JP4241869B2 - 放射性物質格納容器 - Google Patents

Description

この発明は、原子力発電に用いる燃料棒の集合体をリサイクルのために収納する放射性物質格納容器に関する。

リサイクル燃料集合体を原子力発電所から貯蔵施設まで輸送して、一定期間貯蔵しておくための所謂キャスクと呼ばれる放射性物質格納容器が知られている。通常キャスクは、ＰＷＲ用またはＢＷＲ用のリサイクル燃料集合体を内部に設けたバスケットの各セル内に収納し、このバスケットの周囲にはγ線遮蔽の胴本体と、その周囲にレジン層からなる中性子遮蔽体を設けた構造である。胴本体には伝熱フィンが複数設けられ、且つこれが前記中性子遮蔽体内を貫通して外容器の内面に接続されている。

また、従来のキャスクの一例としては、バスケットが薄肉の内容器に収納され、この内容器を厚肉の外容器内に収容したものが知られている（例えば特許文献１参照）。この内容器及び外容器により実質的に前記γ線を遮蔽する胴本体を構成する。密封性は内容器により維持されるので、外容器はγ線遮蔽機能を有していれば良い。従って、前記外容器は、複数の構成材料をボルトにより固定して容器状に組み立てられ、また内容器は、ステンレス製の筒体に底板を溶接した構造であり、そのフランジ部にて外容器の端面に固定される。また、バスケットは、例えば、中性子減速材を含む板材を交互に組み合わせて菓子折り状にし、これにより形成した格子内にステンレス製の角パイプを挿入した構造のものである。

特開２０００−１３１４９１号公報（第３頁〜５頁、図１）

しかしながら、上記従来のキャスクでは、次のような問題点があった。内筒のフランジに蓋が嵌合され、蓋と容器端部とが接触するシール面と合わせ面は、フランジの平坦な面に共に接触しているため、水分が内筒内に侵入する虞があり長期間の保管に適さない。

この発明は、本特許出願人の発明者らの鋭意研究によるものであり、上記構成のキャスクが我が国の法規制を満たし得る性能を有するように創作されたものである。また、上記問題点を解決するものである。

有底一体容器形状の内容器と、内容器と共に放射線を遮蔽する胴本体を構成し且つ内容器の外側に設けた当該内容器より厚肉の外容器と、外容器の外側に設けた中性子遮蔽体と、前記内容器のキャビティ内に設けられると共に、アルミニウム材またはアルミニウム合金にボロン又はボロン化合物を添加した材料からなる複数の角パイプを面合わせしてリサイクル燃料集合体を収納する複数のセルを構成するバスケットとを備えるとよい。

有底一体容器形状の内容器により密封性を確保し、厚肉の外容器によりγ線等の放射線を遮蔽する。この外容器は厚肉であるが、密封機能を有する溶接等は不要であり、全体で一体でなくてもよく（分割構造でボルト締結などでも良い）、放射線の遮蔽機能を有していれば良い。このため、密封性を要求される内容器は、薄肉で加工しやすいものになり、耐食性、防錆性を有する高価な材料を用いてもコスト高にならない。更に、この発明は、複数の角パイプを合せてバスケットを構成している点に特徴がある。角パイプを用いてバスケットを構成すれば、角パイプ同士の面が互いに接触し、リサイクル燃料集合体の崩壊熱を効率的に伝達して胴本体に伝えることができる。また、輸送中における落下等で内部に衝撃が加わった場合、角パイプが面合せして集まっているので、荷重に耐えやすくなる。

また、型を用いて底一体成形した有底容器形状の内容器と、内容器と共に放射線を遮蔽する胴本体を構成し且つ内容器の外側に設けた当該内容器より厚肉の外容器と、外容器の外側に設けた中性子遮蔽体と、前記内容器のキャビティ内に設けられると共に、リサイクル燃料集合体を収納する複数のセルを有するバスケットとを備えるとよい。

内容器を型（例えば深絞り加工のダイス及びポンチなど）を用いて一体成形するので、密封性の高い有底容器が成形できる。これにより、内部から放射性物質が漏洩するのを確実に防止できる。なお、型を用いて成形するものには、底を溶接する場合は含まない。溶接を行うと溶接部の健全性に多大な労力を割くことになるためである。また、上記同様に厚肉の外容器は放射線遮蔽機能に重点を置いて密封性を要求されない加工組立を行い、内容器は密封に重点を置いて薄肉で加工しやすいものとし、高価な材料を用いてもコスト高にならないようにしている。

また、型を用いて底一体成形した有底容器形状の内容器と、内容器と共に放射線を遮蔽する胴本体を構成し且つ内容器の外側に設けた当該内容器より厚肉の外容器と、外容器の外側に設けた中性子遮蔽体と、前記内容器のキャビティ内に設けられると共に、アルミニウム材またはアルミニウム合金にボロン又はボロン化合物を添加した材料からなる複数の角パイプを面合わせしてリサイクル燃料集合体を収納する複数のセルを構成するバスケットとを備えるとよい。

また、有底一体容器形状の内容器と、内容器と共に放射線を遮蔽する胴本体を構成し且つ内容器の外側に設けた当該内容器より厚肉であると共に、筒体と底板から構成され、筒体に対して底板を当接しこの当接面略全面にて溶接する構造の外容器と、外容器の外側に設けた中性子遮蔽体と、前記内容器のキャビティ内に設けられると共に、リサイクル燃料集合体を収納する複数のセルを有するバスケットとを備えるとよい。

外容器を筒体と底板から構成し、外容器自体の気密性を高めるために底板と筒体との当接面を全面で溶接する。これにより、外容器自体にも機密性を与えることができ、放射性物質格納容器全体の機密性を向上できる。また、外容器の機械的強度を向上できる。なお、筒体と底板との当接面の全面で溶接する方法としては、例えば高周波抵抗溶接等の突合せ溶接を挙げることができる。

また、上記構成において、前記内容器の開口側にフランジを有し、このフランジに蓋を二重に取り付けるとよい。フランジに対して蓋を二重に設けることで、内容器と二重蓋によりキャビティ内部の気密を高め、且つ内部の放射性物質の漏洩を防止できるようになる。

また、上記構成において、前記内容器の開口側にフランジを有し、このフランジに板材を重ね合わせ、これら板材の間に中性子遮蔽体を封入した蓋を取り付けるとよい。

蓋は、板材を重ね合わせて接合した構成の場合があり、板材の内部に中性子遮蔽体を封入することで、軸方向端部の補助遮蔽体の取り付けが全部または一部で省略できる。

また、上記構成において、前記外容器は、径方向に分割した複数の分割体から構成され、これら分割体は前記内容器の外周に配置されるとよい。外容器は放射線の遮蔽に重点が置かれるので、分割体を内容器の外周に配置するような構成でも構わないし、反対に分割して内容器外周に配置するほうが組み立て易いものになる。また、外容器を分割したほうが製作しやすい。

また、上記構成において、前記外容器を構成する複数の分割体のうち、軸方向中央付近に位置する分割体が厚くなることがよい。

放射線量は中央付近が比較的多くなるので、その軸方向中央付近の分割体を厚くした。この場合、外容器を分割構造にしているので、一体ものの外容器の厚さを中央付近のみで変える場合に比べて、各分割体の厚さを調整すれば済むので製作しやすいものになる。即ち、放射線量の多い部分に相対的に厚い分割体を配置して胴本体の厚さを全体に渡って適正とする。

また、上記構成において、更に、前記中性子遮蔽体の軸方向中央付近に位置する部分を厚くするとよい。同様に、中性子についても軸方向中央付近に位置する部分が多くなるので、当該部分の中性子遮蔽体が厚くなるようにした。

また、有底一体容器形状の内容器と、内容器と共に放射線を遮蔽する胴本体を構成し且つ内容器の外側に設けた当該内容器より薄肉の外容器と、外容器の外側に設けた中性子遮蔽体と、前記内容器のキャビティ内に設けられると共に、リサイクル燃料集合体を収納する複数のセルを有するバスケットとを備えるとよい。外容器を薄肉にして密封機能に重点を置くようにし、内容器は放射線の遮蔽に重点を置くようにしたものである。

また、上記構成において、前記内容器のキャビティは、角断面形状を含む前記バスケットの外形に合せた形状であるとよい。

内容器を厚肉としたので、当該形状をバスケットの外形に合せて加工できる。内容器のキャビティ形状をバスケットの形状に合せる場合、胴本体の厚さがバスケットの形状に沿って比較的均一になり、放射性物質格納容器の重量を軽減し、かつ寸法を小さくできる。また、内容器をバスケットの外形に合せることで、当該バスケットと内容器との接触面積が飛躍的に拡大し、熱伝達性を向上できる。

また、上記構成において、前記内容器は、複数の分割体から構成され、バスケットを挿入することで前記外容器内にて拘束されるとよい。内容器を分割状態で外容器に入れてバスケットを詰め込むことで、内容器を外容器内で固定する。これにより、内容器の固定を簡単に行うことができる。

また、上記構成において、前記分割体は、前記外容器内で相互に自己拘束されるとよい。また、上記構成において、前記内容器と外容器との間であって、容器の底に相当する部分に中性子遮蔽材を封入するとよい。

また、上記構成において、前記内容器は開口側にフランジを有し、そのフランジ側面と当該内容器を内部に嵌め入れた外容器の端部側面との接合面を略平面的に溶接するとよい。

上述の目的を達成するために、この発明による放射性物質格納容器は、放射性物質を収納する容器と、容器の開口側に設けられた一次蓋及び二次蓋からなる二重蓋とを備え、前記一次蓋よりも容器の外側に配置される前記二重蓋と容器端部とが接触する階段状の面に、シール面と合せ面とをそれぞれ設けたことを特徴とする。また、つぎの発明による放射性物質格納容器は、上記構成において、前記シール面より高い位置に前記合せ面を有することを特徴とする。

つぎの発明による放射性物質格納容器は、上記構成において、前記シール面より低い位置に前記合せ面を有することを特徴とする。

つぎの発明による放射性物質格納容器は、上記構成において、更に、前記シール面と容器の外側とを連通する水抜き穴が設けられていることを特徴とする。

また、放射性物質を収納する容器と、容器の開口側に設けられた一次蓋及び二次蓋からなる二重蓋とを備え、前記二重蓋は、一次蓋の周縁がテーパ面であり、且つその周囲にリング部材を配置し、このリング部材は、容器端部に対して固定されると共にその内側に設けたテーパ面が前記一次蓋のテーパ面に接触するとよい。

以上からこの発明の放射性物質格納容器によれば、シール面よりも低い位置に合せ面を有すると、長期間保管する場合、結露水がシール面に浸入し難い。また、シール面より高い位置に合せ面を有すると、シール材を充填してシール効果を向上できる。この結果、シール効果と相まって内部への水分の侵入を効果的に防止できる。

以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。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。また、この実施の形態の構成要件には、所謂当業者が置換可能かつ容易なもの或いは実質的同一のものが含まれる。

（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１に係るキャスクを示す軸方向断面図である。図２は、図１に示したキャスクの径方向断面図である。このキャスク１００は、γ線を遮蔽する胴本体１と、胴本体１の周囲に配置した中性子遮蔽体２と、中性子遮蔽体２を収納する外筒３と、胴本体１のキャビティ４内に配置したバスケット５とから構成される。バスケット５は、複数の角パイプ６をキャビティ４内に収納した構成であり、原子力発電の燃料として用いたリサイクル燃料集合体を収納する複数のセル７を構成する。角パイプ６は、例えばアルミニウム材またはアルミニウム合金にボロン又はボロン化合物を添加した材料から構成される。ボロン添加は、アルミニウム母材と共に溶融しても良いし、アルミニウム粉末にボロン粉末を混合し、ミキサーによる混合またはメカニカルアロイングによる機械的合金化を施すようにしても良い。この角パイプ６は、ボロンアルミニウム合金のビレットをポートホールダイス等により押し出し成形される。

胴本体１は、主に密封機能を持つ内容器８と、主にγ線遮蔽機能を持つ外容器９とから構成される。内容器８は、外容器９に対して薄肉となっており且つ有底一体容器として成形されている。開口側端面には、蓋１０を取り付けるためのフランジ１１が形成されている。また、内容器８は、ステンレス鋼等の耐食性に優れた材料により構成される。内容器８は、密封性を有する必要があるところ、薄肉であるため有底容器として一体成形が可能なため継ぎ目が存在せず、且つ構造材料の健全性が保たれる限りで十分な密封性を有し、放射性物質が漏洩する等の問題が生じさせることがない。更に、底部分を筒部分に溶接しないことで、ＨＡＺの溶接硬化部の発生やステンレス鋼に多く見られる溶接割れ等の放射性物質の漏洩につながる問題を起こさない。なお、溶接により有底筒形状を形成する場合、溶接施工後の各種試験等の実施により溶接の健全性を十分に確認すればキャスクに適用できる。

外容器９は、安価な炭素鋼製であり且つ内容器８に比べて厚肉の有底容器形状であり、内容器８は外容器９の内側にシュリンクフィットされる。また、外容器９はガンマ線遮蔽機能を有すればよく、内容器８のような密封機能は要求されない。このため、外容器９は全てを一体成形する必要はなく、且つ構成部材同士を完全に溶接接合する必要もない。例えば図４の（ａ）に示すように、筒体１２に対して底板１３を隅肉溶接（溶接部１４）により固定するようにできる。また、図示しないが、筒体１２に対して底板１３をボルト固定しても良い。更に図２において点線で示すように、外容器９は軸方向に分割されており、各分割体９ａ同士をボルトや溶接により固定するようにすることもできる。この場合、内容器８の外側から外容器９の分割体９ａを貼り付けるようにして固定できるので、内容器８の外容器９に対するシュリンクフィット作業の必要はない。このように、胴本体１を内容器８と外容器９から構成し、且つ内容器８にステンレス鋼等の耐食性を有し且つ密封機能を与え、その一方で外容器９には密封機能を与えず遮蔽機能を与え且つ安価な炭素鋼を用いることで、キャスク１００を簡単かつ安価に製造できる。また、外容器９の強度と密閉性を高めるために、底板１３を筒体１２に突合せ溶接するとなお良い。突合せ溶接には、高周波誘導溶接、高周波抵抗溶接或いはフラッシュ溶接等を用いる。この溶接により筒体１２と底板１３との当接面の略全面で溶接が行われるので、外容器９の密封性を向上させ且つ機械的強度を向上させる。

内容器８のフランジ１１は、図４の（ｂ）に示すように、外容器９の端面９ｂに当接し且つ隅肉溶接（溶接部１５）により固定されている。更に、フランジ側にシール溝を設けて、当該シール溝に金属ガスケットを配置しても良い（図示省略）。また、フランジ１１の内側には、蓋１０のインロー部（１０ａ）を挿入するため、段部１１ａが設けられている。フランジ１１は、有底容器を一体成形した後、開口側端部に溶接される。なお、熱間にて深絞り加工する際にダイスで拘持しておくことで一体成形することもできる。この場合は、内容器８の全体から溶接部を除去できるので、内容器８の密封性等の性能が更に向上する。

バスケット５を構成する角パイプ６と胴本体１のキャビティ４との間には、スペーサ１６が介装されている。このスペーサ１６は、リサイクル燃料集合体の崩壊熱を角パイプ６から胴本体１に効率的に伝熱させ得る。角パイプ６同士の結束は、外部で予めバンド等で結束してキャビティ４内に挿入しても良いし、前記スペーサ１６を用いてキャビティ４内部で角パイプ６を拘束するようにしても良い。また、内容器８の内側に予めスペーサ１６をスポット溶接しても良い。

中性子遮蔽体２は、所定量の水素を含有したレジンから構成され、胴本体１と外筒３との間に設けた複数の伝熱フィン１７により区画された空間に充填成形される。伝熱フィン１７は、熱伝導性の高い材料、例えば銅やアルミニウムにより製作される。また、中性子遮蔽体２と外筒３との間には、熱膨張の吸収する熱膨張しろ１８が設けられている。熱膨張しろ１８は、例えば、予め離型または消失型を入れておきレジンを充填することで形成できる。また、この熱膨張しろ１８に、熱膨張の吸収に加えて伝熱性を高めるためハニカム材を介装しても良い。ここで、リサイクル燃焼集合体の崩壊熱は、まず角パイプ６により構成したバスケット５を伝わり、スペーサ１６を介して胴本体１に伝わる。胴本体１に伝わった熱は主に伝熱フィン１７を介して外筒３に伝わり、外部に放熱される。角パイプ６を用いてバスケット５を構成すると、相互に面接触していることから、熱伝達が効率的に行われる。また、スペーサ１６により胴本体１に対して実質的に接触状態となり、胴本体１への熱伝達も十分に行われる。中性子減速材からなる板材を交互に組んでその格子内にステンレス製の角パイプを挿入してバスケットを製作する場合、接触界面が多く存在することになるので、アルミニウム製の角パイプ６を面接触状態で集合したバスケット５に比べて、熱伝達性が劣るものとなる。

図３は、胴本体に蓋を取り付けた状態を示す断面図である。蓋１０は、図４の（ｃ）に示すように、２枚の円形板材１０ａ，１０ｂを張り合わせた構造であり、インロー部を構成する板材１０ａの径が小さくなっている。この２枚の円形板材１０ａ，１０ｂは外部から溶接されている（溶接部１９）。また、内容器８のフランジ１１に当接する面１０ｃには、金属ガスケットを介装するシール溝２０が形成されている。蓋１０は、インロー部をフランジ１１の段部１１ａに入れ込み、その周縁においてフランジ１１に対し複数のボルト２１で固定されている。ボルト２１は、フランジ１１のみに螺合しており前記外容器９の端部には至っていない。

また、蓋１０は、図５に示すように、円形板材１０ａ，１０ｂの一方に中性子遮蔽材２２を充填封入した構造であっても良い。その場合、図示しない補助遮蔽体はフランジ１１の周囲のみに装着すれば良い。また、図６に示すように、蓋を二重に構成しても良い。具体的には、内容器８のフランジ１１に２段の当接面１１ｂ，１１ｃを加工形成し、第一の当接面１１ｂに一次蓋２３のシール面２３ａが密着する。一次蓋２３には、シール溝２４内に金属ガスケット２５を介装して、その周縁にて複数のボルト２６で固定されている。また、二次蓋２７も同様に、シール溝２８内に金属ガスケット２９を介装し、その周縁にて複数のボルト３０で固定されている。更に二次蓋２７には、中性子遮蔽材３１が封入されている。一次蓋２３と二次蓋２７との間は、若干の空間３２が形成され且つ当該空間３２にはヘリウムガスが空気圧より高い圧力を持って封入される。この空間３２内の圧力は図示しない圧力センサにより監視されている。このように、蓋を二重構造にして空間にヘリウムガス等の検査ガスを導入することで、キャスク内部の放射性物質の漏洩を確実に防止できる。また、キャビティ４の内部は負圧ととなり、前記空間３２が正圧となることから、キャビティ４の内部からのリークが防止され且つそのリークは空間内の圧力により検出できる。更に、内容器８のフランジ１１に二重蓋を設けることで、内容器８による密封性を確実なものとする。

また、図７に示すように、二次蓋２７（または一次蓋；図示省略）に突起３３を設け、キャスク１００の落下などで二次蓋２７に荷重が加わるときに、二次蓋２７および一次蓋２３が互いに接触するようにすることで、二次蓋２７および一次蓋２３の両方で荷重を受けられる構造としても良い。また、突起３３を設けることで蓋同士の間に空間３２を確保することもできるので、内部に検査ガスを充填できる。また、図示しないが、突起３３となる部材を別途製作し、前記二次蓋２７または一次蓋２３に取り付けるようにしても良い。例えば二次蓋２７の当接面２７ａを基準とし、突起３３の頂部３３ａはマイナス公差で加工することで、上記荷重が加わった場合に両蓋２３，２７が接触するようになる。具体的には、６０体前後のリサイクル燃料集合体を収納するキャスクの場合、突起３３の頂部３３ａと対向面２３ｂとの隙間が０．５ｍｍ以下となるようにするのが好ましい。突起３３は、径方向に放射状に設けてもよいし、渦巻状に設けても良い。また、散点的または規則的に複数の突起３３を設けても良い。

また、ボロンアルミニウム材を押出し成形した角パイプ６を集合させた構造のバスケット５を用いれば、内容器８のキャビティ形状が筒状であってもセル数を増やすことができる。例えばＢＷＲ燃料のリサイクル燃料集合体の場合は、一辺が１５０ｍｍ程度と既知である。このため、中性子減速材により構成した板材を格子状に組み合わせて、その格子内にステンレス製の角パイプを挿入するものに比べて、バスケット５を構成する材料の板厚を小さくでき、同じ内径のキャビティ４であれば、それだけセル数を増やすことができる。また、同じ収納体数であれば外径を小さくできる。即ち、外形が小さくなれば胴本体１の径を小さくできるので、キャスク１００を飛躍的に軽量化できるという利点がある。ＰＷＲ用のリサイクル燃料集合体の場合でも同様である。また、衝撃荷重を受けた場合、角パイプ６同士を集合し互いに面で密着した状態であれば、板材を格子状に組んだバスケットに比べて応力集中の発生部分が少なくなり、破損の危険性を極小化できる。

また、炭素鋼製の外容器９の表面は、ステンレス鋼のオーバレイによる防錆処理を施すのが好ましい。更に、外容器９の筒体１２に対して底板１３をボルト固定する場合は、内部への水分侵入を防止するため、接合部分に銅等の軟質金属を介在させ且つ外部にシリコン等によるシールを施すのが好ましい（図示省略）。これにより、内容器８と外容器９との間に水分が侵入し電食を起こすのを防止できる。更に、このような処理は、外容器９を複数の分割体９ａで構成する場合において、相互にボルト固定するときにも同様に行うのが好ましい。更に、外容器９の底板１３を筒体１２に溶接する場合、電子ビーム溶接によりある程度の溶接深度を確保し、ある程度の密封性を持たせるようにしても良い。フランジ１１と外容器９端部との溶接も同様である。キャスク１００の密封性を更に高めると共に溶接負荷を軽減できる。

図８は、上記キャスクの変形例を示す径方向断面図である。このキャスク１１０では、同図（ａ）に示すように、角パイプ６により構成したバスケット５が平面部分５ａと角断面部分５ｂを有しており、この平面部分５ａの平面部分４０ａと内容器４０が面接触するように形状を変形した構成である。内容器４０の角断面形状５ｂに対応する部分４０ｂは、円弧形状となる。この内容器４０は、深絞り加工の際に当該形状に成形できるような形状のダイスを用いることで容易に成形できる。また、外容器４１は、平面部分４１ａと円弧部分４１ｂとを分割して製作して前記内容器４０の外周で組み立て、分割体４１ａ，４１ｂを相互にボルト又は溶接で固定すれば良い。

同図に示す構成によれば、キャスク１１０をよりコンパクトに構成できる。また、胴本体１の容積が小さくなるのでキャスク１１０の軽量化に寄与できる。更に、同図（ｂ）に示すように、内容器４３を断面８角形状にしても良い。その場合、４面４３ａで角パイプ６のバスケット５の平面部分５ａと面接触し、他の４面４３ｂはバスケット５の角断面部分５ｂの頂点を結ぶ線に沿って位置し、角パイプ６との間に若干の隙間６Ｓを形成する。この隙間６Ｓには、上記同様にスペーサを介装するのが好ましい（図示省略）。更に、外容器４４は、内容器４３の形状に沿った断面８角形状となり、板状の分割体４４ａを各面に取り付けるようなものとなる。分割体４４ａ相互は溶接またはボルトにより固定される。係る構成でも、キャスク１２０のコンパクト化および軽量化を実現できる。

（実施の形態２）
図９は、この発明の実施の形態２に係るキャスクを示す軸方向断面図である。図１０は、図９に示したキャスクの組立手順を示す説明図である。このキャスク２００は、ステンレス製の内容器２０１が深絞り加工による一体成形により有底容器形状として製作され、その内容器２０１の外部に分割された外容器２０２が差し込まれた構造である。外容器２０２は、図９に示す例では５分割されており、分割体２０２のキャスク両側および中央が若干厚肉となっている。これは、当該部位におけるγ線の線量が大きく、その他の部分に比べて十分な遮蔽性能が必要となるからである。外容器２０２は炭素鋼製であり安価に製造できる。

また、外容器２０２の分割体２０２ａは、内容器２０１に対してシュリンクフィットして固定されているが、分割体２０２ａ同士を外部から溶接により固定しても良い。また、図１０に示すように、外容器２０２の各分割体２０２ａの周面には、複数の伝熱フィン２０３が設けられている。当該伝熱フィン２０３は、実際には外容器２０２の各分割体２０２ａを焼嵌めした後に当該分割体２０２ａの外周に溶接される。また、この伝熱フィン２０３は、キャスク２００を組み立てた状態で外筒２０４に接合される。次に、中性子遮蔽体２０５は、図９の左半分に示す例では、外容器２０２の分割体２０２ａ毎に中性子遮蔽体２０５と外筒２０４を形成し、これらと共に内容器２０１に嵌めた構造である。この場合、中性子遮蔽体２０５もキャスク２００の両側および中央で中性子の遮蔽能が必要になるから、両側および中央の分割体２０２に設ける中性子遮蔽体２０５の厚さが大きくなる。また、図９の右半分に示す例では、外筒２０４を外容器２０２の分割体２０２ａに共通にして設け、外容器２０２と外筒２０４および伝熱フィン２０３とにより区画する空間にレジンを充填して中性子遮蔽体２０６を形成する。この構成では、キャスク２００の構成を簡単にできる。

線量の分布に応じて外容器２０２の外面を自由曲面にすることもできる。例えば中央付近を厚くして全体的に樽形状となるようにしても良い。このとき、外容器２０２は分割体２０２ａを組み合わせた構成としても、非分割の構成としても良い。

（実施の形態３）
図１１は、この発明の実施の形態３に係るキャスクを示す軸方向断面図である。図１２は、図１１に示したキャスクの径方向断面図である。このキャスク３００は、胴本体３０１を構成する外容器３０２を薄肉とし、内容器３０３を厚肉にした点に特徴がある。外容器３０２はステンレス鋼等の防錆材料で構成された有底容器形状であり、熱間深絞り加工にて一体成形されている。また、外容器３０２の開口側にはフランジ３０４が溶接されている。このフランジ３０４には、蓋３０５を取り付ける段部３０４ａが形成されている。この外容器３０２は、内部の放射性物質が漏洩しないような密封性を有するものである。更に、ステンレス鋼等の防錆性の高い材料を用いることで、外面の防錆処理が不要となる。

外容器３０２の内側には、放射状に分割された炭素鋼製の内容器３０３が嵌め込まれる。内容器３０３は、γ線の遮蔽に用いられ、例えば８つの分割体３０３ａから構成されており、フランジ３０４との干渉を避けつつ内部に挿入される。また、内容器３０３のキャビティ３０６は、バスケット３０７の外形に合うように角断面形状と平面形状を組み合わせた形状に加工されている。バスケット３０７は、複数の角パイプ３０８を集合させた構成となっており、各角パイプ３０８は、上記実施の形態１に記載のものと同様のものを用いる。このため、バスケット３０７の平面部分３０７ａには内容器３０３の平面部分３０３ａが面接触する。同様に、バスケット３０７の角断面部分３０７ｂには内容器３０３の角断面部分３０３ｂが面接触する。これにより、リサイクル燃料集合体の崩壊熱は、バスケット３０７を介して面接触している内容器３０３に効率的に伝熱する。

一方、外容器３０２には複数の伝熱フィン３０８が接合されており、この伝熱フィン３１２は円筒形状に成形された外筒３０９に接合されている。この伝熱フィン３１２と胴本体３０１および外筒３０９とで区画する空間には、中性子遮蔽体３１０が充填固化される。また、内容器３０３の底には、底板３１１が溶接固定される。なお、底板３１１は、内容器３０３の底に配置しても良い。上記のように、内容器３０３を内部に入れることで、外側に露出する接合部分が殆ど無くなるので、分割体同士の接触部分にシールを施す必要がない。また、バスケット３０７を挿入することで、内容器３０３が外容器３０２内で拘束状態となり、分割体３０３ａ相互の接合は特に必要ない。

上記構成によれば、外容器３０２内に内容器３０３の分割体３０３ａおよび角パイプ３０８を挿入して内部で組み立てるようにしているので、熱膨張を利用して嵌め入れる等の工程が不要であり、キャスク３００を簡単に組み立てられるようになる。また、外側に接合部分が殆ど存在しなくなるので、外部からの水が接合面に浸入することがなく、電食等の防止が可能となる。また、内容器３０３を厚肉としたので、胴本体３０１の内容器３０２のキャビティ形状をバスケット３０７の外形に合せるように加工できる。このため、伝熱性を高め且つ衝撃をバスケット３０７から直接胴本体に伝えることができる。更に、胴本体３０１の容積を小さくできるので、キャスク３００を軽量化できる。

また、同図に示すようなフランジ３０４を内側に張り出すのではなく、外側に張り出すようにすれば、内容器３０３を分割しなくても外容器３０２内に挿入できる。或いは、内容器３０３の分割形態の自由度が高まる。即ち、内容器３０３の挿入に障害が無くなるので、製作しやすい形状で内容器３０３の分割体３０３ａを製造できる。

図１３は、上記実施の形態３のキャスクの変形例を示す径方向断面図である。このキャスク３１０ように、内容器３０３の一部をバスケット３０７の外形に合せるようにしても良い。内容器３０３の一部をバスケット３０７の外形に合わせ、バスケット３０７の一部が内容器３０３の溝３１３に接触するようにしても、伝熱性を向上でき、荷重を胴本体３０１に伝え易くできる。また、バスケット３０７とキャビティ３０６の間の隙間３０６Ｓには、スペーサを挿入しても良い（図示省略）。

また、図示しないが、上記実施の形態１に係るキャスクの内容器の一部に複数の軸方向の溝を設け、この溝にバスケットの角部分が噛み込むようにしても良い。即ち、薄肉の内容器の一部をバスケットの外形に合せることで、伝熱性や荷重伝達性を向上させることができる。次に、実施の形態１〜３では、角パイプを隙間なく集合させてバスケットを構成したが、角パイプを千鳥状に配列してバスケットを構成しても良い。その場合、角パイプの内部および角パイプ同士の間でセルを形成することになる。この構成では、厚肉になるが角パイプの本数を少なくできる。

図１４は、上記キャスクの別の変形例を示す一部断面図である。このキャスクは、図１に示したキャスク１００と略同様の構成であるが、内容器８の底板８ａと筒体８ｂとから構成され、筒体８ｂの端部と底板８ａとの間に断面がＵ字形状の金属製のシール８ｃを溶接し、当該内容器８の機密性を高めるようにしても良い。このシール８ｃは、内部の機密性を保持すると共に、ある程度の弾性変形により内容器８のフランジ１１が外容器９の端面に接触させやすくできる。また、絞り加工により内容器８を成形することなく、通常の板金作業で済むので製造が容易である。

（実施の形態４）
図１５は、この発明の実施の形態４に係るキャスクを示す軸方向断面図である。このキャスクは、図９に示したキャスク２００の外容器の底板と内容器の底板との間に中性子遮蔽材を封入した構成である。その他の構成は、図９に示したキャスクと同じであるからその説明を省略する。このキャスク２００’は、外容器２０２の底板２０２ｂに中性子遮蔽材２０８を封入する凹部２０２ｃを形成すると共に、その凹部２０２ｃ内に中性子遮蔽材２０８を充填し、内容器２０１を外容器２０２内に嵌め入れることで、中性子遮蔽材２０８を封止するようにしている。なお、中性子遮蔽材２０８は、凹部２０２ｃに入れた状態で固化させるのが好ましい。また、図示しないが、図１に示したキャスク１００において、底部に相当する外容器１３と内容器９との境界部分に中性子遮蔽材を封入するようにしても良い。

（実施の形態５）
図１６は、この発明の実施の形態５に係るキャスクを示す径方向断面図である。このキャスク３００’は、図１２に示したキャスク３００の内容器３０３を分割構造にしたものであり、且つその各分割体３０３ａ，３０３ｃ同士が互いに嵌り合って拘束されるようになっている点に特徴がある。その他の構成は、図１２に示したキャスク３００と同様であるのでその説明を省略する。

この内容器３０３は８つの分割体３０３ａ，３０３ｃに分割されており、４つの分割体３０３ａは、バスケット３０７の平面部分に接触するように位置し、残りの４つの分割体３０３ｃは、バスケット３０７の角断面部分に接触するように且つ前記分割体の間にそれぞれ位置する。隣接する分割体３０３ａ，３０３ｃ同士は、段部３０３ｄ，３０３ｅを有しており、具体的には最初に４つの分割体３０３ａを外容器３０２内に挿入配置し、残りの分割体３０３ｃを既に配置した分割体３０３ａと分割体３０３ａとの間に差し込むようにし、そのとき、それぞれ隣接する分割体３０３ａ，３０３ｃの段部３０３ｄ，３０３ｅが互いに嵌合させる。これにより、分割体３０３ａ，３０３ｃ同士によりそれぞれ拘束し合い、内容器３０３が外容器内にて固定される。各分割体３０３ａ，３０３ｃが互いに嵌合している部分の形状は図１７に示したような階段形状に限定されない。例えば分割体３０３ａ，３０３ｃ同士の嵌合をあり溝により行うようにしても良いし、鉤形状により行うようにしても良い（何れも図示省略）。即ち、この分割体３０３ａ，３０３ｃ同士が自己拘束されるような形状であれば良い。

（実施の形態６）
図１７は、この発明の実施の形態６に係るキャスクを示す径方向断面図である。この図１７に示すキャスク３００”は、図１６に示したキャスク３００’（内容器３０３が分割構造のもの）のバスケット３０７を千鳥配置（或いは市松形状配置）したものである。バスケット３０７は角パイプ３０８を千鳥配置することで、複数のセルを構成し、具体的には一つのセルは角パイプ３０８の内部により構成され、他のセルは角パイプ３０８の外面同士により区画された空間により構成されることになる。角パイプ３０８同士は、それぞれ角部分で隣接する角パイプ３０８と組み合わされるが、その拘束形状は、同図に示したような単なる傾斜面であっても良いし、階段状にしても良い（図示省略）。このようにすれば、角パイプ３０８の本数を少なくできる。なお、角パイプ３０８の厚さについては、所望の中性子吸収性能に基づいて、図１６に示した角パイプよりも大きくする必要がある。

（実施の形態７）
図１８は、この発明の実施の形態７に係るキャスクを示す一部断面図である。このキャスクは、上記図６に示すキャスクの蓋構造に関するものである。その他の構成は、上記キャスクと同様であるからその説明を省略する。まず、このキャスクの蓋構造は、図１８に示すように、二次蓋２７のシール面１１ｅが二次蓋２７と内容器８のフランジ１１との合せ面１１ｄより高い位置になるように構成した。なお、合せ面１１ｄは、二次蓋２７とフランジ１１とが接触する階段状の面のうち、金属ガスケット２９を介装したシール面１１ｅを除いた面を指す（以下同じ）。具体的には、二次蓋２７の裏面を機械加工して外周部が下方に突出するようにし、この突出部２７ａがフランジ１１の外周縁に設けた凹部１１ｋと接触して合せ面１１ｄとなる。シール溝２８は、二次蓋２７の周縁に設けた突出部２７ａの内側に形成され、二次蓋２７をフランジ１１に取り付けた状態で、合せ面１１ｄがシール面１１ｅより下方となる。

このようにすれば、キャスクを立てて長期間保管する場合、結露水がシール面１１ｅに浸入し難いので、シール効果と相まって内部への水分の侵入を効果的に防止できる。また、合せ面１１ｄを形成する突出部２７ａと、フランジ１１の凹部１１ｋの機械加工を精度良く行うことで、二次蓋２７とフランジ１１とが嵌り合い、二次蓋２７のずれ防止にも寄与できる。

図１９は、この発明の別の実施の形態に係るキャスクを示す一部断面図である。このキャスクは、上記図６に示すキャスクの蓋構造に関するものである。その他の構成は、上記キャスクと同様であるからその説明を省略する。まず、このキャスクの蓋構造は、図１９に示すように、二次蓋２７のシール面１１ｅより二次蓋２７と内容器８のフランジ１１との合せ面１１ｆが高い位置になるように構成した。具体的には、二次蓋２７の裏面を機械加工して外周縁に凹部２７ｂを形成し、この凹部２７ｂがフランジ１１の外周縁に設けた突出部１１ｍと接触して合せ面１１ｆとなる。シール溝２８は、二次蓋２７の周縁に設けた凹部２７ｂの内側に形成され、二次蓋２７をフランジ１１に取り付けた状態で、合せ面１１ｅがシール面１１ｆより上方となる。

このようにすれば、金属ガスケット２９によるシール性の低下によりシール性能を補強する必要が生じた場合、シール面１１ｅより上方に在る合せ面１１ｆからシール材を充填して、シール性能を向上させることができる。即ち、この合せ面１１ｆから流動状態のシール材を注入することで、上方の合せ面１１ｆからシール材が侵入し、垂直部分を経て金属ガスケット２９を介装させたシール面１１ｅに至る。この状態でシール材が固化すると新しいシール面が形成される。特に、一時的かつ緊急にシール性能を向上する必要がある場合に有効である。なお、シール面１１ｅに進入した結露水等は、図２０に示すように、水抜き穴７０を設けることで外部に排出するのが好ましい。具体的には、この水抜き穴７０は、フランジ１１の側面からシール面１１ｅに連通する排水路７１を機械加工し、その外部に露出した開口は通常プラグ７２により栓を施す。排水路７１は、金属ガスケット２９によるシール部分およびその外側のシール部分に形成するのが好ましい。上記シール材を充填する場合は、まず内部の水分を当該水抜き穴７０から外部に放出しておく。なお、上記図１８に示した構造と、図１９に示した構造は、別の観点の発明であるため、その目的に応じていずれかを選択すれば良い。

図２１は、この発明の別の実施の形態に係るキャスクを示す一部断面図である。このキャスクは、一次蓋２３の上面２３ａが二次蓋２７とフランジ１１とのシール面１１ｅ（このシール面１１ｅは、合せ面１１ｄより高い）よりも上方に在ることを特徴とする。その他の構成は、図６に示したキャスクと同じであるからその説明を省略する。このキャスクは、一次蓋２３の上面２３ａがシール面１１ｄより高く設定されているため、一次蓋２３をプール内で仮置きして当該キャスクをプール内から取り出すとき、一次蓋２３の上面２３ａにプールの水が残らない。即ち、一次蓋２３を取り付けた状態では、この一次蓋２３の上面２３ａがキャスクの最も高い位置となるので、プールの水は周囲にこぼれて一次蓋２３の上面２３ａには残らない。このため、プールから取り出したときの除染を容易に行うことができる。なお、合せ面１１ｄがシール面１１ｅより低いのは、仮に合せ面１１ｄがシール面１１ｅより高い場合は、その合せ面１１ｄを堤として内部にプール水が溜まってしまうからである。

（実施の形態８）
図２２は、この発明の実施の形態８に係るキャスクを示す一部断面図である。このキャスクは、一次蓋２３の横ずれを防止するために、リング部材８１を一次蓋２３の周囲にかませた構成である。リング部材８１の内側にはテーパ面８１ａが形成され、これに対応するように一次蓋２３の側面にもテーパ面２３ｂが形成されている。このリング部材８１をボルト２６によりフランジ１１に固定することで、リング部材８１のテーパ面８１ａが一次蓋２３のテーパ面２３ｂと接触して一次蓋２３の調心作用と共に一次蓋２３の径方向のギャップを吸収する。ここで、締め付けた場合に一次蓋２３とリング部材８１との各テーパ面８１ａ，２３ｂが加圧接触状態で維持されるように、ボルト穴の位置を設定しておく。また、テーパ面８１ａ，２３ｂの角度は、一次蓋２３を固定できる程度必要である。リング部材８１により一次蓋２３を固定するようにすれば、このリング部材８１の剛性が比較的低いため、ボルト２６の締め付けによりわずかに撓みつつ、一次蓋２３のテーパ面８１ａ，２３ｂに接触する。これにより、一次蓋２３の横ずれが防止される。

なお、このリング部材８１の調整機能を生かすため、リング部材８１の下面８１ｂとシール面１１ｂとの間に所定の隙間が生じるようにする。また、リング部材８１の上面８１ｃと二次蓋２７の下面２７ｂとの間にも所定の隙間が生じるようにするのが好ましい。また、同図に示したキャスクは、上記実施の形態７で示したものと同様に、二次蓋２７とフランジ１１との合せ面１１ｄがシール面１１ｅより下方に位置するので、結露水等のシール面１１ｅへの浸入が防止されると共に、二次蓋２７がフランジ１１に噛み合って二次蓋２７の横ずれが防止される。即ち、上記リング部材８１により一次蓋２３の横ずれが防止され、且つ前記噛み合いにより二次蓋２７の横ずれが防止されるので、全体としてキャスクの蓋構造のずれが防止される。

（実施の形態９）
図２３は、この発明の実施の形態９に係るキャスクの一部断面図である。このキャスクは、図１に示したキャスクの内容器８のフランジ１１と、外容器９の端部との間を溶接接合したものである（溶接部９１）。内容器８と外容器９とは冷やし嵌め、焼嵌め或いはこれらの併用により略隙間なく固定されているが、ボルト固定を強固にするため、フランジ１１と外容器９の端部との間に溶け込みが深い溶接を施すようにする。例えば係る溶接には、入熱を最小にして短時間で接合できる、電子ビーム溶接が好適である。なお、フランジ１１と外容器９端部との間に所定の開先を形成して、ＴＩＧ溶接などにより溶接しても良い。

また、図２４に示すように、外容器９の端部とフランジ１１との接合面を階段形状９３にして、外側の接合面のみを溶接するようにしても良い（溶接部９２）。このようにすれば、溶接深さが小さくて済む。要するにこの実施の形態では、溶接部分を平面的に行うことで、入熱を最小にして短時間で接合できる点に特徴がある。

この発明の実施の形態１に係るキャスクを示す軸方向断面図である。 図１に示したキャスクの径方向断面図である。 胴本体に蓋を取り付けた状態を示す断面図である。 キャスク各部の拡大図である。 図１に示したキャスクの変形例を示す説明図である。 図１に示したキャスクの変形例を示す説明図である。 図１に示したキャスクの変形例を示す説明図である。 図１に示したキャスクの変形例を示す径方向断面図である。 この発明の実施の形態２に係るキャスクを示す軸方向断面図である。 図９に示したキャスクの組立手順を示す説明図である。 この発明の実施の形態３に係るキャスクを示す軸方向断面図である。 図１１に示したキャスクの径方向断面図である。 上記実施の形態３のキャスクの変形例を示す径方向断面図である。 上記実施の形態１のキャスクの変形例を示す一部断面図である。 この発明の実施の形態５に係るキャスクを示す径方向断面図である。 この発明の実施の形態５に係るキャスクを示す径方向断面図である。 この発明の実施の形態６に係るキャスクを示す径方向断面図である。 この発明の実施の形態７に係るキャスクを示す一部断面図である。 この発明の別の実施の形態に係るキャスクを示す一部断面図である。 図１９に示したキャスクの変形例を示す一部断面図である。 この発明の別の実施の形態に係るキャスクを示す一部断面図である。 この発明の実施の形態８に係るキャスクを示す一部断面図である。 この発明の実施の形態９に係るキャスクの一部断面図である。 この発明の実施の形態９に係るキャスクの一部断面図である。

符号の説明

１００ キャスク
１ 胴本体
２ 中性子遮蔽体
３ 外筒
４ キャビティ
５ バスケット
６ 角パイプ
７ セル
８ 内容器
９ 外容器
１０ 蓋
１１ フランジ
１２ 筒体
１３ 底板
１７ 伝熱フィン

Claims (3)

1. 放射性物質を収容する容器と、
   前記容器の開口側に設けられた一次蓋及び二次蓋からなる二重蓋と、
   を備え、前記一次蓋よりも容器の外側に配置される前記二次蓋と容器端部とが接触する階段状の面に、シール面と合せ面とをそれぞれ設け、更に、前記シール面と容器の外側とを連通する水抜き穴が設けられていることを特徴とする放射性物質格納容器。
2. 前記シール面より外側であって前記シール面より高い位置に前記合せ面を有することを特徴とする請求項１に記載の放射性物質格納容器。
3. 放射性物質を収容する容器と、
   前記容器の開口側に設けられた一次蓋及び二次蓋からなる二重蓋と、
   を備え、前記一次蓋よりも容器の外側に配置される前記二次蓋と容器端部とが接触する階段状の面に、シール面と合せ面とをそれぞれ設け、前記シール面より外側であって前記シール面より低い位置に前記合せ面を有し、更に、前記シール面と容器の外側とを連通する水抜き穴が設けられていることを特徴とする放射性物質格納容器。

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