発明の実施の形態１である固定器具とドライバとの関係を示す図である。
【図６】 この発明の実施の形態である固定器具による角パイプに対するクランプ動作を説明する図である。
【図７】 この発明の実施の形態２であるバスケットの径方向断面の一部を示す図である。
【図８】 この発明の実施の形態２の変形例であるバスケットの径方向断面の一部を示す図である。
【図９】 この発明の実施の形態３であるバスケットの径方向断面の一部を示す図である。
【図１０】 図９に示したバスケットを示す部分拡大図である。
【図１１】 この発明の実施の形態３における第１の変形例であるバスケットの径方向断面の一部を示す図である。
【図１２】 この発明の実施の形態３における第２の変形例であるバスケットの径方向断面の一部を示す図である。
【図１３】 この発明の実施の形態３における第３の変形例であるバスケットの径方向断面の一部を示す図である。
【図１４】 この発明の実施の形態４であるバスケットの径方向断面の一部を示す図である。
【図１５】 この発明の実施の形態４の変形例であるバスケットの径方向断面の一部を示す図である。
【図１６】 この発明の実施の形態５であるバスケットを構成する板状部材を示す平面図である。
【図１７】 図１６に示した板状部材を組み合わせた状態を示す図である。
【図１８】 図１７に示した係合状態を示すＡ−Ａ線断面図である。
【図１９】 この発明の実施の形態６であるバスケットを構成する板状部材の平面図であり、塑性変形による形状変化前後の状態を示す図である。
【図２０】 この発明の実施の形態７であるバスケットの結合状態を示す一部平面図である。
【図２１】 この発明の実施の形態７の第１の変形例であるバスケットの結合状態を示す一部平面図である。
【図２２】 この発明の実施の形態７の第２の変形例であるバスケットの結合状態を示す一部平面図である。
【図２３】 この発明の実施の形態７の第３の変形例であるバスケットの結合状態を示す一部平面図である。
【図２４】 この発明の実施の形態８であるバスケットを構成する板状部材と結合部材を示す平面図である。
【図２５】 図２４に示した板状部材と結合部材とを組み合わせた状態を示す図である。
【図２６】 この発明の実施の形態９であるバスケットを構成する板状部材と結合部材の塑性変形前後の結合状態を示す図である。
【図２７】 収縮バスケットの断面形状を示す図である。
【図２８】 収縮バスケットの配置位置を示す図である。
【図２９】 拡管装置の拡管部の概要構成を示す図である。
【図３０】 拡管部の詳細構成および拡管装置の全体構成を示す図である。
【図３１】 核燃料集合体と拡管バスケットとの関係を示す図である。
【図３２】 拡管治具の配置を示す斜視図である。
【図３３】 拡管治具の配置を示す断面図である。
【図３４】 収縮バスケットとバックアップ材との関係を示す図である。
【図３５】 従来のキャスクの一例を示す斜視図である。
【図３６】 図３５に示したキャスクを示す軸方向断面図である。
【図３７】 従来におけるＰＷＲ用のキャスクを示す軸方向断面図である。
【図３８】 従来におけるＰＷＲ用のバスケットの組立の一例を示す部分組立斜視図である。
【図３９】 従来におけるＰＷＲ用のキャスクに用いられるバスケットの他の部分を示す組立構成図である。
【図４０】 従来における他のＰＷＲ用のバスケットを示す部分平面図である。
【図４１】 図４０に示した他のＰＷＲ用のバスケットを示すＢ−Ｂ線断面図である。
【符号の説明】
１，１１，２１，３１，４１，５１，６１，７１，８１，１８０ 核燃料集合体
２，１２，２２，１７１ 角パイプ
３，１３，２３，３３，４３，５３，６３，７３，８３，９３ａ，９３ｂ，１０３，１１３，１２３，１３３，１４３，１５３，１６３ 空隙部
３ａ あり溝
４ ボルト
４ａ スリット
５ くさび
６ クランプ
７ 底板
８，９ ガイド
１０ 固定治具
１４ 切り欠き部
１５ 突起部
２０ ドライバ
２０ａ 操作軸
２０ｂ ボルト回転金具
２６ 嵌合面
３２，４２，５２，６２，７２，８２，９２ａ，９２ｂ，１０２，１１２，１２２，１３２，１４２，１５２，１６２ 板状部材
３６，４６，５６，６６，７６，８６ 結合部
３７，４７，５７，６７，７７，８７，１０７ 係合面
４６ 垂直結合部
４８ 斜め結合部
９４，９５，１５４．１５５ テーパ部
９６ テーパ面
１０１，１６１ 流体受入穴
１０４，１６４ 間隙部
１０５，１６５ 塑性変形部
１１０，１２０，１３０，１４０，１５０，１６０ 結合部材
１７２ 収縮バスケット
１７３ 拡管バスケット
１８１ トッププレート
１８２ エンドプレート
１８３ タイロッド
１８４ ゴム袋
１８５ ヒータ
１８６ 昇圧装置
１８７ 圧力指示計
１８８ａ 弁
１８８ｂ リリーフ弁
１８９ 電源
１９０ 拡管部
２００ 拡管治具
２０１ ミニシリンダ
２０２，２０３ 押し板
２１０ バックアップ材
Claims (3)
- キャスクのキャビティ内にＰＷＲ用の使用済核燃料集合体の収納を行うバスケットにおいて、
ＡｌまたはＡｌ合金粉末に中性子吸収性能をもつＢまたはＢ化合物の粉末がＢ量で１．５重量％以上、９重量％以下添加されたアルミニウム複合材またはアルミニウム合金を押出加工によって成形して外部壁面の長手方向にあり溝を有した中性子吸収成分を含む角パイプを形成し、前記使用済核燃料集合体が挿入可能な矩形の内部断面形状をもつ前記角パイプをキャビティ内に複数挿入し、各外部壁面を相互に隣接させた密な接触状態とすることで前記あり溝の結合によって生成される切欠部分のＶ字突起を有して冠水時にウォーターゾーンとなる空隙部を形成することを特徴とするバスケット。 - キャスクのキャビティ内に、中性子吸収能を有し、外部壁面の長手方向にあり溝を有した複数の角パイプを隣接配置して格子状セルを構成するように前記角パイプを相互にクランプするバスケットの固定器具において、
ボルトと、
中央部において前記ボルトが螺合し、上面両側部に前記角パイプの切り欠き部分方向にガイドする第１のガイド機構を有する底板と、
前記ボルトの頂部と前記底板との間に介在し、前記ボルトが貫通して前記底板方向に凸のくさび形状を有するとともに、前記切り欠き部分方向の側面にそれぞれ第２のガイド機構を有するくさび部材と、
前記第１のガイド機構に嵌合するとともに、一端で前記第２のガイド機構に嵌合し、他端に双方の切り欠き部分を押し広げるＶ字型クランプ溝を有するクランプ部材と、
を備え、
あり溝によって形成される前記角パイプ間の空隙部に当該固定器具を配置し、前記ボルトの回動によって前記くさび材を底板方向に移動し、この移動によって各クランプ部材が前記第１および第２のガイド機構によって切り欠き部分側にそれぞれ双方向にガイドされ、対向する前記角パイプをクランプすることを特徴とするバスケットの固定器具。 - 前記ボルトは、その頂部にスリットを有し、前記スリットに挿入して前記ボルトをねじ回すドライバをさらに備えたことを特徴とする請求項２に記載のバスケットの固定器具。
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