JP4316309B2 - 多層積層型中性子遮蔽板 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、原子力発電所などの施設から発生する放射性廃棄物のうち、使用済核燃料等の高い放射線量を有する物質の遮蔽技術に係り、特に、使用済核燃料を貯蔵ないし冷却するための使用済核燃料貯蔵プールに使用される多層積層型中性子遮蔽板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に原子力発電プラントにおいて、原子炉が一定期間運転された後、使用済核燃料は、原子炉の炉心から取り出される。取り出された使用済の燃料集合体は、再処理が行われるまでの間、使用済核燃料貯蔵プール内に設置された使用済核燃料貯蔵ラックに貯蔵される。燃料集合体は、使用済核燃料貯蔵ラック内で冷却され、そこで崩壊熱除去が行われる。
【０００３】
近年は、使用済核燃料貯蔵プール内のスペースを有効活用して、燃料集合体の貯蔵密度をあげて貯蔵容量を増加させるような要望がある。燃料集合体の貯蔵容量を増加させるために、燃料集合体を構成する燃料間に中性子吸収能力の大きな材料からなる仕切面を介在させる。中性子吸収能力の大きな材料からなる仕切面によると、比較的薄い仕切面にて燃料相互の未臨界性を保持できる。よって、燃料相互の未臨界性を保持しながら、仕切面自体を薄く設計し、燃料間の間隔を狭くすることで燃料集合体の貯蔵容量を増加できる使用済核燃料貯蔵ラックが提案されている（例えば、特許文献１，２参照。）。また、中性子吸収能力の大きな材料からなる仕切面は、地震時等においても貯蔵された燃料を支持するために強度部材としての役割も有する。
【０００４】
使用済核燃料貯蔵ラックの仕切面の典型的な材料として、中性子吸収能力に優れたＢ（ボロン）を添加し、かつ、構造強度の良好なＢ添加オーステナイト系ステンレス鋼がある。現在では、中性子吸収能力と強度から、Ｂ添加オーステナイト系ステンレス鋼に含有されるＢ質量比は、約１％前後が適量とされている。また、ステンレス鋼は、主な合金成分であるＣｒ（クロム）が鋼の表面に強固な酸化皮膜を形成するので、耐腐食性が大きい材料として知られる。
【０００５】
例えば、使用済核燃料貯蔵ラックには、燃料間に仕切面として１枚のＢ添加オーステナイト系ステンレス鋼が介在するような格子板状の燃料貯蔵セル構造のものがある。格子板状の燃料貯蔵セルの強度を考慮した上で、予め板状の材料（以下、「板材」という。）であるＢ添加オーステナイト系ステンレス鋼から角筒体を成形し、角筒体を千鳥格子状に組み合わせることによって角筒体の側面を仕切面とする。
【０００６】
１個の角筒体を成形するために、２枚の板材であるＢ添加オーステナイト系ステンレス鋼をそれぞれ直角に曲げて加工し、一対のコ状チャンネルを角筒柱状に突き合わせて合せ面を溶接により固着する。または、１枚の板材であるＢ添加オーステナイト系ステンレス鋼をプレス及びローラ等の適当な方法で円筒状に整形し、端面相互を溶接により固着して四角形に配置した４個の整形ローラ間を通す。なお、曲げ加工する場合、角筒体の曲部は板厚の２倍程度の曲げ半径になる。
【０００７】
【特許文献１】
特開平５−８０１８８号公報（第３頁、図１）
【０００８】
【特許文献２】
特開平５−８０１８９号公報（第３頁、図１）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
一般的にＢは、中性子吸収能力に優れているので、仕切面の材料としてのオーステナイト系ステンレス鋼へのＢの添加量を増加させる要求が高い。ただし、Ｂがオーステナイト系ステンレス鋼に添加されると、Ｂは、オーステナイト系ステンレス鋼に含まれるＣｒまたはＦｅ（鉄）と結合してボライドを形成する。よって、Ｂがオーステナイト系ステンレス鋼に添加される程、ステンレス鋼中のＣｒを消費してしまい、オーステナイト相のＣｒ質量比の低下が大きくなる。
【００１０】
図５は、Ｂの添加量に対するオーステナイト相中のＣｒ減少量を示す相関図である。
【００１１】
図５に示された相関図によると、Ｂの添加量に対するオーステナイト相中のＣｒ減少量は、Ｂを約１％添加するとオーステナイト相中のＣｒは約３％低下する。
【００１２】
Ｂの添加に伴ってオーステナイト相のＣｒ質量比が低下すると、Ｂ添加オーステナイト系ステンレス鋼の耐食性が低下する可能性がある。このため、仕切面の材料のオーステナイト相の耐食性が低下し、孔食・すき間腐食等の腐食が発生する可能性があった。
【００１３】
また、角筒体は、板材を曲げ加工して成形されるが、角筒体の曲部にクラックが発生したり、破断したりして、使用済核燃料貯蔵ラックの強度という点で課題があった。それに伴って、角筒体の曲部から腐食が進行する課題があった。
【００１４】
さらに、Ｂ添加オーステナイト系ステンレス鋼として、Ｃｒ，Ｎｉ（ニッケル）等を含む合金の板材を利用する他、Ｃｒ，Ｎｉ等を含む合金の粉末を板状に敷きつめたものを利用することもできる。合金の粉末を板状に敷きつめたものを利用する場合、所要の板状形状に成形するまでの工程が繁雑である。
【００１５】
本発明は、上記従来技術の課題を解決するためになされたものであり、使用済核燃料の中性子吸収能力と貯蔵密度を増大でき、かつ、曲げ強度と耐腐食性に優れた使用済核燃料貯蔵ラックの仕切面を製作できる多層積層型中性子遮蔽板を提供することを目的とする。
【００１６】
また、本発明の他の目的は、使用済核燃料貯蔵ラックの重量を軽くすることによって、使用済核燃料貯蔵ラックを輸送兼保管のバスケットとして利用できると共に、使用済核燃料貯蔵ラックを大型にすることが可能となり一度に多くの燃料を貯蔵できる多層積層型中性子遮蔽板を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る多層積層型中性子遮蔽板は、請求項１に記載したように、使用済の燃料集合体を貯蔵するための使用済核燃料貯蔵ラックを構成し、曲げ加工される多層積層型中性子遮蔽板において、ボロン添加アルミニウム合金の板材からなる中性子遮蔽板の表面にクラッドされた積層板を有し、前記積層板の板材が、シリコン質量比０．４％〜０．８％，マグネシウム質量比０．８％〜１．２％，クロム質量比０．０４％〜０．３５％を含むアルミニウム合金で構成されたことを特徴とする。
【００１９】
また、本発明に係る多層積層型中性子遮蔽板は、請求項２に記載したように、使用済の燃料集合体を貯蔵するための使用済核燃料貯蔵ラックを構成し、曲げ加工される多層積層型中性子遮蔽板において、ボロン添加アルミニウム合金の板材からなる中性子遮蔽板の表面にクラッドされた積層板を有し、前記積層板の板材が、シリコン＋鉄質量比１．０％以下，銅質量比０．２％以下，マンガン質量比０．１％以下，亜鉛質量比０．１％以下でアルミニウム質量比が９９．０％以上であるアルミニウム合金で構成されたことを特徴とする。
【００２０】
加えて、本発明に係る多層積層型中性子遮蔽板は、請求項３に記載したように、使用済の燃料集合体を貯蔵するための使用済核燃料貯蔵ラックを構成し、曲げ加工される多層積層型中性子遮蔽板において、ボロン添加アルミニウム合金の板材からなる中性子遮蔽板の表面にクラッドされた積層板を有し、前記積層板の板材が、シリコン質量比１．２％以下、鉄質量比０．７％以下，銅質量比７％以下，マンガン質量比１．５％以下，亜鉛質量比６．１％以下を含むアルミニウム合金で構成されたことを特徴とする。
【００２２】
また、本発明に係る多層積層型中性子遮蔽板は、請求項４に記載したように、使用済の燃料集合体を貯蔵するための使用済核燃料貯蔵ラックを構成し、曲げ加工される多層積層型中性子遮蔽板において、ボロン添加オーステナイト系ステンレス鋼の板材からなる中性子遮蔽板の表面にクラッドされた積層板を有し、前記積層板の板材が、オーステナイト系ステンレス鋼で構成され、前記オーステナイト系ステンレス鋼は、クロム質量比１６％〜１８％，ニッケル質量比１２％〜１５％，モリブデン質量比２％〜３％を含むことを特徴とする。
【００３７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る多層積層型中性子遮蔽板の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００３８】
図１は、本発明に係る多層積層型中性子遮蔽板の実施の形態を示す概略図である。
【００３９】
図１は、多層積層型中性子遮蔽板１０を示し、この多層積層型中性子遮蔽板１０は、所要の厚さを有する板状の材料（以下、「板材」という。）からなる中性子遮蔽板１０ｘを有する。加えて、多層積層型中性子遮蔽板１０は、中性子遮蔽板１０ｘの板材表面、例えば、板材の対向する面にそれぞれクラッドされ、所要の厚さを有する板材からなる積層板１０ｙを有する。なお、積層板１０ｙの板材は、中性子遮蔽板１０ｘの板材に対向する面にそれぞれクラッドされることが望ましいが、積層板１０ｙの板材の片面にクラッドされてもよい。
【００４０】
多層積層型中性子遮蔽板１０を構成する中性子遮蔽板１０ｘの板材は、例えば約５ｍｍ厚、積層板１０ｙの板材は、例えば約１ｍｍ厚とする。なお、中性子遮蔽板１０ｘ，積層板１０ｙの板材は、それぞれ約５ｍｍ厚，約１ｍｍ厚に限定されるものではない。燃料集合体の貯蔵密度と多層積層型中性子遮蔽板１０の中性子吸収能力とから、使用済核燃料貯蔵ラックを構成する中性子遮蔽板１０ｘ，積層板１０ｙの板材は、それぞれ２ｍｍ〜１０ｍｍ厚，０．１ｍｍ〜２ｍｍ厚であることが望ましいことがわかっている。
【００４１】
多層積層型中性子遮蔽板１０を構成する中性子遮蔽板１０ｘの板材として、Ｂ（ボロン）が添加されたＢ添加Ａｌ合金が採用される。一方、積層板１０ｙの板材として、例えば、Ｓｉ（シリコン）質量比約０．６％，Ｍｇ（マグネシウム）質量比約１．０％，Ｃｒ（クロム）質量比約０．２％を含むＡｌ合金が採用される。なお、積層板１０ｙの板材は、Ｓｉ質量比約０．６％，Ｍｇ質量比約１．０％，Ｃｒ質量比約０．２％を含むＡｌ合金であることが望ましいが、そのＡｌ合金に限定されるわけではない。表１の（Ａ）に示されるように、多層積層型中性子遮蔽板１０を構成する中性子遮蔽板１０ｘの積層板１０ｙの板材として、Ｓｉ質量比０．４％〜０．８％，Ｍｇ質量比０．８％〜１．２％，Ｃｒ質量比０．０４％〜０．３５％を含むＡｌ合金でよい。
【００４２】
【表１】
【００４３】
ここで、Ｓｉは脱酸素効果をもつ元素である。表１の（Ａ）において積層板１０ｙの板材であるＡｌ合金をＳｉ質量比０．４％〜０．８％の範囲としたのは、Ａｌ合金の靭性を考慮し、Ｓｉ質量比が約０．８％を超えると所要の靭性が得られ難いためである。
【００４４】
また、Ｍｇは加工性の向上に有効な元素である。表１の（Ａ）において積層板１０ｙの板材であるＡｌ合金をＭｇ質量比０．８％〜１．２％の範囲としたのは、Ａｌ合金の耐食性を考慮し、Ｍｇ質量比が約１．２％を超えると所要の耐食性が得られないためである。
【００４５】
加えて、Ｃｒは耐食性の保持に有効な元素である。表１の（Ａ）において積層板１０ｙの板材であるＡｌ合金をＣｒ質量比０．０４％〜０．３５％の範囲としたのは、Ａｌ合金の耐食性を考慮し、Ｃｒ質量比が約０．３５％を超えると脆化しやすくなるためである。
【００４６】
中性子遮蔽板１０ｘの板材として採用されるＢ添加Ａｌ合金は、良好な構造強度を有する。そして、中性子遮蔽板１０ｘの板材としてＢ添加オーステナイト系ステンレス鋼を採用した場合と比較して軽量である。加えて、Ｂ添加Ａｌ合金に含有されるＢによって、高い中性子吸収能力を有する。Ｂ添加Ａｌ合金に含有されるＢは、中性子吸収能力の点から考慮すると、高質量比が望ましい。
【００４７】
一方、中性子遮蔽板１０ｘの板材にクラッドされ、積層板１０ｙの板材として採用されるＡｌ合金は、多層積層型中性子遮蔽板１０の曲げ強度の促進、腐食防止の役割を有する。
【００４８】
多層積層型中性子遮蔽板１０は、中性子遮蔽板１０ｘの板材であるＢ添加Ａｌ合金と、中性子遮蔽板１０ｘの対向する面に張り合わせる板材、例えば、表１に示されるＡｌ合金とを熱間圧延及び冷間圧延により接触面を貼り合せて製作する。
【００４９】
そして、２枚の多層積層型中性子遮蔽板１０をそれぞれ直角に曲げ加工し、一対のコ状チャンネルを角筒柱状に突き合わせて合せ面を溶接により固着する。すなわち、多層積層型中性子遮蔽板１０を成形して図２に示された角筒体１２を得る。
【００５０】
図２は、使用済核燃料の燃料集合体を貯蔵する使用済核燃料貯蔵ラックを示す概略図である。
【００５１】
図２は、使用済核燃料貯蔵ラック１１を示し、この使用済核燃料貯蔵ラック１１には、原子炉の炉心から取り出される使用済核燃料の燃料集合体（図示しない）が貯蔵され、使用済核燃料から崩壊熱除去が行われるものである。なお、使用済核燃料貯蔵ラック１１は、使用済核燃料の燃料集合体が挿入される側の断面図として示される。
【００５２】
使用済核燃料貯蔵ラック１１は、図１に示された多層積層型中性子遮蔽板１０を成形することによって得られた角筒体１２が千鳥格子状に配置されることで構成される。角筒体１２が千鳥格子状に配置されることで、燃料集合体を構成する燃料間に角筒体１２の側面である仕切面１３が介在するような格子板状の燃料貯蔵セル構造を有する。
【００５３】
角筒体１２の拡大図に示すように、角筒体１２の側面である仕切面１３は、中性子遮蔽板１０ｘと積層板１０ｙとから構成される。そして、燃料は、角筒体１２の側面である仕切面１３によって、隣り合う燃料と仕切られることになる。
【００５４】
図３は、中性子遮蔽板１０ｘと多層積層型中性子遮蔽板１０とのクラック曲げ角度の試験結果を示す画像である。
【００５５】
図３は、中性子遮蔽板１０ｘを成形して作製した従来の角筒体と、多層積層型中性子遮蔽板１０を成形して作製した角筒体１２とが、クラック曲げ角度において差異を示すかどうかを確認するために行われたときの試験結果である。
【００５６】
まず、約５ｍｍ厚の板材である中性子遮蔽板１０ｘを作製する。また、図１に示されたように、約５ｍｍ厚の板材である中性子遮蔽板１０ｘと、約１ｍｍ厚の板材である積層板１０ｙから構成される多層積層型中性子遮蔽板１０を作製する。
【００５７】
中性子遮蔽板１０ｘの板材は、Ｂ質量比約１％のＢ添加Ａｌ合金とする。一方、多層積層型中性子遮蔽板１０は、中性子遮蔽板１０ｘの板材がＢ質量比約１％のＢ添加Ａｌ合金からなり、積層板１０ｙの板材がＳｉ質量比約０．６％，Ｍｇ質量比約１．０％，Ｃｒ質量比約０．２％を含むＡｌ合金からなる構成とする。そして、中性子遮蔽板１０ｘと多層積層型中性子遮蔽板１０とによってクラック曲げ角度試験を実施する。なお、積層板１０ｙの板材であるＡｌ合金には、Ｓｉ，Ｍｇ，Ｃｒ以外にも、除去不可避元素等を含んでいる。
【００５８】
図３に示された画像のように、中性子遮蔽板１０ｘは、９０度にも満たない約７０度の曲げ角度で曲部にクラック１５が発生した。一方、多層積層型中性子遮蔽板１０は、少なくとも約１３０度の曲げ角度においてもクラック１５が発生しなかった。
【００５９】
よって、中性子遮蔽板１０ｘの板材がＢ質量比１％のＢ添加Ａｌ合金であると、９０度にも満たない曲げ角度にてクラック１５が発生する。すなわち、中性子遮蔽板１０ｘの板材であるＢ添加Ａｌ合金を成形して図２に示された角筒体１２を製作しても、角筒体１２の側面の曲部にクラック１５を有することになる。一方、中性子遮蔽板１０ｘとしての板材であるＢ添加Ａｌ合金の対向する面に、Ｓｉ質量比約０．６％，Ｍｇ質量比約１．０％，Ｃｒ質量比約０．２％を含むＡｌ合金をクラッドさせて多層積層型中性子遮蔽板１０とすると、クラック１５のない角筒体１２を製作できる。
【００６０】
加えて、多層積層型中性子遮蔽板１０を構成する中性子遮蔽板１０ｘの積層板１０ｙの板材として、表１の（Ａ）に示されたＳｉ質量比０．４％〜０．８％，Ｍｇ質量比０．８％〜１．２％，Ｃｒ質量比０．０４％〜０．３５％を含むＡｌ合金をクラッドさせたときも、Ｓｉ質量比約０．６％，Ｍｇ質量比約１．０％，Ｃｒ質量比約０．２％を含むＡｌ合金をクラッドさせたときと同等の結果が得られた。
【００６１】
図４は、中性子遮蔽板１０ｘの破断曲げ角度の試験結果を示すグラフである。
【００６２】
図４は、中性子遮蔽板１０ｘを成形して作製した従来の角筒体と、多層積層型中性子遮蔽板１０を成形して作製した角筒体１２とが、破断曲げ角度において差異を示すかどうかを確認するために行われたときの試験結果である。
【００６３】
まず、約５ｍｍ厚の板材である中性子遮蔽板１０ｘを作製する。中性子遮蔽板１０ｘの板材は、Ｂ添加Ａｌ合金とする。そして、中性子遮蔽板１０ｘのＢ添加Ａｌ合金に対して、Ｂ質量比を０．５０％，１．００％，１．２５％，１．５０％と変化させて破断曲げ角度を測定した。
【００６４】
図４に示されたグラフによると、Ｂ質量比が０．５０％のとき、中性子遮蔽板１０ｘが約１２０度にて破断した。さらに、燃料集合体の中性子吸収能力を増加させ、かつ、燃料集合体の貯蔵容量を増加させるために、中性子遮蔽板１０ｘに含有するＢ質量比を増やしていくと、Ｂ質量比が１．００％のとき約６０度、Ｂ質量比が１．２５％のとき約３０度、さらにＢ質量比が１．５０％のとき約２０度にて破断した。
【００６５】
一方、図１に示された約５ｍｍ厚の板材である中性子遮蔽板１０ｘと、約１ｍｍ厚の板材である積層板１０ｙとから構成される多層積層型中性子遮蔽板１０を作製する。中性子遮蔽板１０ｘの板材がＢ添加Ａｌ合金からなり、積層板１０ｙの板材がＳｉ質量比約０．６％，Ｍｇ質量比約１．０％，Ｃｒ質量比約０．２％を含むＡｌ合金からなる構成とする。そして、中性子遮蔽板１０ｘのＢ添加Ａｌ合金に対して、Ｂ質量比を０．５０％，１．００％，１．２５％，１．５０％と変化させて破断曲げ角度を測定した。
【００６６】
Ｂ質量比が０．５０％，１．００％，１．２５％，１．５０％のとき、多層積層型中性子遮蔽板１０は、少なくとも約１２０度では破断しなかった。さらに、Ｂ質量比を約２％として破断曲げ角度を測定したが、少なくとも約１２０度では破断しなかった。
【００６７】
加えて、多層積層型中性子遮蔽板１０を構成する中性子遮蔽板１０ｘの積層板１０ｙの板材として、表１の（Ａ）に示されたＳｉ質量比０．４％〜０．８％，Ｍｇ質量比０．８％〜１．２％，Ｃｒ質量比０．０４％〜０．３５％を含むＡｌ合金をクラッドさせたときも、Ｓｉ質量比０．６％，Ｍｇ質量比１．０％，Ｃｒ質量比０．２％を含むＡｌ合金をクラッドさせたときと同等の結果が得られた。
【００６８】
よって、図３，４に示された曲げ角度の試験結果から、多層積層型中性子遮蔽板１０を成形することによって角筒体１２を製作すると、多層積層型中性子遮蔽板１０を構成する積層板１０ｙのＡｌ合金により、曲げ強度を促進できる。
【００６９】
表２は、中性子遮蔽板１０ｘと多層積層型中性子遮蔽板１０との応力腐食割れの試験結果を示す表である。
【００７０】
【表２】
【００７１】
表２は、中性子遮蔽板１０ｘを成形して作製した従来の角筒体と、多層積層型中性子遮蔽板１０を成形して作製した角筒体１２とが、応力腐食割れにおいて差異を示すかどうかを確認するために行われたときの試験結果である。
【００７２】
まず、約５ｍｍ厚の板材である中性子遮蔽板１０ｘを作製する。また、図１に示されたように、約５ｍｍ厚の板材である中性子遮蔽板１０ｘと、約１ｍｍ厚の板材である積層板１０ｙから構成される多層積層型中性子遮蔽板１０を作製する。
【００７３】
中性子遮蔽板１０ｘの板材は、Ｂ質量比約２％のＢ添加Ａｌ合金とする。一方、多層積層型中性子遮蔽板１０は、中性子遮蔽板１０ｘの板材がＢ質量比約２％のＢ添加Ａｌ合金からなり、積層板１０ｙの板材がＳｉ質量比約０．６％，Ｍｇ質量比約１．０％，Ｃｒ質量比約０．２％を含むＡｌ合金からなる構成とする。そして、中性子遮蔽板１０ｘと多層積層型中性子遮蔽板１０とによって応力腐食割れ試験を実施する。
【００７４】
中性子遮蔽板１０ｘと多層積層型中性子遮蔽板１０とに同等の応力を与え、応力が負荷された中性子遮蔽板１０ｘと多層積層型中性子遮蔽板１０とは、所要温度に維持された溶存酸素液中に浸漬される。浸漬開始から約５００時間後、応力が負荷された中性子遮蔽板１０ｘと多層積層型中性子遮蔽板１０とを液中から取り出した。
【００７５】
取り出された中性子遮蔽板１０ｘと多層積層型中性子遮蔽板１０との応力負荷部分の腐食状況を観察した結果、表２に示される通りになった。表２によると、中性子遮蔽板１０ｘでは応力腐食割れが発生し、耐食性が低下することが認められた。一方、多層積層型中性子遮蔽板１０では応力腐食割れは全く確認されず、良好な耐食性が認められた。
【００７６】
よって、応力腐食割れの試験結果から、多層積層型中性子遮蔽板１０を成形することによって角筒体１２を製作すると、多層積層型中性子遮蔽板１０を構成する中性子遮蔽板１０ｘのＢ添加Ａｌ合金のＢ質量比を少なくとも約２％まで増加できるので、高度な中性子吸収効果が得られる。
【００７７】
加えて、多層積層型中性子遮蔽板１０を構成する中性子遮蔽板１０ｘの積層板１０ｙの板材として、表１の（Ａ）に示されたＳｉ質量比０．４％〜０．８％，Ｍｇ質量比０．８％〜１．２％，Ｃｒ質量比０．０４％〜０．３５％を含むＡｌ合金をクラッドさせたときも、Ｓｉ質量比０．６％，Ｍｇ質量比１．０％，Ｃｒ質量比０．２％を含むＡｌ合金をクラッドさせたときと同等の結果が得られた。
【００７８】
図１に示された多層積層型中性子遮蔽板１０によると、中性子遮蔽板１０ｘの板材であるＢ添加Ａｌ合金のＢ質量比を増大させることで、使用済核燃料の中性子吸収能力と貯蔵密度を増大できる。また、積層板１０ｙの板材をＳｉ質量比０．４％〜０．８％，Ｍｇ質量比０．８％〜１．２％，Ｃｒ質量比０．０４％〜０．３５％を含むＡｌ合金とすることで、多層積層型中性子遮蔽板１０自身の曲げ強度と腐食性との劣化を抑えることができる。
【００７９】
また、使用済核燃料貯蔵ラック１１を構成する多層積層型中性子遮蔽板１０の板材をＡｌ合金とすることで、使用済核燃料貯蔵ラック１１自身の重量を軽くできる。
【００８０】
なお、多層積層型中性子遮蔽板１０を構成する中性子遮蔽板１０ｘの板材がＢ添加Ａｌ合金のとき、積層板１０ｙの板材は、表１の（Ｂ），（Ｃ）に示されたＡｌ合金でもよい。加えて、中性子遮蔽板１０ｘの板材がＢ添加オーステナイト系ステンレス鋼のときも図１を準用できる。すなわち、中性子遮蔽板１０ｘの板材がＢ添加オーステナイト系ステンレス鋼のとき、積層板１０ｙの板材は、表１の（Ｄ）〜（Ｇ）に示されたオーステナイト系ステンレス鋼、表１の（Ｈ）に示されたハステロイＣ又は表１の（Ｉ）〜（Ｍ）に示されたＮｉ基合金でもよい。
【００８１】
表１の（Ｂ），（Ｃ）に示された積層板１０ｙの板材に含まれるＦｅ（鉄）は、高温脆性を防ぐために有効な元素であるが、質量比０．８％を超えて添加すると焼き戻し効果が減退するため、質量比０．８％を上限とした。
【００８２】
表１の（Ｂ），（Ｃ）に示された積層板１０ｙの板材に含まれるＣｕ（銅）は、機械的特性および切削性を改善するために有効な元素であるため、質量比７％を上限とした。
【００８３】
表１の（Ｂ），（Ｃ）に示された積層板１０ｙの板材に含まれるＭｎ（マンガン）は、脱酸素効果を持つ元素であるが、板材の耐食性を考慮して質量比１．５％を上限とした。
【００８４】
表１の（Ｂ），（Ｃ）に示された積層板１０ｙの板材に含まれるＺｎ（亜鉛）は、機械的特性および切削性を改善するために有効な元素であるため、質量比６．１％を上限とした。
【００８５】
表１の（Ｄ）〜（Ｉ），（Ｋ）〜（Ｍ）に示された積層板１０ｙの板材に含まれるＮｉ（ニッケル）は、組織をオーステナイトにするのに必要な元素であり、質量比約８％以上は必要であるが、高価な元素であることを考慮して質量比の範囲を設定した。
【００８６】
表１の（Ｄ），（Ｆ）〜（Ｋ），（Ｍ）に示された積層板１０ｙの板材に含まれるＭｏ（モリブデン）は、耐孔食性に有効な元素であるが、板材の脆化を考慮して質量比の範囲を設定した。
【００８７】
表１の（Ｂ）〜（Ｍ）に示された中性子遮蔽板１０ｘの板材と、積層板１０ｙの板材を利用してクラック曲げ角度試験、破断曲げ角度試験及び応力腐食割れ試験を実施すると、好適な曲げ強度と腐食性とを有する試験結果が得られた。
【００８８】
さらに、図１に示された多層積層型中性子遮蔽板１０は、一対の中性子遮蔽板１０ｘ，積層板１０ｙからなる２層積層構造としたが、２層積層構造に限らず、複数の積層板１０ｙからなる３層以上の積層構造としてもよい。多層積層型中性子遮蔽板１０が３層以上の積層構造である場合、複数の積層板のそれぞれの板材は、全て同一又は異質な板材から構成される。
【００８９】
【発明の効果】
本発明に係る多層積層型中性子遮蔽板によれば、使用済核燃料の中性子吸収能力と貯蔵密度を増大でき、かつ、曲げ強度と耐腐食性に優れた使用済核燃料貯蔵ラックの仕切面を製作できる。
【００９０】
また、使用済核燃料貯蔵ラックの重量を軽くすることによって、使用済核燃料貯蔵ラックを輸送兼保管のバスケットとして利用できると共に、使用済核燃料貯蔵ラックを大型にすることが可能となり一度に多くの燃料を貯蔵できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る多層積層型中性子遮蔽板の実施の形態を示す概略図。
【図２】使用済核燃料の燃料集合体を貯蔵する使用済核燃料貯蔵ラックを示す概略図。
【図３】中性子遮蔽板と多層積層型中性子遮蔽板とのクラック曲げ角度の試験結果を示す画像。
【図４】中性子遮蔽板の破断曲げ角度の試験結果を示すグラフ。
【図５】Ｂの添加量に対するオーステナイト相中のＣｒ減少量を示す相関図。
【符号の説明】
１０ 多層積層型中性子遮蔽板
１０ｘ 中性子遮蔽板
１０ｙ 積層板
１１ 使用済核燃料貯蔵ラック
【発明の属する技術分野】
本発明は、原子力発電所などの施設から発生する放射性廃棄物のうち、使用済核燃料等の高い放射線量を有する物質の遮蔽技術に係り、特に、使用済核燃料を貯蔵ないし冷却するための使用済核燃料貯蔵プールに使用される多層積層型中性子遮蔽板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に原子力発電プラントにおいて、原子炉が一定期間運転された後、使用済核燃料は、原子炉の炉心から取り出される。取り出された使用済の燃料集合体は、再処理が行われるまでの間、使用済核燃料貯蔵プール内に設置された使用済核燃料貯蔵ラックに貯蔵される。燃料集合体は、使用済核燃料貯蔵ラック内で冷却され、そこで崩壊熱除去が行われる。
【０００３】
近年は、使用済核燃料貯蔵プール内のスペースを有効活用して、燃料集合体の貯蔵密度をあげて貯蔵容量を増加させるような要望がある。燃料集合体の貯蔵容量を増加させるために、燃料集合体を構成する燃料間に中性子吸収能力の大きな材料からなる仕切面を介在させる。中性子吸収能力の大きな材料からなる仕切面によると、比較的薄い仕切面にて燃料相互の未臨界性を保持できる。よって、燃料相互の未臨界性を保持しながら、仕切面自体を薄く設計し、燃料間の間隔を狭くすることで燃料集合体の貯蔵容量を増加できる使用済核燃料貯蔵ラックが提案されている（例えば、特許文献１，２参照。）。また、中性子吸収能力の大きな材料からなる仕切面は、地震時等においても貯蔵された燃料を支持するために強度部材としての役割も有する。
【０００４】
使用済核燃料貯蔵ラックの仕切面の典型的な材料として、中性子吸収能力に優れたＢ（ボロン）を添加し、かつ、構造強度の良好なＢ添加オーステナイト系ステンレス鋼がある。現在では、中性子吸収能力と強度から、Ｂ添加オーステナイト系ステンレス鋼に含有されるＢ質量比は、約１％前後が適量とされている。また、ステンレス鋼は、主な合金成分であるＣｒ（クロム）が鋼の表面に強固な酸化皮膜を形成するので、耐腐食性が大きい材料として知られる。
【０００５】
例えば、使用済核燃料貯蔵ラックには、燃料間に仕切面として１枚のＢ添加オーステナイト系ステンレス鋼が介在するような格子板状の燃料貯蔵セル構造のものがある。格子板状の燃料貯蔵セルの強度を考慮した上で、予め板状の材料（以下、「板材」という。）であるＢ添加オーステナイト系ステンレス鋼から角筒体を成形し、角筒体を千鳥格子状に組み合わせることによって角筒体の側面を仕切面とする。
【０００６】
１個の角筒体を成形するために、２枚の板材であるＢ添加オーステナイト系ステンレス鋼をそれぞれ直角に曲げて加工し、一対のコ状チャンネルを角筒柱状に突き合わせて合せ面を溶接により固着する。または、１枚の板材であるＢ添加オーステナイト系ステンレス鋼をプレス及びローラ等の適当な方法で円筒状に整形し、端面相互を溶接により固着して四角形に配置した４個の整形ローラ間を通す。なお、曲げ加工する場合、角筒体の曲部は板厚の２倍程度の曲げ半径になる。
【０００７】
【特許文献１】
特開平５−８０１８８号公報（第３頁、図１）
【０００８】
【特許文献２】
特開平５−８０１８９号公報（第３頁、図１）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
一般的にＢは、中性子吸収能力に優れているので、仕切面の材料としてのオーステナイト系ステンレス鋼へのＢの添加量を増加させる要求が高い。ただし、Ｂがオーステナイト系ステンレス鋼に添加されると、Ｂは、オーステナイト系ステンレス鋼に含まれるＣｒまたはＦｅ（鉄）と結合してボライドを形成する。よって、Ｂがオーステナイト系ステンレス鋼に添加される程、ステンレス鋼中のＣｒを消費してしまい、オーステナイト相のＣｒ質量比の低下が大きくなる。
【００１０】
図５は、Ｂの添加量に対するオーステナイト相中のＣｒ減少量を示す相関図である。
【００１１】
図５に示された相関図によると、Ｂの添加量に対するオーステナイト相中のＣｒ減少量は、Ｂを約１％添加するとオーステナイト相中のＣｒは約３％低下する。
【００１２】
Ｂの添加に伴ってオーステナイト相のＣｒ質量比が低下すると、Ｂ添加オーステナイト系ステンレス鋼の耐食性が低下する可能性がある。このため、仕切面の材料のオーステナイト相の耐食性が低下し、孔食・すき間腐食等の腐食が発生する可能性があった。
【００１３】
また、角筒体は、板材を曲げ加工して成形されるが、角筒体の曲部にクラックが発生したり、破断したりして、使用済核燃料貯蔵ラックの強度という点で課題があった。それに伴って、角筒体の曲部から腐食が進行する課題があった。
【００１４】
さらに、Ｂ添加オーステナイト系ステンレス鋼として、Ｃｒ，Ｎｉ（ニッケル）等を含む合金の板材を利用する他、Ｃｒ，Ｎｉ等を含む合金の粉末を板状に敷きつめたものを利用することもできる。合金の粉末を板状に敷きつめたものを利用する場合、所要の板状形状に成形するまでの工程が繁雑である。
【００１５】
本発明は、上記従来技術の課題を解決するためになされたものであり、使用済核燃料の中性子吸収能力と貯蔵密度を増大でき、かつ、曲げ強度と耐腐食性に優れた使用済核燃料貯蔵ラックの仕切面を製作できる多層積層型中性子遮蔽板を提供することを目的とする。
【００１６】
また、本発明の他の目的は、使用済核燃料貯蔵ラックの重量を軽くすることによって、使用済核燃料貯蔵ラックを輸送兼保管のバスケットとして利用できると共に、使用済核燃料貯蔵ラックを大型にすることが可能となり一度に多くの燃料を貯蔵できる多層積層型中性子遮蔽板を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る多層積層型中性子遮蔽板は、請求項１に記載したように、使用済の燃料集合体を貯蔵するための使用済核燃料貯蔵ラックを構成し、曲げ加工される多層積層型中性子遮蔽板において、ボロン添加アルミニウム合金の板材からなる中性子遮蔽板の表面にクラッドされた積層板を有し、前記積層板の板材が、シリコン質量比０．４％〜０．８％，マグネシウム質量比０．８％〜１．２％，クロム質量比０．０４％〜０．３５％を含むアルミニウム合金で構成されたことを特徴とする。
【００１９】
また、本発明に係る多層積層型中性子遮蔽板は、請求項２に記載したように、使用済の燃料集合体を貯蔵するための使用済核燃料貯蔵ラックを構成し、曲げ加工される多層積層型中性子遮蔽板において、ボロン添加アルミニウム合金の板材からなる中性子遮蔽板の表面にクラッドされた積層板を有し、前記積層板の板材が、シリコン＋鉄質量比１．０％以下，銅質量比０．２％以下，マンガン質量比０．１％以下，亜鉛質量比０．１％以下でアルミニウム質量比が９９．０％以上であるアルミニウム合金で構成されたことを特徴とする。
【００２０】
加えて、本発明に係る多層積層型中性子遮蔽板は、請求項３に記載したように、使用済の燃料集合体を貯蔵するための使用済核燃料貯蔵ラックを構成し、曲げ加工される多層積層型中性子遮蔽板において、ボロン添加アルミニウム合金の板材からなる中性子遮蔽板の表面にクラッドされた積層板を有し、前記積層板の板材が、シリコン質量比１．２％以下、鉄質量比０．７％以下，銅質量比７％以下，マンガン質量比１．５％以下，亜鉛質量比６．１％以下を含むアルミニウム合金で構成されたことを特徴とする。
【００２２】
また、本発明に係る多層積層型中性子遮蔽板は、請求項４に記載したように、使用済の燃料集合体を貯蔵するための使用済核燃料貯蔵ラックを構成し、曲げ加工される多層積層型中性子遮蔽板において、ボロン添加オーステナイト系ステンレス鋼の板材からなる中性子遮蔽板の表面にクラッドされた積層板を有し、前記積層板の板材が、オーステナイト系ステンレス鋼で構成され、前記オーステナイト系ステンレス鋼は、クロム質量比１６％〜１８％，ニッケル質量比１２％〜１５％，モリブデン質量比２％〜３％を含むことを特徴とする。
【００３７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る多層積層型中性子遮蔽板の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００３８】
図１は、本発明に係る多層積層型中性子遮蔽板の実施の形態を示す概略図である。
【００３９】
図１は、多層積層型中性子遮蔽板１０を示し、この多層積層型中性子遮蔽板１０は、所要の厚さを有する板状の材料（以下、「板材」という。）からなる中性子遮蔽板１０ｘを有する。加えて、多層積層型中性子遮蔽板１０は、中性子遮蔽板１０ｘの板材表面、例えば、板材の対向する面にそれぞれクラッドされ、所要の厚さを有する板材からなる積層板１０ｙを有する。なお、積層板１０ｙの板材は、中性子遮蔽板１０ｘの板材に対向する面にそれぞれクラッドされることが望ましいが、積層板１０ｙの板材の片面にクラッドされてもよい。
【００４０】
多層積層型中性子遮蔽板１０を構成する中性子遮蔽板１０ｘの板材は、例えば約５ｍｍ厚、積層板１０ｙの板材は、例えば約１ｍｍ厚とする。なお、中性子遮蔽板１０ｘ，積層板１０ｙの板材は、それぞれ約５ｍｍ厚，約１ｍｍ厚に限定されるものではない。燃料集合体の貯蔵密度と多層積層型中性子遮蔽板１０の中性子吸収能力とから、使用済核燃料貯蔵ラックを構成する中性子遮蔽板１０ｘ，積層板１０ｙの板材は、それぞれ２ｍｍ〜１０ｍｍ厚，０．１ｍｍ〜２ｍｍ厚であることが望ましいことがわかっている。
【００４１】
多層積層型中性子遮蔽板１０を構成する中性子遮蔽板１０ｘの板材として、Ｂ（ボロン）が添加されたＢ添加Ａｌ合金が採用される。一方、積層板１０ｙの板材として、例えば、Ｓｉ（シリコン）質量比約０．６％，Ｍｇ（マグネシウム）質量比約１．０％，Ｃｒ（クロム）質量比約０．２％を含むＡｌ合金が採用される。なお、積層板１０ｙの板材は、Ｓｉ質量比約０．６％，Ｍｇ質量比約１．０％，Ｃｒ質量比約０．２％を含むＡｌ合金であることが望ましいが、そのＡｌ合金に限定されるわけではない。表１の（Ａ）に示されるように、多層積層型中性子遮蔽板１０を構成する中性子遮蔽板１０ｘの積層板１０ｙの板材として、Ｓｉ質量比０．４％〜０．８％，Ｍｇ質量比０．８％〜１．２％，Ｃｒ質量比０．０４％〜０．３５％を含むＡｌ合金でよい。
【００４２】
【表１】
ここで、Ｓｉは脱酸素効果をもつ元素である。表１の（Ａ）において積層板１０ｙの板材であるＡｌ合金をＳｉ質量比０．４％〜０．８％の範囲としたのは、Ａｌ合金の靭性を考慮し、Ｓｉ質量比が約０．８％を超えると所要の靭性が得られ難いためである。
【００４４】
また、Ｍｇは加工性の向上に有効な元素である。表１の（Ａ）において積層板１０ｙの板材であるＡｌ合金をＭｇ質量比０．８％〜１．２％の範囲としたのは、Ａｌ合金の耐食性を考慮し、Ｍｇ質量比が約１．２％を超えると所要の耐食性が得られないためである。
【００４５】
加えて、Ｃｒは耐食性の保持に有効な元素である。表１の（Ａ）において積層板１０ｙの板材であるＡｌ合金をＣｒ質量比０．０４％〜０．３５％の範囲としたのは、Ａｌ合金の耐食性を考慮し、Ｃｒ質量比が約０．３５％を超えると脆化しやすくなるためである。
【００４６】
中性子遮蔽板１０ｘの板材として採用されるＢ添加Ａｌ合金は、良好な構造強度を有する。そして、中性子遮蔽板１０ｘの板材としてＢ添加オーステナイト系ステンレス鋼を採用した場合と比較して軽量である。加えて、Ｂ添加Ａｌ合金に含有されるＢによって、高い中性子吸収能力を有する。Ｂ添加Ａｌ合金に含有されるＢは、中性子吸収能力の点から考慮すると、高質量比が望ましい。
【００４７】
一方、中性子遮蔽板１０ｘの板材にクラッドされ、積層板１０ｙの板材として採用されるＡｌ合金は、多層積層型中性子遮蔽板１０の曲げ強度の促進、腐食防止の役割を有する。
【００４８】
多層積層型中性子遮蔽板１０は、中性子遮蔽板１０ｘの板材であるＢ添加Ａｌ合金と、中性子遮蔽板１０ｘの対向する面に張り合わせる板材、例えば、表１に示されるＡｌ合金とを熱間圧延及び冷間圧延により接触面を貼り合せて製作する。
【００４９】
そして、２枚の多層積層型中性子遮蔽板１０をそれぞれ直角に曲げ加工し、一対のコ状チャンネルを角筒柱状に突き合わせて合せ面を溶接により固着する。すなわち、多層積層型中性子遮蔽板１０を成形して図２に示された角筒体１２を得る。
【００５０】
図２は、使用済核燃料の燃料集合体を貯蔵する使用済核燃料貯蔵ラックを示す概略図である。
【００５１】
図２は、使用済核燃料貯蔵ラック１１を示し、この使用済核燃料貯蔵ラック１１には、原子炉の炉心から取り出される使用済核燃料の燃料集合体（図示しない）が貯蔵され、使用済核燃料から崩壊熱除去が行われるものである。なお、使用済核燃料貯蔵ラック１１は、使用済核燃料の燃料集合体が挿入される側の断面図として示される。
【００５２】
使用済核燃料貯蔵ラック１１は、図１に示された多層積層型中性子遮蔽板１０を成形することによって得られた角筒体１２が千鳥格子状に配置されることで構成される。角筒体１２が千鳥格子状に配置されることで、燃料集合体を構成する燃料間に角筒体１２の側面である仕切面１３が介在するような格子板状の燃料貯蔵セル構造を有する。
【００５３】
角筒体１２の拡大図に示すように、角筒体１２の側面である仕切面１３は、中性子遮蔽板１０ｘと積層板１０ｙとから構成される。そして、燃料は、角筒体１２の側面である仕切面１３によって、隣り合う燃料と仕切られることになる。
【００５４】
図３は、中性子遮蔽板１０ｘと多層積層型中性子遮蔽板１０とのクラック曲げ角度の試験結果を示す画像である。
【００５５】
図３は、中性子遮蔽板１０ｘを成形して作製した従来の角筒体と、多層積層型中性子遮蔽板１０を成形して作製した角筒体１２とが、クラック曲げ角度において差異を示すかどうかを確認するために行われたときの試験結果である。
【００５６】
まず、約５ｍｍ厚の板材である中性子遮蔽板１０ｘを作製する。また、図１に示されたように、約５ｍｍ厚の板材である中性子遮蔽板１０ｘと、約１ｍｍ厚の板材である積層板１０ｙから構成される多層積層型中性子遮蔽板１０を作製する。
【００５７】
中性子遮蔽板１０ｘの板材は、Ｂ質量比約１％のＢ添加Ａｌ合金とする。一方、多層積層型中性子遮蔽板１０は、中性子遮蔽板１０ｘの板材がＢ質量比約１％のＢ添加Ａｌ合金からなり、積層板１０ｙの板材がＳｉ質量比約０．６％，Ｍｇ質量比約１．０％，Ｃｒ質量比約０．２％を含むＡｌ合金からなる構成とする。そして、中性子遮蔽板１０ｘと多層積層型中性子遮蔽板１０とによってクラック曲げ角度試験を実施する。なお、積層板１０ｙの板材であるＡｌ合金には、Ｓｉ，Ｍｇ，Ｃｒ以外にも、除去不可避元素等を含んでいる。
【００５８】
図３に示された画像のように、中性子遮蔽板１０ｘは、９０度にも満たない約７０度の曲げ角度で曲部にクラック１５が発生した。一方、多層積層型中性子遮蔽板１０は、少なくとも約１３０度の曲げ角度においてもクラック１５が発生しなかった。
【００５９】
よって、中性子遮蔽板１０ｘの板材がＢ質量比１％のＢ添加Ａｌ合金であると、９０度にも満たない曲げ角度にてクラック１５が発生する。すなわち、中性子遮蔽板１０ｘの板材であるＢ添加Ａｌ合金を成形して図２に示された角筒体１２を製作しても、角筒体１２の側面の曲部にクラック１５を有することになる。一方、中性子遮蔽板１０ｘとしての板材であるＢ添加Ａｌ合金の対向する面に、Ｓｉ質量比約０．６％，Ｍｇ質量比約１．０％，Ｃｒ質量比約０．２％を含むＡｌ合金をクラッドさせて多層積層型中性子遮蔽板１０とすると、クラック１５のない角筒体１２を製作できる。
【００６０】
加えて、多層積層型中性子遮蔽板１０を構成する中性子遮蔽板１０ｘの積層板１０ｙの板材として、表１の（Ａ）に示されたＳｉ質量比０．４％〜０．８％，Ｍｇ質量比０．８％〜１．２％，Ｃｒ質量比０．０４％〜０．３５％を含むＡｌ合金をクラッドさせたときも、Ｓｉ質量比約０．６％，Ｍｇ質量比約１．０％，Ｃｒ質量比約０．２％を含むＡｌ合金をクラッドさせたときと同等の結果が得られた。
【００６１】
図４は、中性子遮蔽板１０ｘの破断曲げ角度の試験結果を示すグラフである。
【００６２】
図４は、中性子遮蔽板１０ｘを成形して作製した従来の角筒体と、多層積層型中性子遮蔽板１０を成形して作製した角筒体１２とが、破断曲げ角度において差異を示すかどうかを確認するために行われたときの試験結果である。
【００６３】
まず、約５ｍｍ厚の板材である中性子遮蔽板１０ｘを作製する。中性子遮蔽板１０ｘの板材は、Ｂ添加Ａｌ合金とする。そして、中性子遮蔽板１０ｘのＢ添加Ａｌ合金に対して、Ｂ質量比を０．５０％，１．００％，１．２５％，１．５０％と変化させて破断曲げ角度を測定した。
【００６４】
図４に示されたグラフによると、Ｂ質量比が０．５０％のとき、中性子遮蔽板１０ｘが約１２０度にて破断した。さらに、燃料集合体の中性子吸収能力を増加させ、かつ、燃料集合体の貯蔵容量を増加させるために、中性子遮蔽板１０ｘに含有するＢ質量比を増やしていくと、Ｂ質量比が１．００％のとき約６０度、Ｂ質量比が１．２５％のとき約３０度、さらにＢ質量比が１．５０％のとき約２０度にて破断した。
【００６５】
一方、図１に示された約５ｍｍ厚の板材である中性子遮蔽板１０ｘと、約１ｍｍ厚の板材である積層板１０ｙとから構成される多層積層型中性子遮蔽板１０を作製する。中性子遮蔽板１０ｘの板材がＢ添加Ａｌ合金からなり、積層板１０ｙの板材がＳｉ質量比約０．６％，Ｍｇ質量比約１．０％，Ｃｒ質量比約０．２％を含むＡｌ合金からなる構成とする。そして、中性子遮蔽板１０ｘのＢ添加Ａｌ合金に対して、Ｂ質量比を０．５０％，１．００％，１．２５％，１．５０％と変化させて破断曲げ角度を測定した。
【００６６】
Ｂ質量比が０．５０％，１．００％，１．２５％，１．５０％のとき、多層積層型中性子遮蔽板１０は、少なくとも約１２０度では破断しなかった。さらに、Ｂ質量比を約２％として破断曲げ角度を測定したが、少なくとも約１２０度では破断しなかった。
【００６７】
加えて、多層積層型中性子遮蔽板１０を構成する中性子遮蔽板１０ｘの積層板１０ｙの板材として、表１の（Ａ）に示されたＳｉ質量比０．４％〜０．８％，Ｍｇ質量比０．８％〜１．２％，Ｃｒ質量比０．０４％〜０．３５％を含むＡｌ合金をクラッドさせたときも、Ｓｉ質量比０．６％，Ｍｇ質量比１．０％，Ｃｒ質量比０．２％を含むＡｌ合金をクラッドさせたときと同等の結果が得られた。
【００６８】
よって、図３，４に示された曲げ角度の試験結果から、多層積層型中性子遮蔽板１０を成形することによって角筒体１２を製作すると、多層積層型中性子遮蔽板１０を構成する積層板１０ｙのＡｌ合金により、曲げ強度を促進できる。
【００６９】
表２は、中性子遮蔽板１０ｘと多層積層型中性子遮蔽板１０との応力腐食割れの試験結果を示す表である。
【００７０】
【表２】
表２は、中性子遮蔽板１０ｘを成形して作製した従来の角筒体と、多層積層型中性子遮蔽板１０を成形して作製した角筒体１２とが、応力腐食割れにおいて差異を示すかどうかを確認するために行われたときの試験結果である。
【００７２】
まず、約５ｍｍ厚の板材である中性子遮蔽板１０ｘを作製する。また、図１に示されたように、約５ｍｍ厚の板材である中性子遮蔽板１０ｘと、約１ｍｍ厚の板材である積層板１０ｙから構成される多層積層型中性子遮蔽板１０を作製する。
【００７３】
中性子遮蔽板１０ｘの板材は、Ｂ質量比約２％のＢ添加Ａｌ合金とする。一方、多層積層型中性子遮蔽板１０は、中性子遮蔽板１０ｘの板材がＢ質量比約２％のＢ添加Ａｌ合金からなり、積層板１０ｙの板材がＳｉ質量比約０．６％，Ｍｇ質量比約１．０％，Ｃｒ質量比約０．２％を含むＡｌ合金からなる構成とする。そして、中性子遮蔽板１０ｘと多層積層型中性子遮蔽板１０とによって応力腐食割れ試験を実施する。
【００７４】
中性子遮蔽板１０ｘと多層積層型中性子遮蔽板１０とに同等の応力を与え、応力が負荷された中性子遮蔽板１０ｘと多層積層型中性子遮蔽板１０とは、所要温度に維持された溶存酸素液中に浸漬される。浸漬開始から約５００時間後、応力が負荷された中性子遮蔽板１０ｘと多層積層型中性子遮蔽板１０とを液中から取り出した。
【００７５】
取り出された中性子遮蔽板１０ｘと多層積層型中性子遮蔽板１０との応力負荷部分の腐食状況を観察した結果、表２に示される通りになった。表２によると、中性子遮蔽板１０ｘでは応力腐食割れが発生し、耐食性が低下することが認められた。一方、多層積層型中性子遮蔽板１０では応力腐食割れは全く確認されず、良好な耐食性が認められた。
【００７６】
よって、応力腐食割れの試験結果から、多層積層型中性子遮蔽板１０を成形することによって角筒体１２を製作すると、多層積層型中性子遮蔽板１０を構成する中性子遮蔽板１０ｘのＢ添加Ａｌ合金のＢ質量比を少なくとも約２％まで増加できるので、高度な中性子吸収効果が得られる。
【００７７】
加えて、多層積層型中性子遮蔽板１０を構成する中性子遮蔽板１０ｘの積層板１０ｙの板材として、表１の（Ａ）に示されたＳｉ質量比０．４％〜０．８％，Ｍｇ質量比０．８％〜１．２％，Ｃｒ質量比０．０４％〜０．３５％を含むＡｌ合金をクラッドさせたときも、Ｓｉ質量比０．６％，Ｍｇ質量比１．０％，Ｃｒ質量比０．２％を含むＡｌ合金をクラッドさせたときと同等の結果が得られた。
【００７８】
図１に示された多層積層型中性子遮蔽板１０によると、中性子遮蔽板１０ｘの板材であるＢ添加Ａｌ合金のＢ質量比を増大させることで、使用済核燃料の中性子吸収能力と貯蔵密度を増大できる。また、積層板１０ｙの板材をＳｉ質量比０．４％〜０．８％，Ｍｇ質量比０．８％〜１．２％，Ｃｒ質量比０．０４％〜０．３５％を含むＡｌ合金とすることで、多層積層型中性子遮蔽板１０自身の曲げ強度と腐食性との劣化を抑えることができる。
【００７９】
また、使用済核燃料貯蔵ラック１１を構成する多層積層型中性子遮蔽板１０の板材をＡｌ合金とすることで、使用済核燃料貯蔵ラック１１自身の重量を軽くできる。
【００８０】
なお、多層積層型中性子遮蔽板１０を構成する中性子遮蔽板１０ｘの板材がＢ添加Ａｌ合金のとき、積層板１０ｙの板材は、表１の（Ｂ），（Ｃ）に示されたＡｌ合金でもよい。加えて、中性子遮蔽板１０ｘの板材がＢ添加オーステナイト系ステンレス鋼のときも図１を準用できる。すなわち、中性子遮蔽板１０ｘの板材がＢ添加オーステナイト系ステンレス鋼のとき、積層板１０ｙの板材は、表１の（Ｄ）〜（Ｇ）に示されたオーステナイト系ステンレス鋼、表１の（Ｈ）に示されたハステロイＣ又は表１の（Ｉ）〜（Ｍ）に示されたＮｉ基合金でもよい。
【００８１】
表１の（Ｂ），（Ｃ）に示された積層板１０ｙの板材に含まれるＦｅ（鉄）は、高温脆性を防ぐために有効な元素であるが、質量比０．８％を超えて添加すると焼き戻し効果が減退するため、質量比０．８％を上限とした。
【００８２】
表１の（Ｂ），（Ｃ）に示された積層板１０ｙの板材に含まれるＣｕ（銅）は、機械的特性および切削性を改善するために有効な元素であるため、質量比７％を上限とした。
【００８３】
表１の（Ｂ），（Ｃ）に示された積層板１０ｙの板材に含まれるＭｎ（マンガン）は、脱酸素効果を持つ元素であるが、板材の耐食性を考慮して質量比１．５％を上限とした。
【００８４】
表１の（Ｂ），（Ｃ）に示された積層板１０ｙの板材に含まれるＺｎ（亜鉛）は、機械的特性および切削性を改善するために有効な元素であるため、質量比６．１％を上限とした。
【００８５】
表１の（Ｄ）〜（Ｉ），（Ｋ）〜（Ｍ）に示された積層板１０ｙの板材に含まれるＮｉ（ニッケル）は、組織をオーステナイトにするのに必要な元素であり、質量比約８％以上は必要であるが、高価な元素であることを考慮して質量比の範囲を設定した。
【００８６】
表１の（Ｄ），（Ｆ）〜（Ｋ），（Ｍ）に示された積層板１０ｙの板材に含まれるＭｏ（モリブデン）は、耐孔食性に有効な元素であるが、板材の脆化を考慮して質量比の範囲を設定した。
【００８７】
表１の（Ｂ）〜（Ｍ）に示された中性子遮蔽板１０ｘの板材と、積層板１０ｙの板材を利用してクラック曲げ角度試験、破断曲げ角度試験及び応力腐食割れ試験を実施すると、好適な曲げ強度と腐食性とを有する試験結果が得られた。
【００８８】
さらに、図１に示された多層積層型中性子遮蔽板１０は、一対の中性子遮蔽板１０ｘ，積層板１０ｙからなる２層積層構造としたが、２層積層構造に限らず、複数の積層板１０ｙからなる３層以上の積層構造としてもよい。多層積層型中性子遮蔽板１０が３層以上の積層構造である場合、複数の積層板のそれぞれの板材は、全て同一又は異質な板材から構成される。
【００８９】
【発明の効果】
本発明に係る多層積層型中性子遮蔽板によれば、使用済核燃料の中性子吸収能力と貯蔵密度を増大でき、かつ、曲げ強度と耐腐食性に優れた使用済核燃料貯蔵ラックの仕切面を製作できる。
【００９０】
また、使用済核燃料貯蔵ラックの重量を軽くすることによって、使用済核燃料貯蔵ラックを輸送兼保管のバスケットとして利用できると共に、使用済核燃料貯蔵ラックを大型にすることが可能となり一度に多くの燃料を貯蔵できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る多層積層型中性子遮蔽板の実施の形態を示す概略図。
【図２】使用済核燃料の燃料集合体を貯蔵する使用済核燃料貯蔵ラックを示す概略図。
【図３】中性子遮蔽板と多層積層型中性子遮蔽板とのクラック曲げ角度の試験結果を示す画像。
【図４】中性子遮蔽板の破断曲げ角度の試験結果を示すグラフ。
【図５】Ｂの添加量に対するオーステナイト相中のＣｒ減少量を示す相関図。
【符号の説明】
１０ 多層積層型中性子遮蔽板
１０ｘ 中性子遮蔽板
１０ｙ 積層板
１１ 使用済核燃料貯蔵ラック
Claims (4)
- 使用済の燃料集合体を貯蔵するための使用済核燃料貯蔵ラックを構成し、曲げ加工される多層積層型中性子遮蔽板において、
ボロン添加アルミニウム合金の板材からなる中性子遮蔽板の表面にクラッドされた積層板を有し、
前記積層板の板材が、シリコン質量比０．４％〜０．８％，マグネシウム質量比０．８％〜１．２％，クロム質量比０．０４％〜０．３５％を含むアルミニウム合金で構成されたことを特徴とする多層積層型中性子遮蔽板。 - 使用済の燃料集合体を貯蔵するための使用済核燃料貯蔵ラックを構成し、曲げ加工される多層積層型中性子遮蔽板において、
ボロン添加アルミニウム合金の板材からなる中性子遮蔽板の表面にクラッドされた積層板を有し、
前記積層板の板材が、シリコン＋鉄質量比１．０％以下，銅質量比０．２％以下，マンガン質量比０．１％以下，亜鉛質量比０．１％以下でアルミニウム質量比が９９．０％以上であるアルミニウム合金で構成されたことを特徴とする多層積層型中性子遮蔽板。 - 使用済の燃料集合体を貯蔵するための使用済核燃料貯蔵ラックを構成し、曲げ加工される多層積層型中性子遮蔽板において、
ボロン添加アルミニウム合金の板材からなる中性子遮蔽板の表面にクラッドされた積層板を有し、
前記積層板の板材が、シリコン質量比１．２％以下、鉄質量比０．７％以下，銅質量比７％以下，マンガン質量比１．５％以下，亜鉛質量比６．１％以下を含むアルミニウム合金で構成されたことを特徴とする多層積層型中性子遮蔽板。 - 使用済の燃料集合体を貯蔵するための使用済核燃料貯蔵ラックを構成し、曲げ加工される多層積層型中性子遮蔽板において、
ボロン添加オーステナイト系ステンレス鋼の板材からなる中性子遮蔽板の表面にクラッドされた積層板を有し、
前記積層板の板材が、オーステナイト系ステンレス鋼で構成され、
前記オーステナイト系ステンレス鋼は、クロム質量比１６％〜１８％，ニッケル質量比１２％〜１５％，モリブデン質量比２％〜３％を含むことを特徴とする多層積層型中性子遮蔽板。
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