JP4317627B2 - 使用済核燃料貯蔵ラック用管部材の製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は原子力発電所において、原子炉で使用済の核燃料を貯蔵する使用済核燃料貯蔵ラック用管部材の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
原子力発電所において、原子炉の反応容器に装填され、所定の反応(燃焼)を終えた使用済核燃料は、原子炉に隣接して設けられた燃料貯蔵プール内に設置された使用済燃料貯蔵ラック内に長期間貯蔵される。
【0003】
この使用済核燃料は、前記使用済燃料貯蔵ラック内において未臨界性を保つために、ラックを構成する材料は中性子吸収特性に優れた材料を用い、ラックセルの間隔は一定の間隔を保つように構成される。
【0004】
すなわち、従来の使用済燃料貯蔵ラックを構成するラック構成材料は、SUS304ステンレス鋼又はボロン添加ステンレス鋼が用いられ、ラックセルは前記素材の板を曲げ加工して角管にし、これを市松模様状に配置することにより構成されていた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
他方、電力事情は原子力発電の貢献に期待をよせざるを得ない状況にあり、使用済の燃料は増加の傾向にあるものの、同使用済燃料を再生処理、又は最終処理するにはかなりの時間を要し、燃料貯蔵プールの容積は不足の傾向にある。
【0006】
従って、燃料貯蔵プールの限られた範囲内において、燃料の収容体数を増加させるには、中性子吸収能に優れたホウ素の分量を材料中に多く含有させることにより、素材面から性能強化を図り、その分ラックセルの間隔を狭めてやればよいと考えられる。
【0007】
しかしながら、従来の溶解法により材料を製造する場合には、ホウ素の添加量は2%が限界であり、また、ホウ素の量が多量に添加されると延性が低下して曲げ加工が困難となり、特に角管部材の製造ではホウ素量1.3%が限界であること等よりして、前記ラックセルの間隔を狭めることは、容易に実現し難く、アイディアの域を出ないものである。
【0008】
しかもこの燃料貯蔵プールは、そこに入れる水分はほう酸水であることから、前記ラックセルを構成する材料は耐食性がすぐれたものであることが必要であり、ホウ素が多量添加されると耐食性が低下してくるという問題もある。
【0009】
本発明はこの様な点に鑑みてなされたものであり、中性子吸収特性に優れ、かつ、ほう酸水等の環境に対して強い性質を備えた使用済核燃料貯蔵ラック用管部材の製造方法を提供することを課題とするものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記した課題を解決すべくなされたもので、その手段として、表面と裏面で互い違いの縞模様となるように、幅方向に所定の間隔を置いて長手方向全長に亘って延びた縞状にセラミックス製ワックスを両面に塗布したステンレス箔を、上下2枚のステンレス鋼の薄板の間に介在させて拡散接合を行い、次いでこれらの全体に負圧をかけて前記ワックス塗布部分を波状に延ばして各薄板の間に空間を形成し、同空間に炭化ホウ素粉末を充填した後、同薄板を管状に曲げ加工して接合端面を溶接することにより完成した使用済核燃料貯蔵ラック用管部材の製造方法を提供するものである。
【0015】
すなわち、同手段によれば、幅方向に所定間隔をおいて長手方向全長に延びる縞状にセラミックス製ワックスを両面に塗布し、かつ、同縞が表裏で互い違いの模様となる様にしたステンレス箔を、上下2枚のステンレス鋼の薄板の間に介装して拡散接合することにより、表裏互い違いの縞模様でセラミックス製ワックスを塗布してない位置で、ステンレス箔を上又は下のステンレス鋼の薄板に互い違いに接合し、この状態で負圧をかけることにより前記セラミックス製ワックスを塗布したことにより接合していない部分を延ばして上下のステンレス鋼の薄板間に波状に変形したステンレス箔で区画される空間を形成し、同空間に炭化ホウ素粉末を充填した後これを管状に曲げ加工して接合端面を溶接することにより、簡便な工程を経て耐蝕性と中性子吸収性の両方を満たす好適な使用済核燃料貯蔵ラック用管部材の製造を図る様にしたものである。
【0016】
【発明の実施の形態】
本発明の参考例について図1及び図2に基づいて説明する。
図1は本参考例における使用済核燃料貯蔵ラック用管部材の製造される工程を(1)から(5)まで段階的に示す説明図であり、図2は完成した前記管部材を示し、(a)はその全体図、(b)は(a)の矢視A−A方向で端面の一部を示す端面図である。
【0017】
本参考例における使用済核燃料貯蔵ラック用管部材は、ステンレス鋼であるSUS304薄板の内筒2に対してボロン繊維テープ3を巻いて、その上にステンレス箔であるSUS304箔4を巻き、同ボロン繊維テープ3とSUS304箔4を交互に繰り返し巻いて積層した中間層とし、更にその最外側を前記内筒2と同じステンレス鋼であるSUS304薄板の外筒5で覆った後、拡散接合して構成されている。
【0018】
即ち、角形マンドレル1に厚さt2 =1mm厚のSUS304薄板の角形内筒2を挿入し、その表面にボロン繊維(1本が約100μm径)で平織した厚さt3 =0.2mm、50mm幅のボロン繊維テープ3をマンドレル1を回転しながら全長にわたって一様に巻き、その上に厚さt4 =0.2mmのSUS304箔4をマンドレル1を回転しながら全長にわたって巻く。
【0019】
次にこのボロン繊維テープ3とSUS304箔4を繰り返し交互に巻いて、5段に積層重ねし、最外層に厚さt5 =1mmのSUS304薄板の角形外筒5で覆う。
【0020】
このようにして成形した角管はマンドレル1を引抜いた後、内筒2から外筒5までの厚さt0 =〜4mmとした一体物として温度1000℃、圧力20MPaの真空中で1時間の拡散接合をすることにより、SUS304箔2とSUS304箔2が接合し、角管成形品6として製造される。
【0021】
なお、詳細の図示は省略しているが、前記の様にして製造された角管成形品6の両端は前記した内筒2及び外筒5と同じ材料のSUS304の板で溶接シールされ、かくして全幅W=240φ、全長L=4500mm程度の大きさで完成した角管成形品6におけるボロン量はトータル量として約5wt%である。
【0022】
以上参考例によれば、ラック用角管部材はボロン繊維テープ3を積層に巻いてあることより、2%以上のB量を十分含有している。従って、中性子吸収能に非常に優れたラック用角管部材であり、ラックセル間隔を大きく狭めることが可能となり燃料収容体数を大幅に増加させることができる。
【0023】
また、ラック用角管部材はSUS304薄板で成形した角形内筒2の表面にボロン繊維テープ2とSUS304箔4を多重巻し、最外層をSUS304薄板の外筒5で覆って成形されていることより、角管する必要はなく、曲げ時の割れの問題は生じない。
【0024】
なおまた、耐食性においては角管成形品の内外面はSUS304であり、問題ない。
【0025】
次に本発明の実施の形態について、図3乃至図7に基づいて説明する。
なお、ここで図3乃至図6は工程の進捗過程を段階的に示し、図3は(a)に下側のステンレス鋼の薄板とここに配置するステンレス箔の配列関係を斜視図で示し、(b)に(a)のC部拡大図を示し、図4上下のステンレス鋼の薄板に挟んだステンレス箔を波形に加工する工程を概略図として示し、図5に図4の加工が終了した状態を概略図として示し、図6に図5のものを管部材に曲げ加工した状態を概略図として示している。なお、図7は完成した前記管部材を示し、(a)はその全体図、(b)は(a)の矢視B−B方向で端面の一部を示す端面図である。
【0026】
本実施の形態における使用済核燃料貯蔵ラック用管部材は、内外面にステンレス鋼であるSUS304薄板11、12を用いて、その間にステンレス箔であるSUS304箔13を波状にサンドイッチし、ここに形成される空間に粉末としてボロン量を多く含んだ炭化ホウ素のB4 C粉末15を充填し、必要なシールを行ってこれを管状に曲げ加工して接合端面を溶接することにより構成されている。
【0027】
即ち、厚さt11=t12=1.5mmのSUS304薄板下側11と同上側12の間に、拡散接合防止のためのセラミック製ワックス14を塗布した部分の幅W1 =2mm、拡散接合を行うために塗布しない部分の幅W2 =1mmピッチで長手方向全長にわたってセラミック製ワックス14を両面に互い違いに塗布した厚さt13=0.2mmのSUS304箔13を置いて、その状態で図4に示すような箱型ケース18中の空間部(厚さt18=4mm)にセットし、図示省略の電気炉内にて温度1000℃、圧力20MPa、真空中で1時間の拡散接合をする。
【0028】
その時SUS304箔13のワックス14を塗布した幅W1 に相当する箇所は拡散を生じないので接合せず、ワックス14を塗布しない幅W2 に相当する箇所が拡散接合し、かつ、この幅W1 と幅W2 に相当する箇所は表裏面、すなわち上下面で互い違いとなっているので、上下互い違いに接合しない所ができる。
【0029】
次に、同様の箱型ケース18を用いて室温にて全体に約30MPaの負圧を与えることにより、SUS304箔13の拡散接合していない所は延びて、波形の形状となり空間が生じる。
【0030】
その波状の空間にB4 C粉末15を充填し、両端を溶接シールした後、角管に曲げ加工し接合端面の溶接部20を溶接することにより角管成形品16が製造され、かくして厚みt10=〜4mm、全幅W=240φ、全長L=4500mm程度の大きさで完成した角管成形品16におけるボロン量はトータル量として約5wt%である。
【0031】
以上本実施の形態によれば、ラック用角管部材はB4 C粉末15を多量に含んでいることより、2%以上のボロン量を十分に含有している。従って、中性子吸収能に非常に優れたラック用角管部材であり、ラックセル間隔を大きく狭めることが可能であり、燃料収容体数を大幅に増加させることができる。
【0032】
また、ラック用角管部材は内外表面がSUS304薄板11,12で構成されており、曲げ時の割れの問題もなく十分健全に角管することができる。また、角管成形品16の内外表面はSUS304で構成されており、耐食性についても問題ない。
【0033】
以上、本発明を図示の実施の形態について説明したが、本発明はかかる実施の形態に限定されず、本発明の範囲内でその具体的構造に種々の変更を加えてよいことはいうまでもない。
【0034】
例えば、前記実施の形態では、管部材として角管部材として四角形状のものを説明したが、この形状はここに説明したもののみに限定されず、種々のもが選択されうることは勿論である。
【0035】
また、これらの管部材が収納するものは使用済核燃料を貯蔵するものとして説明したが、発電所への燃料の運び込みと、発電量の都合との兼ね合いにより未使用のものを一時的に保管する場所として応用し得ることも勿論である。
【0036】
【発明の効果】
以上、本出願の請求項1に記載の発明によれば、表面と裏面で互い違いの縞模様となるように、幅方向に所定の間隔を置いて長手方向全長に亘って延びた縞状にセラミックス製ワックスを両面に塗布したステンレス箔を、上下2枚のステンレス鋼の薄板の間に介在させて拡散接合を行い、次いでこれらの全体に負圧をかけて前記ワックス塗布部分を波状に延ばして各薄板の間に空間を形成し、同空間に炭化ホウ素粉末を充填した後、同薄板を管状に曲げ加工して接合端面を溶接することにより完成するようにして使用済核燃料貯蔵ラック用管部材の製造方法を構成しているので、この様に、セラミックス製ワックスの選択的な塗布、拡散接合、負圧をかけることによるステンレス箔の波状変形と空間の作成、炭化ホウ素粉末の充填、管状の曲げ加工と接合端面の溶接という工程を経て耐蝕性と中性子吸収性の両方を満たす好適な使用済核燃料貯蔵ラック用管部材の製造を容易かつ適格に行うことができたものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の参考例に係る使用済核燃料貯蔵ラック用管部材の製造工程を段階的に示す説明図である。
【図2】図1の工程を経て完成した管部材を示し、(a)はその全体図、(b)は(a)の矢視A−A方向で端面の一部を示す端面図である。
【図3】 本発明の実施の形態に係る使用済核燃料貯蔵ラック用管部材の製造工程の最初の段階を示し、(a)は下側のステンレス鋼の薄板とここに配置するステンレス箔の配列関係を示す斜視図、(b)に(a)のC部拡大図である。
【図4】図3に続く段階で上下のステンレス鋼の薄板に挟んだステンレス箔を波形に加工する工程を示す概略図である。
【図5】図4の工程で加工が終了した状態を示す概略図である。
【図6】図5に続いて管部材に曲げ加工した状態を示す概略図である。
【図7】図4乃至図6を経て完成した管部材を示し、(a)はその全体図、(b)は(a)の矢視B−B方向で端面の一部を示す端面図である。
【符号の説明】
1 角形マンドレル
2 SUS304薄板内筒
3 ボロン繊維テープ
4 SUS304箔
5 SUS304薄板外筒
6 角管成形品
11 SUS304薄板下側
12 SUS304薄板上側
13 SUS304箔
14 ワックス
15 B4 C粉末
16 角管成形品
17 高温シール
18 箱型ケース
20 溶接部
Claims (1)
- 表面と裏面で互い違いの縞模様となるように、幅方向に所定の間隔を置いて長手方向全長に亘って延びた縞状にセラミックス製ワックスを両面に塗布したステンレス箔を、上下2枚のステンレス鋼の薄板の間に介在させて拡散接合を行い、次いでこれらの全体に負圧をかけて前記ワックス塗布部分を波状に延ばして各薄板の間に空間を形成し、同空間に炭化ホウ素粉末を充填した後、同薄板を管状に曲げ加工して接合端面を溶接することにより完成したことを特徴とする使用済核燃料貯蔵ラック用管部材の製造方法。
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