JP4111037B2

JP4111037B2 - キャスク用緩衝体

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Publication number: JP4111037B2
Application number: JP2003101075A
Authority: JP
Inventors: 敦也平野; 眞琴林; 清水　　仁
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2003-04-04
Filing date: 2003-04-04
Publication date: 2008-07-02
Anticipated expiration: 2023-04-04
Also published as: JP2004309235A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、核燃料等を輸送、貯蔵するキャスクの落下時における衝撃を緩和するキャスク用衝撃緩衝体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、使用済み核燃料は、原子力発電所内に設けられた冷却プールで、放射線量が一定レベル以下に低下するまで保管されたのち、遮蔽機能及び密封機能を有する燃料輸送貯蔵キャスクに収められ、燃料処理施設まで輸送されるか、中間貯蔵施設まで輸送した後、キャスクに収納された状態で貯蔵される。輸送時および取扱い時の万一の事故に備え、キャスクは９ｍ上方からの落下に対しても、所定の遮蔽機能と密封機能を有することが義務づけられている。そこで、輸送時および取扱い時には、通常、キャスクの上下端にキャスク用衝撃緩衝体を取付け、万一の落下時の衝撃を十分に緩和させる。
【０００３】
キャスク用衝撃緩衝体は、キャスクとの寸法の取合いから、いろいろな落下姿勢に対してキャスクの一部が着床するのを防ぐために落下姿勢毎に許容変形量があり、９ｍ上方からの落下に対して許容変形量内で衝撃を吸収するために、落下姿勢に対応して変形する領域毎に所定の圧縮応力以上を発生する材料を緩衝材として配置することが行われる。
【０００４】
キャスクの燃料収納効率を高めるには、強度設計上、許容変形量内で落下時の加速度を極力抑えることができる衝撃緩衝体であることが要求される。これに対応する緩衝材には、圧縮応力が収縮初期から終了まで一定値を示すものが望ましい。圧縮時にこのような特性を示すものとして、周囲を拘束した木材の繊維方向圧縮や金属パイプの軸方向圧縮や、ハニカム構造材のセル角筒軸方向圧縮等、材料の座屈現象を利用したものが知られている。これらの中で、現在までの燃料輸送用キャスクの衝撃緩衝体に最も適用例が多いのが木材である。
【０００５】
従来の衝撃緩衝体については、特許文献１に開示されているように、キャスク本体の両端に衝撃緩衝体を外装し、キャスクの軸方向に衝撃吸収能力が高い第１の材料をキャスク直径を超えない範囲に円盤状に配置し、その外側にキャスクの軸方向に衝撃吸収能力が高い第２の材料を円筒状で配置し、キャスクの軸に対して垂直な方向に衝撃吸収能力が高い第３の材料を円筒状に配置させている。また、上記第２の円筒状の材料をキャスクの軸方向に対して垂直な方向に衝撃吸収能力が高くなるように配置する、あるいは、第２、第３の円筒状の材料をキャスクの軸方向に対して垂直な方向に衝撃吸収能力が高くなるように配置する構造が提案されている。そして、前記衝撃吸収能力が高い材料として、バルサ材、レッドウッド、米杉、米ヒバ、ポリウレタンフォーム、あるいは発泡スチロールが挙げてある。
【０００６】
また、特許文献２に開示されているように、衝撃リミッターの環状本体内の衝撃吸収部材がアルミニウム蜂の巣状体の例がある。
特許文献３の［従来の技術］の項目に開示されているように、衝撃吸収材として、バルサ材、積層板、ゴム、バーミキュライトコンクリートなどが用いられてきたとの記載がある。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−８３２９１号公報
【特許文献２】
特許第３０３２８１０号公報
【特許文献３】
特許第２９５２２８３号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
経済性、加工性が優れ、使用実績のある木材は、繊維方向に大規模に圧縮した場合に繊維の座屈が連続的に生じ、ほぼ一定の圧縮流れ応力となるため、衝撃吸収性能が高いと言えるが、座屈崩壊の発生を防ぐために側面を十分に拘束しておくことが必要である。キャスク本体の端部側面の外周領域において、繊維がキャスク軸方向に対して垂直になるように木材を配置した場合には、キャスク円筒軸が水平もしくは水平に近い姿勢で落下衝突した際に、木材が座屈崩壊により衝撃吸収能力が低下し、想定以上に衝撃緩衝体が変形する危険性がある。これは、この部分のキャスク中央部側にある木材を取り囲む衝撃緩衝体カバーが座屈して軸方向中央部側に座屈後の木材が流れ込むこと、および、キャスク端部側の木材強度が低いために、この部分に挫屈後の木材が流れ込むことによる。
木材として繊維方向を積層毎に直交させた積層材は木材の特性のばらつきが少ないため、緩衝体に適用した場合、緩衝体性能を安定させることが可能となる。しかし、積層材の場合も側面の拘束が不十分な場合に座屈崩壊する。ただし、各層の面に垂直な方向にだけ座屈崩壊するため、配向を工夫することにより座屈崩壊を防げる可能性がある。
【０００９】
本発明の目的は、キャスクの落下時における衝撃荷重を適度に吸収して衝撃加速度を低く抑えるとともに、変形量も低く抑えることが可能な衝撃緩衝体を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、次に示すようなキャスク用衝撃緩衝体を構成する。
使用済み燃料集合体を収納する筒状のキャスクの両軸端に配置する落下時の衝撃荷重を吸収する緩衝体において、水平落下荷重、垂直落下荷重、およびコーナー落下荷重をそれぞれ分担する衝撃吸収材を配置したこと。
使用済み燃料集合体を収納するキャスクの落下時の衝撃荷重を吸収する緩衝体において、落下荷重を分担する衝撃吸収材として、応力ひずみ特性に異方性を有し、強度の低い方向においては圧縮時に体積収縮を生じる材料を用いること。
使用済み燃料集合体を収納するキャスクの落下時の衝撃荷重を吸収する緩衝体に用いる衝撃吸収材として、応力ひずみ特性に異方性を有し、強度の低い方向においては圧縮時に体積収縮を生じるハニカム構造体を用いること。
【００１１】
使用済み燃料集合体を収納するキャスクの落下時の衝撃荷重を吸収する緩衝体において、水平落下荷重を分担する衝撃吸収材には強度の高い材料を用い、垂直落下荷重を分担する衝撃吸収材には中程度の強度を有する材料を用い、コーナー落下荷重を分担する衝撃吸収材には強度の低い材料を用いること。
使用済み燃料集合体を収納するキャスクの落下時の衝撃荷重を吸収する緩衝体において、水平落下荷重を分担する衝撃吸収材は強度の高い方向を半径方向に、垂直落下荷重を分担する衝撃吸収材は強度の高い方向を軸方向に、コーナー落下荷重を分担する衝撃吸収材は強度の高い方向を半径方向に配向させて配置したこと。
【００１２】
使用済み燃料集合体を収納するキャスクの落下時の衝撃荷重を吸収する緩衝体において、水平落下荷重を分担する衝撃吸収材には密度の高い木材もしくは木質ボードを用い、垂直落下荷重を分担する衝撃吸収材には中程度の密度を有する材料を用い、コーナー落下荷重を分担する衝撃吸収材には密度の低い材料を用いること。
使用済み燃料集合体を収納するキャスクの落下時の衝撃荷重を吸収する緩衝体において、水平落下荷重を分担する衝撃吸収材には密度が０．５ないし０．６ｇ／ｃｍ^３の木材もしくは木質ボードを用い、垂直落下荷重を分担する衝撃吸収材には密度が０．１５ないし０．２５ｇ／ｃｍ^３を有する材料を用い、コーナー落下荷重を分担する衝撃吸収材には密度が０．１ないし０．１５ｇ／ｃｍ^３の木材もしくは木質ボードを用いること。
【００１３】
使用済み燃料集合体を収納するキャスクの落下時の衝撃荷重を吸収する緩衝体において、水平落下荷重を分担する衝撃吸収材として密度が０．５ないし０．６ｇ／ｃｍ^３の積層構造のファープライウッドを用い、垂直落下荷重とコーナー落下荷重を分担する衝撃吸収材として密度が０．１ないし０．２５ｇ／ｃｍ^３のバルサ材料を用いること。
使用済み燃料集合体を収納するキャスクの落下時の衝撃荷重を吸収する緩衝体の断面構造をコの字形の軸対称形状とし、窪み部（へこみ部）をキャスクの両端に差し込んで取り付けるものとし、窪み部側面の底を越えない領域に水平落下荷重を分担する衝撃吸収材を配置し、底部の外周側にコーナー落下荷重を分担する衝撃吸収材を配置し、底部の内側に垂直落下荷重を分担する衝撃吸収材を配置すること。
【００１４】
使用済み燃料集合体を収納するキャスクの落下時の衝撃荷重を吸収する緩衝体の断面構造をコの字形の軸対称形状とし、窪み部をキャスクの両端に差し込んで取り付けるものとし、窪み部側面で底を越える領域にかけて水平落下荷重を分担する衝撃吸収材を配置し、底部の外周側にコーナー落下荷重を分担する衝撃吸収材を配置し、底部の内側に垂直落下荷重を分担する衝撃吸収材を配置すること。
使用済み燃料集合体を収納するキャスクの落下時の衝撃荷重を吸収する緩衝体の断面構造をコの字形の軸対称形状とし、窪み部をキャスクの両端に差し込んで取り付けるものとし、窪み部側面に水平落下荷重を分担する衝撃吸収材を配置し、底部の外周側にコーナー落下荷重を分担する衝撃吸収材を配置し、底部の内側に垂直落下荷重を分担する衝撃吸収材を配置するとともに、底部の中心軸周りに垂直荷重の一部を分担する強度の低い材料を配置すること。
【００１５】
使用済み燃料集合体を収納するキャスクの落下時の衝撃荷重を吸収する緩衝体の断面構造をコの字形の軸対称形状とし、窪み部をキャスクの両端に差し込んで取り付けるものとし、窪み部側面に水平落下荷重を分担する衝撃吸収材を配置し、底部の外周側にコーナー落下荷重を分担する衝撃吸収材を配置し、底部の内側に垂直落下荷重を分担する衝撃吸収材を配置するとともに、底部の中心軸周りに垂直荷重の一部を分担する強度の低い材料を配置するとともに、中心軸周りを囲む円筒形状のリブと、該リブと最外周側の缶体との間に周方向を等間隔で分割する半径方向リブを設けること。
使用済み燃料集合体を収納するキャスクの落下時の衝撃荷重を吸収する緩衝体の断面構造をコの字形の軸対称形状とし、窪み部をキャスクの両端に差し込んで取り付けるものとし、窪み部側面に水平落下荷重を分担する衝撃吸収材を配置し、底部の外周側にコーナー落下荷重を分担する衝撃吸収材を配置し、底部の内側に垂直落下荷重を分担する衝撃吸収材を配置するとともに、底部の全面に強度の低い材料を配置すること。
【００１６】
使用済み燃料集合体を収納するキャスクの落下時の衝撃荷重を吸収する緩衝体において、水平落下荷重を分担する衝撃吸収材の木材もしくは木質ボードの積層面をキャスクの軸に対してｒ−θ面とすること。
使用済み燃料集合体を収納するキャスクの落下時の衝撃荷重を吸収する緩衝体において、水平落下荷重を分担する衝撃吸収材の木材の積層面をキャスクの軸に対してｒ−ｚ面とすること。
【００１７】
水平落下荷重、垂直落下荷重、コーナー落下荷重それぞれに対応する木材構造を配置するとともに、特に、水平落下荷重に対応する木材もしくは木質ボードには積層材を採用し、その積層面をキャスクの中心軸に関してｒ−ｚ面、言い換えれば、積層面の法線方向を周方向に配置されていること。ただし、積層材をキャスク中心軸に対して放射状に配置することは経済的には不都合であるので、緩衝体缶体の内部を半径方向に配置したリブによって周方向に８分割し、その中に平板を積層した積層材で組上げたブロックを収納することにより実用的な構造とすること。
積層材はその性質上、積層面法線方向に座屈崩壊するため、キャスクが概ね水平姿勢で落下衝突した時には、積層材はキャスクの中心軸に対して周方向に座屈崩壊しようとするが、隣接する積層材同士が拘束し合うため、座屈崩壊せずに安定して衝撃を吸収すること。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例を図面により説明する。
燃料輸送貯蔵のためのキャスクに適用される本発明の一実施例である実施例１の衝撃緩衝体を図1と図２を用いて説明する。燃料輸送貯蔵のためのキャスク１は、略円柱形状をなし、原子力発電所で使用済みの燃料集合体８を内部に収納して輸送し、中間貯蔵施設で保管し、所定の期間保存後、再処理施設へ輸送するための機器である。キャスク１の基本的には、内筒２、内筒内部に収納される使用済みの燃料集合体８を入れるバスケットとそれを支持するサポートシリンダ（いずれも図示せず）、内筒２の上部に取り付けられる一次蓋３、二次蓋４（一次蓋と二次蓋を内筒に固定するボルトは省略）、内筒の外側に設けた中性子線遮蔽材５、中性子線遮蔽材５を囲む外筒６、キャスク１の吊り上げおよび固定用のトラニオン７で構成される。キャスク１の軸方向両端には、下部の衝撃緩衝体９と上部の衝撃緩衝体１０をボルトで固定する。
【００１９】
衝撃緩衝体９、１０は、断面がコの字の軸対称形状である。外殻２１はステンレス鋼製で、内部に木材もしくは木質ボードを充填する。下部の衝撃緩衝体９、上部の衝撃緩衝体１０は、いずれも中央に内筒２の外径に合わせた窪み部２０を形成しており、この窪み部２０に内筒２を嵌めることによって、内筒下端部の側面および内筒上端部の側面を覆っている。衝撃緩衝体９、１０の断面形状を図３と図４に示す。外殻２１は断面がコの字形の軸対称形状のほぼ円筒形状である。その内側には円筒形のリブ２２を溶接で取り付けてあり、該リブ２２と外殻（外装体）２１との間には半径方向リブ２３を、周方向を８分割するかたちで放射状に溶接により取り付けてある。下部の衝撃緩衝体９と上部の衝撃緩衝体１０は、外形、内部のリブ構造、後述する充填木材の種類・配置・配向は全て同一である。
【００２０】
木質ボードは木材粉をボード状に固型化したものとして市販されており、ボードの板方向に木材と同様に木目があるものとして取り扱うことができる。以下、木材を例にとって説明する。
衝撃緩衝体９、１０における内部の木材配置を図２で説明する。キャスクの落下姿勢に応じて木材を配置する。木材配置、すなわち外殻２１の内部は４領域に分けてある。４領域は、キャスク１の端面部側において窪み部２０に面した中央部１４とその外側の中部１２、１２’、および窪み部２０からはずれた最外周の周囲角部１３、１３’の３領域、並びにキャスク１の端部側面側において窪み部２０に面し、かつキャスク１の円柱方向において主に周囲角部１３、１３’に接する端周囲部１１、１１’の１領域からなり、木材は、木材の木目である木材繊維方向が前記端面部に対して中央断面で中央部１４では、矢印で示すように、水平方向になるようにして、中部１２、１２’では垂直方向になるようにして、周囲角部１３、１３’では水平方向になるようにして、かつ端周囲部１１、１１’では水平方向になるようにして配設される。このような構造において、水平落下に対しては端周囲部１１、１１’が対応する。垂直落下に対しては基本的には中部１２、１２’が対応し、一部について中央部１４が二次的に荷重を分担する。コーナー落下に対しては周囲角部１３、１３’が対応する。外殻２１を含む緩衝体缶体の内側リブ２２は中部１２、１２’と中央部１４の境に外殻２１に固着されて配置される。
【００２１】
垂直落下時の緩衝体の圧縮面積が大きいために、中央部１４に強度の低い（つまりキャスク軸方向に対して垂直方向に繊維を配向する）材料を配置して、後述する加速度を許容値以下に抑えることを行う。
【００２２】
中部１２、１２’は、周囲角部１３、１３’に接しており、周囲角部側において端周囲部側に突出し、端周囲部１１、１１’に接する長さｌ、高さｈの突出部３０を形成する。すなわち、外径が窪み部２０の底を超える領域に、垂直落下加重を分担する衝撃吸収剤が配置される。この構成によって周囲角部１３、１３’は窪み部２０から完全にはずれた状態で配置されたことになる。この構成によれば、コーナー落下に対してこの突出部３０が早めに働いて衝撃力を吸収することができる。コーナー落下に対して周囲角部１３、１３’の木材の水平方向の配置による作用と突出部３０の木材の垂直方向の配置による作用の相互作用によって衝撃力が吸収される。尚、配置方向は、キャスク１の端面部に対してのものであり、キャスク用緩衝体の平面方向に対するものである。
【００２３】
木材の基本的な機械的特性（応力ひずみ線図）を図５と図６で説明する。ぞれぞれの図において、（ａ）図はひずみ（％）と応力（ＭＰａ）、（ｂ）図はキャスク用緩衝体変形量（ｍｍ）とキャスク加速度との関係を示す。キャスク用緩衝体では木材が圧縮変形するときのエネルギにより衝撃荷重を吸収するが、応力ひずみ線図は木材の切り出し方向に依存して大きく異なる。すなわち異方性を有する。図５（ａ）の右上に示したように、木材を木材繊維に平行な方向（木目方向）に圧縮変形させると、やや高い応力で降伏し、塑性変形が始まると流れ応力がほぼ一定で変形し、ひずみが非常に大きくなると急速に応力が立ち上がる。この特性は図５（ｂ）に示すように、キャスク加速度の大きさとなって現れる。緩衝体変形量に対するキャスク加速度を変形終了時点において、許容値内に収納しながら充分に衝撃力を吸収することが必要とされる。本実施例にあっては、中央部１４における木材の木目の水平方向配置と中部１２、１２’における木材の木目の垂直方向配置との組み合わせによって緩衝体変形量に対するキャスク加速度を容易に許容値内に収納することができる。ここで注目されるべきことは、中央部１４と中部１２、１２’との木目の組み合わせを使用していることであり、そのいずれか一方によっては加速度を許容値内に収納することが不能となることである。一方、図６（ａ）の右上に示したように、木材を木材繊維に垂直な方向に圧縮変形させると、非常に低い応力で降伏し、塑性変形が始まると非常にゆっくりと流れ応力が増加して行き、ひずみが大きくなると急速に応力が立ち上がる。この特性に対応して加速度は（ｂ）図のようになる。やはり、変形終了時点において許容値以内に収納しなければならない。このように木材は切り出し方向によって応力ひずみ特性が大きく異なる異方性を有するが、緩衝体ではこの特性を逆に有効に活かしている。また、図５、図６には３種類の木材Ａ、Ｂ、Ｃの特性を示してあるが、これは主に密度による差であり、密度の高い木材ほど高い応力値を示す。
【００２４】
各領域における木材の繊維方向の配置方向を図２に示した。基本的には木材の繊維方向を落下荷重方向に合わせる。したがって、水平荷重を分担する端周囲部１１、１１’の繊維方向は半径水平方向、垂直荷重を分担する中部１２、１２’の繊維方向は垂直方向である。コーナー荷重を分担する周囲角部１３、１３’の繊維方向は半径水平方向である。これはコーナー落下では、周囲角部１３、１３’が主に落下荷重を分担するが、中部１２、１２’、端周囲部１１、１１’も荷重を分担するため全体のバランスから繊維方向を半径水平方向とした。
【００２５】
図１０において、水平落下時の加重を負担する端周囲部１１、１１’には、高密度材で強度の高い方向を荷重方向に向けたので最強となる。垂直落下時の荷重を負担する中部１２、１２’には、低密度材で強度の高い方向を荷重方向に向けたので中間強度となり、コーナー落下時の荷重を負担する端周囲部１１、１１’には、低密度材で強度の高い方向を荷重方向とは異なる向きに向けたので最弱となる。
【００２６】
以上の構成によれば、略円柱形状をなすキャスクの２つの端面部および２つの端部側面の一部周面を外装する外殻２１を備えたキャスク用緩衝体において、外殻２１は、内部が少なくとも４領域から構成され、キャスク１の端部を収納するに充分な窪み部２０が形成され、４領域は、キャスク１の端面部側において窪み部２０に面した中央部１４とその外側の中部１２、１２’、および窪み部２０からはずれた最外周の周囲角部１３、１３’の３領域、並びにキャスク１の端部側面側において窪み部２０に面し、かつキャスク１の円柱方向において主に周囲角部１３、１３’に接する端周囲部１１、１１’の１領域からなり、応力ひずみ特性に異方性を有する木材もしくは木質ボードは、該木材もしくは木質ボードの強度の強い方向がキャスク１の端面部に対して中央断面で中央部１４では水平方向になるようにして、中部１２、１２’では垂直方向になるようにして、周囲角部１３、１３’では水平方向になるようにして、かつ端周囲部１１、１１’では水平方向になるように配設されるキャスク用緩衝体が構成される。
【００２７】
そして中部１２、１２’は、周囲角部１３、１３’に接しており、周囲角部１３、１３’側において端周囲部側に突出し、端周囲部１１、１１’に接する突出部３０が形成されるキャスク用緩衝体が構成される。
また、図１１に示すように、端周囲部１１、１１’の底部が伸びた伸部３５、３５’を設けて、この伸部３５、３５’を中部１２、１２’上に配設するようにしてもよい。
【００２８】
キャスクの落下姿勢に応じて木材を配置し、木材配置を４領域に分けるのは実施例１と同じであるが、水平落下荷重に対応する端周囲部１１、１１’の形状が異なる。すなわち、図２に示した実施例１では、端周囲部１１、１１’の領域は緩衝体のコの字形状の窪み部２０の底までに至らない寸法に収めてある。これは言い換えれば、水平荷重を分担する木材はキャスク１の内筒２の端部までの範囲にあるということである。一方、図１１の例では端周囲部１１、１１’の領域は窪み部２０の底を越えるところまで延長してある。これは、強度特性が低い木材を水平荷重を分担する端周囲部１１、１１’に適用した場合には、変形が大きくてキャスク１が地面に衝突してしまう可能性があるためである。
【００２９】
緩衝体に使用する材料としては、垂直落下荷重を分担する中部１２、１２’とコーナー落下荷重を分担する周囲角部１３、１３’、および中央部１４には比重の低いバルサ材を使用する。この場合の密度は０．１ｇ／ｃｍ^３から０．２５ｇ／ｃｍ^３である。バルサ材を使用する理由は、これらの領域の落下荷重を負担する面積が大きいので、低い応力で変形する材料が適正なためである。一方、水平荷重を分担する端周囲部１１、１１’には比重が０．５ｇ／ｃｍ^３から０．６ｇ／ｃｍ^３の強度の高い材料が望ましい。更には、積層板が望ましい。具体的には、厚さ３ミリ程度のダグラスファーの薄板を繊維が互いに直交するように積層したファープライウッドが最適である。
【００３０】
水平荷重を分担する端周囲部１１、１１’におけるファープライウッドの積層方向の配置を図７、図８に示す。図３に示したように、端周囲部１１、１１’はリブ２３で周方向に８分割して配置され、１つ１つは周方向で４５度分を分担するため、図７、図８には１個分の形状を示してある。図７はファープライウッドの積層方向を軸方向としたものである。言い換えれば、積層面をキャスク１、あるいは緩衝体９、１０の軸方向に対してｒ−θ面としたものである。一方、図８は積層面の法線方向をキャスク１、あるいは緩衝体９、１０の軸方向に対して周方向としたものである。言い換えれば、積層面をｒ−ｚ面としたものである。実験と解析の結果からは、図７のように積層した場合には、緩衝体の外殻２１の軸方向側面が水平落下荷重を受けて座屈すること、および、コーナー落下荷重分担用の周囲角部１３、１３’が軟らかいために、端周囲部１１、１１’が圧縮変形して座屈したときに両軸方向に木材が流れ込むため変形抵抗が小さくなり、変形が大きくなる可能性がある。それに対して、図８のように積層した場合には、木材の座屈方向が周方向であるので、変形抵抗が小さくならないため、圧縮変形が極端に大きくならず、積層方向としてはこの方がより望ましい。図９に端周囲部１１、１１’の積層面の法線方向を緩衝体の周方向としたときの断面図を示す。端周囲部１１、１１’は周方向では放射状リブ２３、２３’により４５度間隔で仕切られ、積層面は隣同士が互いに４５度ずれて配置される。
【００３１】
図１２は、木材もしくは木質ボードを使用してハニカム構造体３１、３２を構成した例を示す。ハニカム構造体の長手方向もしくは強度が強い方向として配設する。これによれば、木材もしくは木質ボード４１、４２の木目方向と同一方向にハニカム構造体の長手方向が配設されて前述した例と同一の効果を期待できる。この結果、図２に示すと同様の配置関係を構成することができる。すなわち、ハニカム構造材料を適用した場合でも、配置は図２などの木材のものと同じになる。この場合、木材の繊維方向に相当する矢印は、ハニカム構造材のセル角筒方向である。各領域の密度は、端周囲部１１、１１’で示す領域が高く、その他の領域が低くなっている。本構造によって、木材を使用した場合と同じ衝撃吸収作用が得られる。さらに、金属製の材料を用いることによって、温度変動によっても安定した性能を得ることができ、設計がしやすくなる効果がある。
【００３２】
燃料輸送貯蔵のためのキャスク１に適用する本発明の他の実施例である実施例２の衝撃緩衝体を図１２に基づいて説明する。キャスク１の落下姿勢に応じて木材を配置する。木材配置、すなわち外殻２１の内部は５領域に分けてある。水平落下に対しては先の実施例と同様に、端周囲部１１、１１’が対応する。垂直落下に対しては基本的には中部１２、１２’が対応し、一部について中央部１４が二次的に荷重を分担する。コーナー落下に対しては周囲角部１３、１３’が対応する。上記の落下荷重は９ｍの落下高さに対応するものである。しかし、キャスク１の設計基準においては０．３ｍの落下に対する緩衝体構造が必要である。そのために、中央部１４、中部１２，１２’および周囲角部１３、１３’の外側全面に亘って隣接して外表部１５が１つの独立した領域として設けてある。この場合の外表部１５の木材の繊維方向は水平方向とされる。外表部１５は０．３ｍ高さからの垂直落下荷重に対応するために設けた薄いバルサ材によって構成され得る。この部材の繊維方向はキャスク１および緩衝体９、１０の軸方向に対して垂直である。
【００３３】
他の変形例である緩衝体を図１４に示す。この例にあっては、図１１に示す例と図１３に示す例を組み合わせている。従って、それぞれの特徴を備える。キャスク１の落下姿勢に応じて木材を配置し、木材配置を５領域に分けるのは図１３に示す例と同じであるが、水平落下荷重に対応する端周囲部１１、１１’の領域である伸部３５、３５’を図１１に示す例のように、窪み部２０の底を越えるところまで延長したものである。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば、使用済燃料輸送貯蔵用キャスクが輸送中に万一落下した場合でも、緩衝体を適度に変形させることにより、キャスクへの衝撃加速度を大幅に緩和するとともに、緩衝体の変形量も小さく抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例である衝撃緩衝体を取り付けたキャスクの概略構造図。
【図２】本発明の実施例であるキャスクに適用する衝撃緩衝体の構造図。
【図３】衝撃緩衝体の外殻と内部に設けるリブの配置を示す水平断面図。
【図４】衝撃緩衝体の外殻と内部に設けるリブの配置を示す垂直断面図。
【図５】木材の繊維方向に高速圧縮変形させた時の応力とひずみとの、およびキャスク加速度と緩衝体変形量との関係を示す特性図。
【図６】木材の繊維方向と垂直な方向に高速圧縮変形させた時の応力とひずみとの、およびキャスク加速度と緩衝体変形量との関係を示す特性図。
【図７】水平荷重を分担する木材の積層方向をｒ−θ面としたときの配向を説明する図。
【図８】水平荷重を分担する木材の積層方向をｒ−ｚ面としたときの配向を説明する図。
【図９】水平荷重を分担する木材の積層方向をｒ−ｚ面としたときの断面全体での木材の配向を説明する図。
【図１０】木材の強度別配置の例を示す図。
【図１１】衝撃緩衝体を構成する木材ブロックの他の例を示す図。
【図１２】ハニカム構造体を使用した例を示す図。
【図１３】他の実施例の衝撃緩衝体の構成図。
【図１４】図１３に示す衝撃緩衝体の他の例を示す図。
【符号の説明】
１…キャスク、２…内筒、３…一次蓋、４…二次蓋、５…中性子遮へい体、６…外筒、７…トラニオン、８…使用済の燃料集合体、９…下部の衝撃緩衝体、１０…上部の衝撃緩衝体、１１、１１’…端周囲部（領域）、１２、１２’…中部（領域）、１３、１３’…周囲角部（領域）、１４…中央部（領域）、１５…外表部（領域）、２０…窪み部、２１…外殻、２２…円筒状リブ、２３…放射状リブ、３０…突出部、３５…伸部。

Claims

略円柱形状をなすキャスクを形成する円筒の２つの端面部および２つの端部側面の一部周面を外装する外殻を備えたキャスク用緩衝体において、
前記外殻は、内部が少なくとも４領域から構成され、前記キャスク円筒の外径に合わせて円筒端部を収納する窪み部が形成され、
前記４領域は、前記端面部側において前記窪み部に面した中央部とその外側の中部、および前記窪み部からはずれた最外周の周囲角部の３領域、並びに前記端部側面側において前記窪み部に面し、かつ前記キャスクの円柱方向において主に前記周囲角部に接する端周囲部の１領域からなり、
木材もしくは木質ボードは、木材もしくは木質ボードの木目が前記端面部に対して中央断面で前記中央部では水平方向になるようにして、前記中部では垂直方向になるようにして、前記周囲角部では水平方向になるようにして、かつ前記端周囲部では水平方向になるようにして配設され、
前記中部は、周囲角部側において端周囲部の内端から端周囲部の下側に突出する突出部を備えて形成され、端周囲部は突出した突出部と接して形成され、周囲角部は突出部の介在によって窪み部から離間されるようにして形成されること
を特徴とするキャスク用緩衝体。
略円柱形状をなすキャスクの２つの端面部および２つの端部側面の一部周面を外装する外殻を備えたキャスク用緩衝体において、
前記外殻は、内部が少なくとも４領域から構成され、前記キャスクの端部を収納するに充分な窪み部が形成され、
前記４領域は、前記端面部側において前記窪み部に面した中央部とその外側の中部、および前記窪み部からはずれた最外周の周囲角部の３領域、並びに前記端部側面側において前記窪み部に面し、かつ前記キャスクの円柱方向において主に前記周囲角部に接する端周囲部の１領域からなり、
応力ひずみ特性に異方性を有する木材もしくは木質ボードは、該木材もしくは木質ボードの強度の強い方向が前記端面部に対して中央断面で前記中央部では水平方向になるようにして、前記中部では垂直方向になるようにして、前記周囲角部では水平方向になるようにして、かつ前記端周囲部では水平方向になるように配設され、
前記中部は、周囲角部側において端周囲部の内端から端周囲部の下側に突出する突出部を備えて形成され、端周囲部は突出した突出部と接して形成され、周囲角部は突出部の介在によって窪み部から離間されるようにして形成されること
を特徴とするキャスク用緩衝体。
請求項１または２において、各領域がお互いに接する部分にリブが前記外殻に固着されて設けられることを特徴とするキャスク用緩衝体。
請求項１または２において、木材もしくは木質ボードからハニカム構造体を形成し、ハニカム構造体の長手方向を木目方向もしくは強度が強い方向として配設することを特徴とするキャスク用緩衝体。
請求項１または２において、木材もしくは木質ボードを木目方向もしくは強度が強い方向に積層して積層構造体を構成し、該積層体を各領域に配設したことを特徴とするキャスク用緩衝体。
請求項１または２において、前記中央部、中部および周囲角部の外側に隣接して外表部からなる領域を設けたことを特徴とするキャスク用緩衝体。