JP4634518B1 - 燃料集合体の衝撃吸収装置および燃料集合体収納容器 - Google Patents

燃料集合体の衝撃吸収装置および燃料集合体収納容器 Download PDF

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Abstract

【課題】容器の大型化や加重を抑えつつ、簡素な構成にて、落下事象および熱的環境事象での健全性を担保する衝撃吸収機構および圧力吸収機能を得ること。
【解決手段】燃料集合体収納容器２００内が水Ｗに浸された状態で燃料集合体収納容器２００内に収納された燃料集合体１００に与えられる衝撃を抑制する衝撃吸収装置１であって、水Ｗに浸されつつ燃料集合体１００の少なくとも一方の端部に対し配置され、密閉空間３ａを内部に有すると共に、衝撃により変形して密閉空間３ａを開放する緩衝体３を備える。燃料集合体収納容器２００が落下した場合、この落下の衝撃を緩衝体３が変形して吸収する。しかも、緩衝体３が変形して密閉空間３ａを開放することで、密閉空間３ａ内の領域が空気層Ａとなって燃料集合体収納容器２００内のボイド率が向上され、熱的環境事象において、水Ｗの膨張による内部空間２０１ａの圧力（内圧）の上昇が抑制される。
【選択図】図７

Description

本発明は、原子炉で使用される燃料集合体の輸送などの際、燃料集合体への衝撃を吸収する燃料集合体の衝撃吸収装置および燃料集合体収納容器に関する。
原子力発電所などで用いられる核燃料棒の集合体を燃料集合体という。原子炉に装荷されて所定の期間燃焼された後に原子炉から取り出された燃料集合体は、通常、原子力発電所などの冷却ピットで所定期間冷却される。その後、燃料集合体は、放射線の遮蔽機能を有する燃料集合体収納容器に収納され、車両または船舶で再処理施設に輸送され再処理される、もしくは中間貯蔵施設に輸送され、再処理を行うまで貯蔵される。
通常、燃料集合体収納容器は、上部が開口した有底の容器本体と、この容器本体内に配置されるバスケットとを有している。燃料集合体は、バスケットに対して長手方向（軸方向）に挿入された形態で容器本体内に配置される。容器本体の上部開口は、容器の用途に応じた仕様において一重の蓋や、または一次蓋，二次蓋の二重の蓋など複数の蓋を有する蓋部材によって閉塞される。
この種の燃料集合体収納容器は、国際原子力機関（ＩＡＥＡ：International Atomic Energy Agency）の安全基準、放射性物質安全輸送規則２００５年版において、事故時の輸送条件に耐える能力を有している必要がある。この事故時の輸送条件に耐える能力を実証するための試験では、落下試験として、高さ９ｍからの落下事象（落下試験Ｉ）や、高さ１ｍから直立した直径１５（±０．５）ｃｍの丸棒上への落下事象（落下試験II）が課せられている。
落下事象において、燃料集合体収納容器は、燃料集合体とバスケットとの間の径方向での隙間、および燃料集合体と蓋部材との間の軸方向の隙間を有するため、燃料集合体がバスケットや蓋部材や容器本体と衝突することで、燃料集合体に大きな衝撃荷重が作用するおそれがある。そこで、従来では、燃料集合体とバスケットとの間の径方向での隙間、および燃料集合体と蓋部材との間の軸方向の隙間に緩衝部材を配置した燃料集合体収納容器（金属密閉容器）が知られている（例えば、特許文献１参照）。
また、燃料集合体収納容器は、国際原子力機関（ＩＡＥＡ：International Atomic Energy Agency）の安全基準、放射性物質安全輸送規則２００５年版において、耐火試験として、３８℃の周囲温度で、所定の太陽放射入熱があり、また、輸送物内で放射性収納物から設計上最大の内部発熱率があるという条件の下で、熱的平衡状態になければならない、とされ、８００℃の平均温度を与える熱的環境条件に３０分間さらされる事象が課せられている。
熱的環境事象においては、燃料集合体収納容器が、燃料集合体の除熱および遮蔽のために内部に水を有する湿式容器の場合、容器の内部温度の上昇に伴う水の膨張により容器の内部圧力が上昇して内圧が高圧力になることから、蓋部材の密封性能に影響を与えるおそれがある。このため、耐火試験の条件に準じて容器内部の内圧を抑えることが望まれ、従来では、圧力変化を吸収できるように、開閉弁を有して空気が蓄えられる圧力調整箱を容器の内部に設けた燃料集合体収納容器（使用済核燃料集合体の輸送容器）が知られている（例えば、特許文献２参照）。
特許第３６００５５１号公報 特開昭５５−５７１９２号公報
落下事象および熱的環境事象での健全性を担保するには、特許文献１における緩衝部材と、特許文献２の圧力調整箱とを備える必要がある。しかし、これでは、容器の大型化および加重が懸念されると共に、圧力調整箱に開閉弁などの複雑な機構を付与しなければならない。
本発明は上述した課題を解決するものであり、容器の大型化や加重を抑えつつ、簡素な構成にて、落下事象および熱的環境事象での健全性を担保する衝撃吸収機構および圧力吸収機能を得ることのできる燃料集合体の衝撃吸収装置および燃料集合体収納容器を提供することを目的とする。
上述の目的を達成するために、本発明の燃料集合体の衝撃吸収装置では、水に浸した状態で燃料集合体を収納する密封容器を有した燃料集合体収納容器に用いられ、前記燃料集合体に与えられる衝撃を抑制する緩衝体を備える燃料集合体の衝撃吸収装置において、前記緩衝体は、密閉空間を内部に有して構成され、所定の高温を超えた条件で変形して前記密閉空間を開放する熱変形部、または所定の圧力を超えた条件で変形して前記密閉空間を開放する圧力変形部を有し、前記燃料集合体の上部ノズルの凹部の底面に沿う支持体の上面に接合されており、かつ前記支持体および前記緩衝体は、前記燃料集合体を搬送するための燃料取扱工具のフックが嵌合する態様で前記上部ノズルに設けられた嵌合部との間で、前記フックを前記嵌合部に至らせる領域を確保しつつ前記燃料集合体に配置されることを特徴とする。
この燃料集合体の衝撃吸収装置によれば、密封容器が落下した場合、この落下の衝撃を緩衝体が変形して吸収する。このため、落下事象において、燃料集合体の変形を抑制できる。しかも、衝撃により緩衝体が変形して密閉空間を開放することで、密閉空間内の領域が空気層となってボイド率が向上する。このため、熱的環境事象において、水の膨張による密封容器内の内部空間の圧力（内圧）の上昇を抑制できる。このように、落下時の衝撃を吸収する緩衝体を、圧力上昇を抑制するバッファタンクとしたことで、密封容器の大型化や加重を抑えつつ、簡素な構成にて、落下事象および熱的環境事象での健全性を担保する衝撃吸収機構および圧力吸収機能を得ることができる。さらに、この燃料集合体の衝撃吸収装置によれば、所定の高温を超えた条件で変形して密閉空間を開放することで、密封容器の内部空間のボイド率が向上するので、水の膨張による内部空間の圧力（内圧）の上昇を抑制できる。さらにまた、この燃料集合体の衝撃吸収装置によれば、所定の圧力を超えた条件で変形して密閉空間を開放することで、密封容器の内部空間のボイド率が向上するので、水の膨張による内部空間の圧力（内圧）の上昇を抑制できる。
また、本発明の燃料集合体の衝撃吸収装置では、水に浸した状態で燃料集合体を収納する密封容器を有した燃料集合体収納容器に用いられ、前記燃料集合体に与えられる衝撃を抑制する緩衝体を備える燃料集合体の衝撃吸収装置において、前記緩衝体は、密閉空間を内部に有して構成され、所定の高温を超えた条件で変形して前記密閉空間を開放する熱変形部、または所定の圧力を超えた条件で変形して前記密閉空間を開放する圧力変形部を有しており、かつ前記緩衝体は、前記燃料集合体の上部ノズルの凹部から挿入する可燃性毒物棒と前記燃料集合体の上部ノズルの上方に配置される保持部とを有する可燃性毒物棒組立体を、前記燃料集合体に配置した状態で、前記保持部の上方に配置されるカバー部から前記燃料集合体の上部ノズルの凹部に向けて延在しつつ前記保持部の側部に配置されることを特徴とする。
この燃料集合体の衝撃吸収装置によれば、密封容器が落下した場合、この落下の衝撃を緩衝体が変形して吸収する。このため、落下事象において、燃料集合体の変形を抑制できる。しかも、衝撃により緩衝体が変形して密閉空間を開放することで、密閉空間内の領域が空気層となってボイド率が向上する。このため、熱的環境事象において、水の膨張による密封容器内の内部空間の圧力（内圧）の上昇を抑制できる。このように、落下時の衝撃を吸収する緩衝体を、圧力上昇を抑制するバッファタンクとしたことで、密封容器の大型化や加重を抑えつつ、簡素な構成にて、落下事象および熱的環境事象での健全性を担保する衝撃吸収機構および圧力吸収機能を得ることができる。さらに、この燃料集合体の衝撃吸収装置によれば、所定の高温を超えた条件で変形して密閉空間を開放することで、密封容器の内部空間のボイド率が向上するので、水の膨張による内部空間の圧力（内圧）の上昇を抑制できる。さらにまた、この燃料集合体の衝撃吸収装置によれば、所定の圧力を超えた条件で変形して密閉空間を開放することで、密封容器の内部空間のボイド率が向上するので、水の膨張による内部空間の圧力（内圧）の上昇を抑制できる。
また、上述の目的を達成するために、本発明の燃料集合体収納容器では、水に浸した状態で燃料集合体を収納する密封容器をなし、かつ上記のいずれか一つに記載の衝撃吸収装置を適用したことを特徴とする。
この燃料集合体収納容器によれば、落下時の衝撃を緩衝体が変形して吸収するため、落下事象において、燃料集合体の変形を抑制できる。しかも、緩衝体が変形して密閉空間を開放することで、密閉空間内の領域が空気層となってボイド率が向上するため、熱的環境事象において、水の膨張による密封容器内の内部空間の圧力（内圧）の上昇を抑制できる。このように、落下時の衝撃を吸収する緩衝体を、圧力上昇を抑制するバッファタンクとしたことで、容器の大型化や加重を抑えつつ、簡素な構成にて、落下事象および熱的環境事象での健全性を担保する衝撃吸収機構および圧力吸収機能を得ることができる。
本発明によれば、容器の大型化や加重を抑えつつ、簡素な構成にて、落下事象および熱的環境事象での健全性を担保する衝撃吸収機構および圧力吸収機能が得られる。
図１は、燃料集合体の斜視図である。 図２は、燃料集合体収納容器の斜視図である。 図３は、水（軽水）の物性値を示す図表である。 図４は、各ボイド率に対して燃料集合体収納容器における内部空間内の水が２００℃となった場合の内部空間の内圧を評価する図表である。 図５−１は、燃料集合体収納容器が垂直落下する状態を示す図である。 図５−２は、通常時におけるノズルの形状を示す模式図である。 図５−３は、燃料集合体収納容器が垂直落下した場合におけるノズルの形状を示す模式図である。 図６は、実施の形態１に係る衝撃吸収装置の説明図である。 図７は、実施の形態１に係る衝撃吸収装置の説明図である。 図８は、衝撃吸収装置の作用の説明図である。 図９は、衝撃吸収装置を燃料集合体収納容器に取り付けた例を示す図である。 図１０−１は、緩衝体支持部材に複数の衝撃吸収装置を配置した例を示す図である。 図１０−２は、緩衝体支持部材に複数の衝撃吸収装置を配置した例を示す図である。 図１１−１は、衝撃吸収装置をバスケットに取り付けた例を示す図である。 図１１−２は、衝撃吸収装置をバスケットに取り付けた例を示す図である。 図１２−１は、実施の形態１に係る衝撃吸収装置の変形例を示す図である。 図１２−２は、実施の形態１に係る衝撃吸収装置の変形例を示す図である。 図１２−３は、実施の形態１に係る衝撃吸収装置の変形例を示す図である。 図１２−４は、実施の形態１に係る衝撃吸収装置の変形例を示す図である。 図１３は、熱変形部を示す図である。 図１４は、圧力変形部を示す図である。 図１５は、実施の形態２に係る衝撃吸収装置の斜視図である。 図１６は、図１５に示す衝撃吸収装置を燃料集合体に配置した平面図である。 図１７は、図１５に示す衝撃吸収装置を配置した燃料集合体を燃料集合体収納容器に収納した側面図である。 図１８は、図１５に示す衝撃吸収装置に弾性部を設けた側面図である。 図１９は、図１５に示す衝撃吸収装置を配置した燃料集合体を燃料集合体収納容器に収納する状態の側面図である。 図２０は、実施の形態２に係る衝撃吸収装置の変形例を示す斜視図である。 図２１は、図２０に示す衝撃吸収装置を燃料集合体に配置した側面図である。 図２２は、図２０に示す衝撃吸収装置を燃料集合体に配置した平面図である。 図２３は、図２０に示す衝撃吸収装置を配置した燃料集合体を燃料集合体収納容器に収納した側面図である。 図２４は、図２０に示す衝撃吸収装置に弾性部を設けた側面図である。 図２５は、図２０に示す衝撃吸収装置を配置した燃料集合体を燃料集合体収納容器に収納する状態の側面図である。 図２６は、可燃性毒物棒組立体の斜視図である。 図２７は、燃料集合体に可燃性毒物棒組立体を配置した平面図である。 図２８は、燃料集合体に可燃性毒物棒組立体を配置した側面図である。 図２９は、実施の形態３に係る衝撃吸収装置の斜視図である。 図３０は、図２９に示す衝撃吸収装置を燃料集合体に配置した平面図である。 図３１は、図２９に示す衝撃吸収装置を燃料集合体に配置した側面図である。 図３２は、衝撃吸収装置を設置するための取扱工具を示す側面図である。 図３３は、緩衝体の側面図である。 図３４は、緩衝体の側面図である。 図３５は、実施の形態３に係る衝撃吸収装置の変形例を示す斜視図である。 図３６は、図３５に示す衝撃吸収装置を燃料集合体に配置した平面図である。 図３７は、図３５に示す衝撃吸収装置を燃料集合体に配置した側面図である。
以下に、本発明に係る実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。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、下記実施の形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
なお、以下に説明する燃料集合体の衝撃吸収装置は、加圧水型原子力プラント（ＰＷＲ：Pressurized Water Reactor）に対して好適に用いられるが、沸騰水型原子力プラント（ＢＷＲ：Boiling Water Reactor）などの原子力プラント全般への適用を除外するものではない。また、以下に説明する燃料集合体収納容器は、特に燃料集合体の輸送時において好適であるが、貯蔵時の適用が排除されるものではない。さらに、燃料集合体収納容器は、原子炉から取り出された燃料集合体の輸送のみならず、新しく製造されて原子炉に装荷される燃料集合体の輸送に適用してもよい。
図１に示すように、燃料集合体１００は、長手状に形成された複数の燃料棒１０１を、複数の支持格子１０２で束ねて構成されている。燃料棒１０１の両方の端部には、それぞれノズル１０３が配置されている。このノズル１０３が燃料集合体１００の端部となる。また、燃料集合体１００は、燃料棒１０１と平行に配置され、各ノズル１０３に連結されつつノズル１０３の外部に開口する管状の案内管１０４が設けられている（図１７参照）。
図２に示すように、燃料集合体収納容器２００は、主に原子炉から取り出した燃料集合体１００を複数収納し、この燃料集合体１００の輸送および貯蔵に用いられるものである。燃料集合体収納容器２００は、上部が開口された有底の容器本体２０１と、容器本体２０１の外側に取り付けられる中性子遮蔽体２０２と、容器本体２０１の開口を閉塞する蓋部材２０３とを備えている。
容器本体２０１は、筒状の胴部と、胴部の下端に設けられる底部とで構成されており、胴部と底部とで形成される内部空間（キャビティともいう）２０１ａが、燃料集合体１００を収納する領域となる。内部空間２０１ａには、バスケット２０４が配置される。バスケット２０４は、格子状に区画された複数のセル２０４ａを有する。セル２０４ａは、例えば、断面外形および断面内形が矩形状（略正方形状）の角パイプ２０４１が、束に複数組み合わせて構成されたもので、角パイプ２０４１の中空の内部がセル２０４ａとなる。そして、バスケット２０４は、内部空間２０１ａに配置されると共に、各セル２０４ａの内部に個々の燃料集合体１００を格納する。
容器本体２０１は、内部空間２０１ａへ収納した燃料集合体１００からのγ線を遮蔽する機能を有する。また、中性子遮蔽体２０２は、中性子を遮蔽するための中性子遮蔽物が内部に設けられている。また、容器本体２０１の内部空間２０１ａには、容器本体２０１の内周壁とバスケット２０４との間に介在するスペーサ２０５が配置されている。スペーサ２０５は、バスケット２０４に格納された燃料集合体１００からの崩壊熱を容器本体２０１へ伝える。この崩壊熱は、容器本体２０１および中性子遮蔽体２０２を介して大気中へ放出される。
蓋部材２０３は、一次蓋２０３ａと二次蓋２０３ｂとを有している。一次蓋２０３ａは、容器本体２０１の内部空間２０１ａに配置されたバスケット２０４に燃料集合体１００を格納した後、容器本体２０１の上部の開口部２０１ｂに取り付けられるものである。二次蓋２０３ｂは、一次蓋２０３ａの外側を覆うように容器本体２０１の開口部２０１ｂに取り付けられるものである。そして、蓋部材２０３は、一次蓋２０３ａおよび二次蓋２０３ｂにより、容器本体２０１の内部空間２０１ａを密封する。すなわち、燃料集合体収納容器２００は、密封容器として構成されている。なお、図には明示しないが、蓋部材２０３は、仕様により、二次蓋２０３ｂの外側を覆う三次蓋を有することもある。
なお、燃料集合体収納容器２００に収納された燃料集合体１００は、その上端のノズル１０３が、蓋部材２０３である一次蓋２０３ａの内壁面に向く上部ノズル１０３Ａをなし、下端のノズル１０３が、容器本体２０１の底部（内部空間２０１ａにおける底面）に向く下部ノズル１０３Ｂをなす。
この燃料集合体収納容器２００は、収納された燃料集合体１００の除熱および遮蔽のため、内部空間２０１ａにて燃料集合体１００を水Ｗ（図７および図８参照）に浸す湿式容器として構成されている。この湿式容器の場合、熱的環境事象において、内部空間２０１ａの温度上昇に伴い、水Ｗの膨張により内部空間２０１ａの圧力（内圧）が上昇して高圧力になる。そこで、内部空間２０１ａ内の水Ｗを、あらかじめ水Ｗの膨張による圧力上昇を考慮したある設定量を抜いて空気層Ａ（図７および図８参照）を形成することで、内部空間２０１ａの圧力（内圧）の上昇を抑制する。
ここで、熱解析の結果、３８℃の周囲温度で、所定の太陽放射入熱があり、また、輸送物内で放射性収納物から設計上最大の内部発熱率があるという一般試験条件の下で、湿式の燃料集合体収納容器２００に最大内圧を生じる崩壊熱量は５４ｋＷであった。このときの内部空間２０１ａの圧力の計算を以下に示す。なお、水の相変化および化学的分解は起こらないので考慮しない。また、放射線分解により発生する気体による圧力上昇は小さいため無視する。また、燃料棒１０１は、特別な試験条件下において破損しないため、燃料棒１０１の破損による圧力上昇は生じないこととする。
まず、燃料集合体１００を収納した内部空間２０１ａの空間容積Ｖｃ［ｍ３］は、内部空間２０１ａの全空間容積Ｖ［ｍ３］、燃料集合体１００の体積Ｖｆ［ｍ３］との関係により、次式（１）であらわされる。なお、Ｖｃ、ＶおよびＶｆは、燃料集合体収納容器２００へ注水時の初期温度２０［℃］（２９３［Ｋ］）とした各体積を示している。
Ｖｃ＝Ｖ−Ｖｆ・・・（１）
つぎに、内部空間２０１ａ内の水を一部抜いた後の空気体積Ｖａ［ｍ３］は、水抜き後の内部空間２０１ａ内の水体積Ｖｗ［ｍ３］との関係により、次式（２）であらわされる。なお、ＶａおよびＶｗは、Ｖｃ、ＶおよびＶｆと同じく初期温度２０［℃］（２９３［Ｋ］）とした各体積を示している。
Ｖａ＝Ｖｃ−Ｖｗ・・・（２）
つぎに、一般試験条件下における内部空間２０１ａ内の水温（平均温度）をｔ１［℃］とし、２０［℃］（２９３［Ｋ］）での水の密度をρ２０［ｋｇ／ｍ３］（図３参照）、ｔ１［℃］での水の密度をρｔ１［ｋｇ／ｍ３］（図３参照）としたときのｔ１［℃］での内部空間２０１ａ内の水体積Ｖｗｔ１［ｍ３］は、次式（３）であらわされる。
Ｖｗｔ１＝Ｖｗ×ρ２０／ρｔ１・・・（３）
これにより、ｔ１［℃］での内部空間２０１ａ内の空気体積Ｖａｔ１［ｍ３］は、次式（４）であらわされる。
Ｖａｔ１＝Ｖｃ−Ｖｗｔ１・・・（４）
また、初期圧力（大気圧（絶対圧）０．１０１３［ＭＰａ］）をＰ０［ＭＰａ］、初期温度Ｔ２０（２９３［Ｋ］）、Ｔｔ１＝ｔ１＋２７３［Ｋ］としたとき、ｔ１［℃］での空気圧力（絶対圧）Ｐ１［ＭＰａ］は、次式（５）であらわされる。
Ｐ１＝Ｐ０×Ｖａ／Ｖａｔ１×Ｔｔ１／Ｔ２０・・・（５）
また、ｔ１［℃］での飽和蒸気圧（絶対圧）をＰｓ［ＭＰａ］（図３参照）としたときの内部空間２０１ａの圧力（絶対圧）Ｐ［ＭＰａ］は、次式（６）であらわされる。
Ｐ＝Ｐ１＋Ｐｓ・・・（６）
そして、上記式（１）〜（６）により、内部空間２０１ａ内の水温ｔ１が２００［℃］となった場合において、空間容積Ｖｃに対する内部空間２０１ａ内の空気体積の比である各ボイド率α（０．１３，０．１４，０．１５，０．１６，０．１８，０．２０）での、内部空間２０１ａの圧力（絶対圧）Ｐ［ＭＰａ］の評価を図４に示す。この図４において、内部空間２０１ａ内の水を一部抜いた後の空気体積Ｖａ［ｍ３］は、次式（７）であらわされ、水抜き後の内部空間２０１ａ内の水体積Ｖｗ［ｍ３］は、次式（８）であらわされる。
Ｖａ＝Ｖｃ×α・・・（７）
Ｖｗ＝Ｖｃ×（１−α）・・・（８）
すなわち、全空間体積Ｖを５［ｍ３］とし燃料集合体１００の体積Ｖｆを１［ｍ３］と設定した場合の評価において、ボイド率αが０．１３の場合は、内部空間２０１ａの圧力（ゲージ圧）Ｐ＝−３．６８３となり、膨張した水が内部空間２０１ａの体積を超えているため、蓋部材２０３の密封性能に影響を与えるおそれがあり好ましくない。また、ボイド率αが０．１４の場合は、初期圧力Ｐ０＝０．１０１３に対して内部空間２０１ａの圧力（ゲージ圧）Ｐ＝４．５４６となり、圧力が上がりすぎるため、蓋部材２０３の密封性能に影響を与えるおそれがあり好ましくない。一方、ボイド率αを上げすぎると、水体積Ｖｗが減ってしまい、燃料集合体１００の除熱および遮蔽の効果が低下することになる。そこで、燃料集合体１００を水Ｗ（図７および図８参照）に浸すと共に、水Ｗが膨張した際の圧力上昇を抑えるには、前記設定においては、ボイド率αを０．１５〜０．２０の範囲となるように燃料集合体収納容器２００の内部空間２０１ａ内から水Ｗを抜いて空気層Ａ（図７および図８参照）を設けることが好ましい。ただし、収納する燃料集合体１００の仕様、および密封容器としての燃料集合体収納容器２００の設計により、各体積値や温度条件は変わるため、適正のボイド率を適時設定する必要がある。
ところで、図５−１に示すように、燃料集合体収納容器２００が、容器本体２０１の底部または蓋部材２０３を鉛直下方向（図５−１に矢印Ｇで示す方向）に向けて地面ＧＬに落下する形態を、垂直落下という。垂直落下の場合、燃料集合体１００の長手方向と略平行な方向（図１の矢印ｇで示す方向）の衝撃荷重が燃料集合体１００に作用する。
落下する以前のノズル１０３は、図５−２に示すように、変形のない状態となる。ノズル１０３は、平面視が略正方形であり、４個の角部にそれぞれ設けられた複数本の脚部（具体的には４本）１０３１で燃料集合体１００を支持する構成である。従って、４本の脚部で囲まれる部分には、凹部１０３２が形成される。
このため、燃料集合体収納容器２００が垂直落下して、燃料集合体１００の長手方向と略平行な方向の衝撃力が燃料集合体１００に作用した場合、図５−３に示すように、下方に向くノズル１０３は、中央部が落下方向に撓むおそれがある。ノズル１０３が撓むと、これに追従する形で図１に示す燃料棒１０１が変形するおそれがある。このため、本実施の形態では、燃料集合体の衝撃吸収装置（以下衝撃吸収装置という）をノズル１０３に取り付けて、ノズル１０３の撓み（変形）を抑制するとともに、落下により発生して燃料集合体１００に作用する衝撃力を低減する。
［実施の形態１］
実施の形態１の衝撃吸収装置１は、図６に示すように、ノズル支持体２と、緩衝体３とを含んで構成される。ノズル支持体２は、ノズル１０３の凹部１０３２に取り付けられる。緩衝体３は、燃料集合体１００の長手方向外側でノズル支持体２と組み合わされている。そして、緩衝体３は、中空とされた密閉空間３ａを内部に有しており、変形に際して密閉空間３ａを開放するように構成されている。なお、密閉空間３ａ内は、大気圧同等または真空としておく。また、緩衝体３は、燃料集合体１００を構成する燃料棒１０１の長手方向における剛性が、ノズル支持体２以下であることが好ましい。ここでいう剛性は、ノズル支持体２および緩衝体３を含む衝撃吸収装置１全体としての圧縮剛性である。すなわち、ノズル支持体２および緩衝体３が、燃料棒１０１の長手方向と平行な圧縮力を受けた場合、同じ圧縮力であれば、緩衝体３は、ノズル支持体２と同等、またはノズル支持体２よりも大きく変形する。
このような構成により、衝撃吸収装置１は、ノズル支持体２でノズル１０３を支持して、落下による衝撃力に起因するノズル１０３の撓みを抑制する。また、燃料集合体１００に作用する衝撃力は、緩衝体３によって吸収する。これによって、落下に起因するノズル１０３の変形を抑制できるので、当該変形に起因する燃料棒１０１の変形が抑制される。また、緩衝体３によって、燃料集合体１００に作用する衝撃力が緩和される。この結果、燃料集合体１００の変形がより低減されるので、安全性が向上する。
しかも、衝撃吸収装置１は、緩衝体３が中空とされた密閉空間３ａを内部に有し、燃料集合体１００に作用する衝撃力を緩衝体３により吸収する際、衝撃により緩衝体３が変形して密閉空間３ａを開放する。具体的には、図７に示すように、燃料集合体収納容器２００の内部空間２０１ａでは、除熱および遮蔽のための水Ｗにより燃料集合体１００が浸されている。さらに、内部空間２０１ａでは、温度上昇に伴う水Ｗの膨張により内部空間２０１ａの圧力（内圧）が上昇する事態を抑制するための空気層Ａが設けられている。そして、図８に示すように、例えば、燃料集合体収納容器２００が、容器本体２０１の底部を鉛直下方向（矢印Ｇで示す方向）に向けて地面ＧＬに垂直落下した場合、この落下の衝撃により緩衝体３が変形して密閉空間３ａを開放することで、密閉空間３ａ内の領域が、空気層Ａに含まれ、空気層Ａの体積が増してボイド率が向上することになる。この結果、熱的環境事象において、水Ｗの膨張による内部空間２０１ａの圧力（内圧）の上昇がさらに抑制されるので、安全性が向上する。しかも、密閉空間３ａを有する緩衝体３を備えることで、熱的環境事象になる以前では、水Ｗにより燃料集合体１００を浸す体積を多くしてボイド率を抑えておくことが可能であることから、燃料集合体１００の除熱および遮蔽の効率が良くなるので、安全性が向上する。
なお、燃料集合体１００の両端のノズル１０３であって、上部ノズル１０３Ａおよび下部ノズル１０３Ｂの両方に、衝撃吸収装置１が設けられていれば、燃料集合体収納容器２００の落下時に、容器本体２０１の底部を鉛直下方向に向けて垂直落下した場合、または蓋部材２０３を鉛直下方向に向けて垂直落下した場合であっても、下部ノズル１０３Ｂまたは上部ノズル１０３Ａに設けられた何れかの衝撃吸収装置１の緩衝体３により、燃料集合体１００に作用する衝撃力を緩和でき、かつ密閉空間３ａの開放に伴う空気層Ａの体積増加による内部空間２０１ａの圧力（内圧）の上昇抑制効果を顕著に得ることが可能である。
また、燃料集合体１００の両端のノズル１０３であって、上部ノズル１０３Ａおよび下部ノズル１０３Ｂの両方に、衝撃吸収装置１が設けられていれば、燃料集合体収納容器２００に収納された燃料集合体１００の長手方向において、燃料集合体収納容器２００とのクリアランスを小さくできる。このため、燃料集合体１００の長手方向への動きが抑制されるので、落下時に燃料集合体収納容器２００が接地した場合、燃料集合体１００が地面に向かう動きを抑制できる。この結果、燃料集合体１００に作用する衝撃力をより緩和できる。
また、燃料集合体収納容器２００が、蓋部材２０３を鉛直下方向に向けて落下した場合、上部ノズル１０３Ａから一次蓋２０３ａへ落下の衝撃力が伝達される。本実施の形態では、上部ノズル１０３Ａに衝撃吸収装置１を設けるので、上部ノズル１０３Ａから伝達される衝撃力を衝撃吸収装置１によって緩和して、一次蓋２０３ａの密封を維持できる。上部ノズル１０３Ａから一次蓋２０３ａへ伝達される衝撃力をより緩和する観点において、上部ノズル１０３Ａに設けられる衝撃吸収装置１の緩衝体３は、下部ノズル１０３Ｂに設けられる緩衝体３と比較して、より大きい衝撃エネルギを吸収できることが好ましい。
また、空気層Ａを設けた容器本体２０１の内部空間２０１ａ内では、蓋部材２０３側を上方とした形態において、燃料集合体１００の蓋部材２０３側である上部ノズル１０３Ａに設けられた衝撃吸収装置１は、水Ｗに浸されていないことになる。そして、水Ｗに浸されていない衝撃吸収装置１における緩衝体３の密閉空間３ａは、空気層Ａの体積を減少させるものである。さらに、燃料集合体収納容器２００の垂直落下事象では、容器本体２０１の底部を鉛直下方向に向けた場合、または蓋部材２０３を鉛直下方向に向けた場合の何れかであり、通常、容器本体２０１の底部を鉛直下方向に向けた落下が多い。従って、燃料集合体１００の少なくとも一方の端部のノズル１０３であって、水Ｗに浸されると共に、落下時に鉛直下方向に向く容器本体２０１の底部側である下部ノズル１０３Ｂに、本実施の形態の衝撃吸収装置１を設け、蓋部材２０３側である上部ノズル１０３Ａには、ノズル支持体２と、密閉空間３ａを有さない緩衝体とを備える衝撃吸収装置を設けるようにしてもよい。
ところで、衝撃吸収装置１を構成するノズル支持体２は、ノズル１０３の脚部１０３１と干渉しないように設けることが好ましい。また、ノズル支持体２は、垂直落下による荷重が入力される方向（ノズル支持体２の上下面と直交する方向）における圧縮剛性が、できる限り高いことが好ましい。このため、ノズル支持体２は、圧縮に強い材料を用いたり、圧縮に強い構造としたり、両者を組み合わせたりして構成される。ノズル支持体２は、例えば、ステンレス鋼、鉄、アルミニウム、アルミニウム合金、鉛、コンクリートなどが用いられる。これらの材料を用いる場合、ノズル支持体２は、中実とすることが好ましい。これによって、ノズル支持体２は、より高い圧縮剛性を確保できる。また、ノズル支持体２に鉄、ボロン（Ｂ１０）を含有したアルミニウム合金やステンレス鋼、鉛、コンクリートのように放射線の遮蔽機能を有する材料を用いれば、燃料集合体１００から放出されるγ線や中性子を遮蔽できるので、より好ましい。また、図には明示しないが、ノズル支持体２は、角盤状や円盤状などに形成されていてもよいし、平面視が十字形状に形成されていてもよい。また、図には明示しないが、ノズル支持体２は、上下の平板間に平面視が十字形状のリブを挟持したものであってもよく、このような構造で圧縮剛性を向上させることで、ノズル支持体２を構成する材料が少なくて済むため、材料コストの低減および軽量化を図ることができる。
衝撃吸収装置１を構成する緩衝体３は、ノズル１０３の形状に合わせて平面視が四角形（正方形）の形状とすることが、ノズル１０３から伝達される衝撃力を緩和する観点において好ましいが、例えば、平面視が円形状など四角形に限定されるものではない。また、緩衝体３の形態は、密閉空間３ａを備えれば、ハニカム構造、積層構造、発泡体などで形成されるものであってもよく、複数を組み合わせることも可能である。また、緩衝体３は、密閉空間３ａを備えれば、例えば、樹脂、木材、金属から一つを用いるか、あるいはこれらのうち少なくとも二つを組み合わせて構成できる。
また、衝撃吸収装置１は、ノズル１０３に限らず、燃料集合体収納容器２００に取り付けてもよい。図９に示す例では、ノズル支持体２を省略した緩衝体３が燃料集合体収納容器２００における容器本体２０１の底部や蓋部材２０３（一次蓋２０３ａ）に配置されている。容器本体２０１の底部に衝撃吸収装置１を配置する場合、図２に示すバスケット２０４を容器本体２０１の内部空間２０１ａに配置する前に、予め容器本体２０１の底部へ衝撃吸収装置１を敷設しておく。衝撃吸収装置１を配置する位置は、バスケット２０４を構成するセル２０４ａの位置に合わせる。これによって、燃料集合体１００をバスケット２０４に装荷するだけで、衝撃吸収装置１を燃料集合体１００の下部ノズル１０３Ｂに組み合わせることができる。蓋部材２０３に衝撃吸収装置１を配置する場合、衝撃吸収装置１を配置する位置は、バスケット２０４を構成するセル２０４ａの位置に合わせる。これによって、燃料集合体１００をバスケット２０４に装荷した後、一次蓋２０３ａを容器本体２０１に取り付けるだけで、衝撃吸収装置１を燃料集合体１００の上部ノズル１０３Ａに組み合わせることができる。なお、ノズル支持体２を、緩衝体３とは別に燃料集合体１００のノズル１０３に取り付けてもよい。
また、図１０−１および図１０−２では、容器本体２０１の内部空間２０１ａに配置できる緩衝体支持部材４に、ノズル支持体２を図示省略した緩衝体３が取り付けられている。緩衝体支持部材４は、図１０−１に示すように、円筒状の容器本体２０１に合わせて円盤状に形成されている。そして、この緩衝体支持部材４を、燃料集合体収納容器２００における容器本体２０１の底部に配置したり、一次蓋２０３ａに取り付けたりする。このようにすれば、複数の衝撃吸収装置１をまとめて取り扱えるので、燃料集合体収納容器２００への衝撃吸収装置１の設置作業が容易になる。なお、ノズル支持体２を、緩衝体３とは別に燃料集合体１００のノズル１０３に取り付けてもよい。
また、図１１−１および図１１−２では、衝撃吸収装置１が、図１に示すバスケット２０４に取り付けられている。より具体的には、バスケット２０４のセル２０４ａを構成する角パイプ２０４１における燃料集合体収納容器２００の底部側の端部に、衝撃吸収装置１を取り付ける。この場合、緩衝体３と角パイプ２０４１とが連結部材５１を介して連結されることにより、衝撃吸収装置１が角パイプ２０４１に取り付けられる。連結部材５１は、緩衝体３と角パイプ２０４１とに対し、ボルトや溶接などによって結合される。図１１−１に示す構成では、角パイプ２０４１の外周に緩衝体３が張り出すが、角パイプ２０４１同士の距離をある程度必要とする場合には、張り出した部分をスペーサとして利用できるので、バスケット２０４の組み立てが容易になる。角パイプ２０４１同士の距離がある程度必要な場合としては、例えば、中性子遮蔽体や、中性子を遮蔽する構造体などを配置する場合がある。
図１１−２に示す構成は、角パイプ２０４１における燃料集合体収納容器２００の底部側の端部に、衝撃吸収装置１を取り付ける点では、図１１−１に示す構成と同様であるが、衝撃吸収装置１の緩衝体３の外形形状および寸法を、角パイプ２０４１の外形形状および寸法と略同一、好ましくは同一とするか、あるいは緩衝体３の方を小さくする。緩衝体３と角パイプ２０４１とは、連結部材５２を介して連結されて衝撃吸収装置１が角パイプ２０４１に取り付けられる。この図１１−２に示す構成では、緩衝体３が角パイプ２０４１の外周に張り出さないので、角パイプ２０４１同士の距離を接近させたい場合に有利である。
このように、燃料集合体１００を収納するバスケット２０４に衝撃吸収装置１を取り付けることにより、バスケット２０４に燃料集合体１００を装荷するだけで、衝撃吸収装置１を燃料集合体１００の下部ノズル１０３Ｂに組み合わせることができる。これによって、燃料集合体１００をバスケット２０４に装荷する前に燃料集合体１００の下部ノズル１０３Ｂへ衝撃吸収装置１を取り付ける必要はないので、作業形態によっては、燃料集合体１００をバスケット２０４に装荷する作業が容易になる。
また、図１２−１〜図１２−４に示す構成は、衝撃吸収装置１の変形例を示す。ノズル１０３と衝撃吸収装置１との接合時の取り合いは、実際にはノズル１０３の脚部１０３１が緩衝体３と接触するように設計することが考えられる。この状態で燃料集合体収納容器２００が落下した場合、緩衝体３の材料特性が弾性体の変形挙動を示すと、緩衝体３の変形が緩衝体３の全範囲において一様となり、ノズル１０３とノズル支持体２とが接触せず、ノズル１０３の変形を十分には抑制できないおそれがある。
そこで、図１２−１〜図１２−４に示すように、緩衝体３の形態を変更したり、材料に工夫をしたりすることで、衝撃エネルギの吸収、および緩衝体３の変形が最適となるようにする。図１２−１に示す衝撃吸収装置１は、緩衝体３を、第一緩衝体３Ａと第二緩衝体３Ｂとで構成する。この場合、第一緩衝体３Ａに凹部を形成し、前記凹部内に第二緩衝体３Ｂを配置する。そして、第一緩衝体３Ａとノズル１０３（下部ノズル１０３Ｂまたは上部ノズル１０３Ａ）とを接触させ、第二緩衝体３Ｂとノズル支持体２とを接触させる。これによって、ノズル１０３の脚部１０３１と接触する第一緩衝体３Ａの変形と、ノズル支持体２と接触する第二緩衝体３Ｂの変形とのタイミングを異ならせる。すなわち、ノズル１０３とノズル支持体２との隙間が埋まるまで脚部１０３１と接触する第一緩衝体３Ａが変形し、前記隙間が埋まるタイミングで、緩衝体３、すなわち第一緩衝体３Ａおよび第二緩衝体３Ｂの両方が変形を開始する。
図１２−２に示す衝撃吸収装置１は、図１２−１に示す衝撃吸収装置１と略同様の構成であり、緩衝体３を、第一緩衝体３Ｃと第二緩衝体３Ｄとで構成する。この場合、第一緩衝体３Ｃにおける凹部の側壁と第二緩衝体３Ｄの側壁との間に隙間を設ける。このような構成により、ノズル１０３（下部ノズル１０３Ｂまたは上部ノズル１０３Ａ）の脚部１０３１と接触する第一緩衝体３Ｃの変形と、ノズル支持体２と接触する第二緩衝体３Ｄの変形とのタイミングを異ならせる。すなわち、ノズル１０３とノズル支持体２との隙間が埋まるまで脚部１０３１と接触する第一緩衝体３Ｃが変形し、前記隙間が埋まるタイミングで、緩衝体３、すなわち第一緩衝体３Ｃおよび第二緩衝体３Ｄの両方が変形を開始する。
図１２−３に示す衝撃吸収装置１は、緩衝体３を、第一緩衝体３Ｅと第二緩衝体３Ｆとで構成する。この場合、第一緩衝体３Ｅの圧縮方向における剛性を第二緩衝体３Ｆの圧縮方向における剛性よりも低くするとともに、第一緩衝体３Ｅとノズル１０３（下部ノズル１０３Ｂまたは上部ノズル１０３Ａ）の脚部１０３１とを接触させ、第二緩衝体３Ｆとノズル支持体２とを接触させる。このとき、第二緩衝体３Ｆに凸部を形成してノズル支持体２と接触させ、前記凸部の周囲に第一緩衝体３Ｅを配置してノズル１０３の脚部１０３１と接触させる。これによって、ノズル１０３の脚部１０３１と接触する第一緩衝体３Ｅの変形と、ノズル支持体２と接触する第二緩衝体３Ｆの変形とのタイミングを異ならせる。すなわち、ノズル１０３とノズル支持体２との隙間が埋まるまで脚部１０３１と接触する第一緩衝体３Ｅが変形し、前記隙間が埋まるタイミングで、緩衝体３、すなわち第一緩衝体３Ｅおよび第二緩衝体３Ｆの両方が変形を開始する。
なお、ノズル支持体２と緩衝体３との接触面を平面で構成すると、ノズル１０３の脚部１０３１と接する緩衝体３への荷重分布と、ノズル支持体２と接する緩衝体３への荷重分布とに変化が生ずるので、緩衝能力は維持できてもノズル１０３の変形抑制能力が十分に発揮できないおそれがある。そこで、図１２−４に示す衝撃吸収装置１のように、緩衝体３の厚みを最適化する、またはノズル１０３（下部ノズル１０３Ｂまたは上部ノズル１０３Ａ）の脚部１０３１に接する緩衝体３の部分と、ノズル支持体２と接する緩衝体３の部分との間で緩衝能力を最適化（例えば、両者を異なる材料とする等）することで、緩衝能力とノズル１０３の変形を抑制する能力とをバランスさせる。
ところで、図１３に示す構成は、緩衝体３に熱変形部６が設けられている。熱変形部６は、緩衝体３の壁の一部を形成する。この熱変形部６は、緩衝体３の壁を塞いで密閉空間３ａを閉塞しており、所定の高温を超えた条件で変形して密閉空間３ａを開放する。すなわち、熱変形部６は、燃料集合体収納容器２００における内部空間２０１ａ内の水Ｗが膨張して内部空間２０１ａの圧力（内圧）が上昇するような温度条件に至った場合、その熱によって変形して密閉空間３ａを開放する材質で形成されている。このように、緩衝体３に熱変形部６を備えた衝撃吸収装置１によれば、燃料集合体１００に作用する衝撃力を緩衝体３の変形によって吸収して密閉空間３ａを開放するとき以外に、所定の高温を超えた条件で変形して密閉空間３ａを開放することで、燃料集合体収納容器２００の内部空間２０１ａに設けられた空気層Ａの体積を増加させるので、水Ｗの膨張による内部空間２０１ａの圧力（内圧）の上昇を抑制できる。
また、図１４に示す構成は、緩衝体３に圧力変形部７が設けられている。圧力変形部７は、緩衝体３の壁の一部を形成する。この圧力変形部７は、緩衝体３の壁を塞いで密閉空間３ａを閉塞しており、所定の圧力を超えた条件で変形して密閉空間３ａを開放する。すなわち、圧力変形部７は、燃料集合体収納容器２００における内部空間２０１ａ内の水Ｗが膨張して内部空間２０１ａの圧力（内圧）が上昇するような条件に至った場合、その圧力によって変形して密閉空間３ａを開放する材質で形成されている。このように、緩衝体３に圧力変形部７を備えた衝撃吸収装置１によれば、燃料集合体１００に作用する衝撃力を緩衝体３の変形によって吸収して密閉空間３ａを開放するとき以外に、所定の圧力を超えた条件で変形して密閉空間３ａを開放することで、燃料集合体収納容器２００の内部空間２０１ａに設けられた空気層Ａの体積を増加させるので、水Ｗの膨張による内部空間２０１ａの圧力（内圧）の上昇を抑制できる。
以上、実施の形態１の衝撃吸収装置１によれば、燃料集合体収納容器２００の密封容器内が水Ｗに浸された状態で密封容器内に収納された燃料集合体１００に与えられる衝撃を抑制する燃料集合体１００の衝撃吸収装置１であって、水Ｗに浸されつつ燃料集合体１００の少なくとも一方の端部に対し配置され、密閉空間３ａを内部に有すると共に、衝撃により変形して密閉空間３ａを開放する緩衝体３を備える。これにより、燃料集合体収納容器２００が垂直落下した場合、この落下の衝撃を緩衝体３が変形して吸収する。このため、落下事象において、燃料集合体１００の変形が抑制され、安全性が向上する。しかも、燃料集合体収納容器２００の落下の衝撃により緩衝体３が変形して密閉空間３ａを開放することで、密閉空間３ａ内の領域が空気層Ａとなってボイド率が向上する。このため、熱的環境事象において、水Ｗの膨張による内部空間２０１ａの圧力（内圧）の上昇が抑制され、安全性が向上する。このように、落下時の衝撃を吸収する緩衝体３を、圧力上昇を抑制するバッファタンクとしたことで、密封容器としての燃料集合体収納容器２００の大型化や加重を抑えつつ、簡素な構成にて、落下事象および熱的環境事象での健全性を担保する衝撃吸収機構および圧力吸収機能を得ることが可能になる。
また、実施の形態１の燃料集合体収納容器２００によれば、水Ｗに浸した状態で燃料集合体１００を収納する密封容器をなし、上記衝撃吸収装置１を適用したことにより、容器の大型化や加重を抑えつつ、簡素な構成にて、落下事象および熱的環境事象での健全性を担保する衝撃吸収機構および圧力吸収機能を得ることが可能になる。
［実施の形態２］
実施の形態２の衝撃吸収装置１１は、図１５〜図１７に示すように、燃料集合体１００の上部ノズル１０３Ａに設置されるもので、ノズル支持体１２と、緩衝体１３とを備えている。
ノズル支持体１２は、上部ノズル１０３Ａの凹部１０３ｂ内に配置されるもので、嵌合部１０３ｃの位置を避け、上部ノズル１０３Ａの嵌合部１０３ｃとの間に所定の領域を確保するように嵌合部１０３ｃの下方位置に設けられると共に、上部ノズル１０３Ａにおいて燃料集合体１００の上面となる凹部１０３ｂの底面に沿って配置される板状に形成されている。このノズル支持体１２は、例えば、ステンレス鋼、鉄、アルミニウム、アルミニウム合金、鉛、コンクリートなどで構成されている。なお、図には明示しないが、ノズル支持体１２は、冷却水を流通させるため上下に貫通する貫通孔を有する構造でもよい。
緩衝体１３は、ノズル支持体１２の上面に接合されたもので、衝撃吸収装置１１が燃料集合体１００に配置された状態で、ノズル支持体１２と共に、上部ノズル１０３Ａの嵌合部１０３ｃとの間に所定の領域を確保するように燃料集合体１００の上下方向の中心軸Ｓ上で中心軸Ｓに沿って配置されるものである。緩衝体１３は、中空とされた密閉空間１３ａを内部に有しており、変形に際して密閉空間１３ａを開放するように構成されている。なお、密閉空間１３ａ内は、大気圧同等または真空としておく。この緩衝体１３は、燃料集合体１００の燃料棒１０１の長手方向に対する剛性がノズル支持体１２以下に形成され、例えば、樹脂、木材、金属のうちの少なくとも一つで構成されている。また、緩衝体３は、筒体、ハニカム構造、積層構造、発泡体などで形成されるものであって、これらの形態を複数組み合わせることも可能である。本実施の形態では、緩衝体１３は、両端部が閉塞された円筒形状に形成されている。この緩衝体１３は、図１７に示すように、衝撃吸収装置１１が配置された燃料集合体１００を燃料集合体収納容器２００に収納した状態で、上端側を燃料集合体収納容器２００の蓋部材２０３に向けて設けられる。
また、本実施の形態の衝撃吸収装置１１は、ノズル支持体１２において、上部ノズル１０３Ａの凹部１０３ｂの底面に沿って配置される下面に、差込部材１４が設けられていることが好ましい。差込部材１４は、ノズル支持体１２の下面に吊り下げられた形態で複数固定され、衝撃吸収装置１１が燃料集合体１００に配置された状態で、燃料集合体１００の各案内管１０４に挿通される棒状のものである（図１７参照）。この差込部材１４は、少なくとも２つ設けられていればよい。
また、本実施の形態の衝撃吸収装置１１は、図１８に示すように、緩衝体１３と燃料集合体収納容器２００との間で上下方向に弾性を有する弾性部１５が設けられていることが好ましい。弾性部１５は、緩衝体１３の上端にて上方に突出して設けられたバネ材として構成されている。この弾性部１５は、衝撃吸収装置１１が配置された燃料集合体１００を燃料集合体収納容器２００に収納した状態で、燃料集合体収納容器２００の蓋部材２０３に弾性力を伴って当接する。
このような衝撃吸収装置１１は、上述したように燃料集合体１００に配置される。この際、ノズル支持体１２の下面に設けられた差込部材１４が、燃料集合体１００の案内管１０４に挿入されることで、燃料集合体１００に位置決めして配置される。また、図には明示しないが、燃料集合体１００の下端側の下部ノズル１０３Ｂ側には、上述した実施の形態１の衝撃吸収装置１が配置される。
そして、衝撃吸収装置１１が配置された燃料集合体１００は、図１９に示すように、把持機構をなす燃料取扱工具８により把持されつつ搬送されて燃料集合体収納容器２００に収納される。この燃料取扱工具８は、従前から燃料集合体１００を搬送するために適用されている既存のもので、上部ノズル１０３Ａの対向する嵌合部１０３ｃに嵌合する一式のフック８ａと、フック８ａの先端を相互に接近または離隔させる駆動部８ｂとを備えている。この燃料取扱工具８は、フック８ａが嵌合部１０３ｃと対向する位置に下降された後、各フック８ａの先端を離隔させることで、先端が嵌合部１０３ｃに嵌合する。そして、上昇に伴い、フック８ａに嵌合した燃料集合体１００が吊り下げられた形態で搬送される。
燃料取扱工具８により燃料集合体１００を搬送する際、燃料取扱工具８は、衝撃吸収装置１１が燃料集合体１００に配置された状態で、ノズル支持体１２および緩衝体１３と嵌合部１０３ｃとの間の領域にフック８ａが受け入れられつつ、ノズル支持体１２および緩衝体１３に接触することなく嵌合部１０３ｃにフック８ａが嵌合する。このため、衝撃吸収装置１１が燃料集合体１００に配置された状態であっても、燃料取扱工具８により燃料集合体１００を搬送することが可能である。
その後、燃料集合体収納容器２００に蓋部材２０３が設置された場合、蓋部材２０３と緩衝体１３との間に存在する弾性部１５の弾性力により、衝撃吸収装置１１全体が下方に押圧されることで、衝撃吸収装置１１が燃料集合体１００の上端（上部ノズル１０３Ａの上面）に押し付けられる。
そして、燃料集合体１００に配置された衝撃吸収装置１１は、例えば燃料集合体収納容器２００が蓋部材２０３側を鉛直下方向に向けて垂直落下し、燃料集合体１００の中心軸Ｓに平行な荷重を受けた場合、ノズル支持体１２で上部ノズル１０３Ａを支持して、落下による衝撃力に起因する上部ノズル１０３Ａの撓みを抑制する。また、燃料集合体１００に作用する衝撃力は、緩衝体１３によって吸収する。これによって、落下に起因する上部ノズル１０３Ａの変形を抑制できるので、当該変形に起因する燃料棒１０１の変形が抑制される。また、緩衝体１３によって、燃料集合体１００に作用する衝撃力が緩和される。この結果、燃料集合体１００の変形がより低減されるので、安全性が向上する。
しかも、衝撃吸収装置１１は、緩衝体１３が中空とされた密閉空間１３ａを内部に有し、燃料集合体１００に作用する衝撃力を緩衝体１３により吸収する際、衝撃により緩衝体１３が変形して密閉空間１３ａを開放する。図７を参照すると、燃料集合体収納容器２００の内部空間２０１ａでは、除熱および遮蔽のための水Ｗにより燃料集合体１００が浸されている。さらに、内部空間２０１ａでは、温度上昇に伴う水Ｗの膨張により内部空間２０１ａの圧力（内圧）が上昇する事態を抑制するための空気層Ａが設けられている。そして、燃料集合体収納容器２００が蓋部材２０３側を鉛直下方向に向けて垂直落下した場合、この落下の衝撃により緩衝体１３が変形して密閉空間１３ａを開放することで、密閉空間１３ａ内の領域が、空気層Ａに含まれ、空気層Ａの体積が増してボイド率が向上することになる。この結果、熱的環境事象において、水Ｗの膨張による内部空間２０１ａの圧力（内圧）の上昇がさらに抑制されるので、安全性が向上する。しかも、密閉空間１３ａを有する緩衝体１３を備えることで、熱的環境事象になる以前では、水Ｗにより燃料集合体１００を浸す体積を多くしてボイド率を抑えておくことが可能であることから、燃料集合体１００の除熱および遮蔽の効率が良くなるので、安全性が向上する。
また、本実施の形態の衝撃吸収装置１１では、燃料集合体１００の上部ノズル１０３Ａにおける嵌合部１０３ｃの下方位置であって上部ノズル１０３Ａの上面に沿って配置される板状のノズル支持体１２と、ノズル支持体１２と共に嵌合部１０３ｃとの間に燃料取扱工具８を受け入れる所定の領域を確保しつつノズル支持体１２の上面に接合された緩衝体１３とを備えている。これにより、燃料集合体１００を保持する既存の燃料取扱工具８は、ノズル支持体１２および緩衝体１３と、嵌合部１０３ｃとの間の領域に受け入れられつつ、ノズル支持体１２および緩衝体１３に接触することなく嵌合部１０３ｃに嵌合して燃料集合体１００を保持することが可能になる。この結果、燃料取扱工具を新たに設計することでコストが嵩む事態を防ぐことができる。さらに、衝撃吸収装置１１を搬送する専用の取扱工具を設計し、既存の燃料取扱工具８により燃料集合体１００を燃料集合体収納容器２００に搬送した後、衝撃吸収装置１１を専用の取扱工具により燃料集合体１００に設置するような、コストが嵩み、かつ作業効率が低下する事態を防ぐことができる。
また、本実施の形態の衝撃吸収装置１１では、ノズル支持体１２の下面に、燃料集合体１００の案内管１０４に挿入される差込部材１４をさらに備える。これによって、衝撃吸収装置１１を燃料集合体１００に配置した際、差込部材１４が案内管１０４に挿入されることで、燃料集合体１００に位置決めして配置される。この結果、既存の燃料取扱工具８が干渉しない適した位置にノズル支持体１２および緩衝体１３を配置することが可能になる。
また、本実施の形態の衝撃吸収装置１１では、緩衝体１３と燃料集合体収納容器２００の蓋部材２０３との間で上下方向に弾性を有する弾性部１５をさらに備える。このため、弾性部１５の弾性力により、燃料集合体収納容器２００（蓋部材２０３）との間で衝撃吸収装置１１全体が下方に押圧されて、衝撃吸収装置１１が燃料集合体１００の上端（上部ノズル１０３Ａの上面）に向けて押し付けられる。この結果、衝撃吸収装置１１がガタついて微動する事態を防ぎ、燃料集合体１００に作用する衝撃荷重を抑制する効果を顕著に得ることが可能になる。
また、本実施の形態の燃料集合体収納容器２００では、複数の燃料棒１０１を組み合わせた上下端部にノズル１０３を有し、かつ上端側の上部ノズル１０３Ａの周囲に既存の燃料取扱工具８を嵌合する嵌合部１０３ｃが設けられた燃料集合体１００を収納した状態で、燃料集合体１００に対して与えられる衝撃を抑制するもので、上記の衝撃吸収装置１１が適用されている。
燃料集合体１００を保持する既存の燃料取扱工具８は、ノズル支持体１２および緩衝体１３と、嵌合部１０３ｃとの間の領域に受け入れられつつ、ノズル支持体１２および緩衝体１３に接触することなく嵌合部１０３ｃに嵌合する。このような衝撃吸収装置１１を適用した燃料集合体収納容器２００は、燃料集合体１００を保持する既存の燃料取扱工具８に干渉することなく燃料集合体１００を収納することができる。この結果、燃料取扱工具を新たに設計することでコストが嵩む事態を防ぐことができる。さらに、衝撃吸収装置１１を搬送する専用の取扱工具を設計し、既存の燃料取扱工具８により燃料集合体１００を燃料集合体収納容器２００に搬送した後、衝撃吸収装置１１を専用の取扱工具により燃料集合体１００に設置するような、コストが嵩み、かつ作業効率が低下する事態を防ぐことができる。
図２０〜図２５に示す構成は、上述した衝撃吸収装置１１に対し、ハンドル部材１６をさらに備えている。
ハンドル部材１６は、緩衝体１３の上端に設けられており、上部ノズル１０３Ａの嵌合部１０３ｃとの間に燃料取扱工具８を受け入れる所定の領域を確保しつつ水平方向で相反する方向に延在する両腕部１６ａを有している。このハンドル部材１６は、図２１に示すように、燃料集合体１００における上部ノズル１０３Ａの上側に配置される部材である衝撃吸収装置１１（衝撃吸収装置１１以外の部材も含む）を搬送するための既存の搬送取扱工具９に嵌合するものである。
搬送取扱工具９は、把持部９ａと、駆動部９ｂとを備えている。把持部９ａは、筒状に形成された下端部において、ハンドル部材１６の各腕部１６ａを上方から挿通するように上下方向に延在して設けられた挿通溝９ｃと、把持部９ａの水平方向への回転により各腕部１６ａに嵌合するように挿通溝９ｃの上端から水平方向に延在して設けられた嵌合溝９ｄとを有している。駆動部９ｂは、把持部９ａを昇降させ、かつ水平方向に回転させるものである。そして、この搬送取扱工具９により把持部９ａの嵌合溝９ｄに嵌合した衝撃吸収装置１１が吊り下げられた形態で、燃料集合体１００の位置に搬送され、図２３に示すように、燃料集合体１００の上部ノズル１０３Ａに配置される。
また、ハンドル部材１６を備えた衝撃吸収装置１１では、図２４に示すように、弾性部１５が、ハンドル部材１６の上端にて上方に突出して設けられたバネ材として構成されている。この弾性部１５は、衝撃吸収装置１１が配置された燃料集合体１００を燃料集合体収納容器２００に収納した状態で、燃料集合体収納容器２００の蓋部材２０３に弾性力を伴って当接する。
このように、ハンドル部材１６を備えた衝撃吸収装置１１であっても、図２５に示すように、燃料取扱工具８により燃料集合体１００を搬送する際、燃料取扱工具８は、衝撃吸収装置１１が燃料集合体１００に配置された状態で、ノズル支持体１２および緩衝体１３と嵌合部１０３ｃとの間の領域、およびハンドル部材１６と嵌合部１０３ｃとの間の領域にフック８ａが受け入れられつつ、ノズル支持体１２、緩衝体１３およびハンドル部材１６に接触することなく嵌合部１０３ｃにフック８ａが嵌合する。このため、衝撃吸収装置１１が燃料集合体１００に配置された状態であっても、燃料取扱工具８により燃料集合体１００を搬送することが可能である。その後、燃料集合体収納容器２００に蓋部材２０３が設置された場合、蓋部材２０３とハンドル部材１６との間に存在する弾性部１５の弾性力により、衝撃吸収装置１１全体が下方に押圧されることで、衝撃吸収装置１１が燃料集合体１００の上端（上部ノズル１０３Ａの上面）に押し付けられる。
ところで、図には明示しないが、本実施の形態の衝撃吸収装置１１では、上述した実施の形態１と同様に、緩衝体１３に熱変形部が設けられている。熱変形部は、緩衝体１３の壁の一部を形成する。この熱変形部は、緩衝体１３の壁を塞いで密閉空間１３ａを閉塞しており、所定の高温を超えた条件で変形して密閉空間１３ａを開放する。すなわち、熱変形部は、燃料集合体収納容器２００における内部空間２０１ａ内の水Ｗが膨張して内部空間２０１ａの圧力（内圧）が上昇するような温度条件に至った場合、その熱によって変形して密閉空間１３ａを開放する材質で形成されている。このように、緩衝体１３に熱変形部を備えた衝撃吸収装置１１によれば、燃料集合体１００に作用する衝撃力を緩衝体１３の変形によって吸収して密閉空間１３ａを開放するとき以外に、所定の高温を超えた条件で変形して密閉空間１３ａを開放することで、燃料集合体収納容器２００の内部空間２０１ａに設けられた空気層Ａの体積を増加させるので、水Ｗの膨張による内部空間２０１ａの圧力（内圧）の上昇を抑制できる。
また、図には明示しないが、本実施の形態の衝撃吸収装置１１では、上述した実施の形態１と同様に、緩衝体１３に圧力変形部が設けられている。圧力変形部は、緩衝体１３の壁の一部を形成する。この圧力変形部は、緩衝体１３の壁を塞いで密閉空間１３ａを閉塞しており、所定の圧力を超えた条件で変形して密閉空間１３ａを開放する。すなわち、圧力変形部は、燃料集合体収納容器２００における内部空間２０１ａ内の水Ｗが膨張して内部空間２０１ａの圧力（内圧）が上昇するような条件に至った場合、その圧力によって変形して密閉空間１３ａを開放する材質で形成されている。このように、緩衝体１３に圧力変形部を備えた衝撃吸収装置１１によれば、燃料集合体１００に作用する衝撃力を緩衝体１３の変形によって吸収して密閉空間１３ａを開放するとき以外に、所定の圧力を超えた条件で変形して密閉空間１３ａを開放することで、燃料集合体収納容器２００の内部空間２０１ａに設けられた空気層Ａの体積を増加させるので、水Ｗの膨張による内部空間２０１ａの圧力（内圧）の上昇を抑制できる。
以上、実施の形態２の衝撃吸収装置１１によれば、燃料集合体収納容器２００の密封容器内が水Ｗに浸された状態で密封容器内に収納された燃料集合体１００に与えられる衝撃を抑制する燃料集合体１００の衝撃吸収装置１１であって、水Ｗに浸されつつ燃料集合体１００の少なくとも一方の端部に対し配置され、密閉空間１３ａを内部に有すると共に、衝撃により変形して密閉空間１３ａを開放する緩衝体１３を備える。これにより、燃料集合体収納容器２００が垂直落下した場合、この落下の衝撃を緩衝体１３が変形して吸収する。このため、落下事象において、燃料集合体１００の変形が抑制され、安全性が向上する。しかも、燃料集合体収納容器２００の落下の衝撃により緩衝体１３が変形して密閉空間１３ａを開放することで、密閉空間１３ａ内の領域が空気層Ａとなってボイド率が向上する。このため、熱的環境事象において、水Ｗの膨張による内部空間２０１ａの圧力（内圧）の上昇が抑制され、安全性が向上する。このように、落下時の衝撃を吸収する緩衝体１３を、圧力上昇を抑制するバッファタンクとしたことで、密封容器としての燃料集合体収納容器２００の大型化や加重を抑えつつ、簡素な構成にて、落下事象および熱的環境事象での健全性を担保する衝撃吸収機構および圧力吸収機能を得ることが可能になる。
また、実施の形態２の燃料集合体収納容器２００によれば、水Ｗに浸した状態で燃料集合体１００を収納する密封容器をなし、上記衝撃吸収装置１１を適用したことにより、容器の大型化や加重を抑えつつ、簡素な構成にて、落下事象および熱的環境事象での健全性を担保する衝撃吸収機構および圧力吸収機能を得ることが可能になる。
［実施の形態３］
実施の形態２の衝撃吸収装置２１は、可燃性毒物棒組立体３００を配置した燃料集合体１００に配置されるものである。図２６〜図２８に示すように、可燃性毒物棒組立体３００は、燃料集合体１００の案内管１０４に、可燃性毒物棒３０１を挿入するためのものである。可燃性毒物棒組立体３００は、複数の可燃性毒物棒３０１と、支持板３０２と、保持部３０３とを備えている。
可燃性毒物棒３０１は、燃料集合体収納容器２００に収納された場合の燃料集合体１００の上部ノズル１０３Ａを貫通するように、燃料集合体１００の案内管１０４に挿通される棒状のものである。
支持板３０２は、複数の可燃性毒物棒３０１を吊り下げた形態で固定するもので、各可燃性毒物棒３０１の上端に接合されている。この支持板３０２は、可燃性毒物棒３０１を燃料集合体１００に挿通した状態で、上部ノズル１０３Ａの上面に沿うように配置される。また、支持板３０２には、冷却水を流通させるための通水孔３０２ａが上下方向に貫通して設けられている。
保持部３０３は、支持板３０２の上面中央に取り付けられ、可燃性毒物棒３０１を燃料集合体１００に挿通する際、支持板３０２と共に可燃性毒物棒３０１を保持するためのものである。保持部３０３は、支持板３０２に立設して固定されたパイプ３０３ａの周囲に、コイル状のバネ部材３０３ｂが配置され、このバネ部材３０３ｂにより弾性支持する態様でパイプ３０３ａの上端側にハンドル部材３０３ｃが設けられたものである。そして、可燃性毒物棒３０１を燃料集合体１００に挿通する際には、上述した実施の形態２における搬送取扱工具９によりハンドル部材３０３ｃが掴まれることで、支持板３０２と共に可燃性毒物棒３０１が保持される。
図２７および図２８に示すように、燃料集合体１００が燃料集合体収納容器２００に収納された状態で、燃料集合体１００に可燃性毒物棒組立体３００を配置した状態において、可燃性毒物棒組立体３００は、可燃性毒物棒３０１が燃料集合体１００の案内管１０４に挿入され、支持板３０２が燃料集合体１００の上部ノズル１０３Ａの上面に対向し、かつ保持部３０３が上部ノズル１０３Ａの上方に突出して配置される。また、この状態において、保持部３０３のパイプ３０３ａの下端が、支持板３０２の下面から突出しており、燃料集合体１００の上部ノズル１０３Ａの上面に当接することで、上部ノズル１０３Ａの上面と支持板３０２の下面との間に隙間Ｈが生じている。
このように、燃料集合体１００に可燃性毒物棒組立体３００を配置した状態では、可燃性毒物棒組立体３００の保持部３０３が上部ノズル１０３Ａの上方に突出して配置されていることから、燃料集合体収納容器２００の蓋部材２０３と上部ノズル１０３Ａとの間に衝撃吸収装置を配置することが困難である。
そこで、本実施の形態では、燃料集合体収納容器２００に収納された燃料集合体１００に、可燃性毒物棒組立体３００が配置された状態において、例えば燃料集合体収納容器２００が落下した場合であっても、燃料集合体１００に対して与えられる衝撃を吸収できる燃料集合体の衝撃吸収装置２１を提供する。
図２９〜図３１に示すように、実施の形態３の衝撃吸収装置２１は、カバー部２２と、緩衝体２３とを備えている。カバー部２２は、燃料集合体収納容器２００に収納された燃料集合体１００に、可燃性毒物棒組立体３００が配置された状態で、燃料集合体収納容器２００の蓋部材２０３と、可燃性毒物棒組立体３００における保持部３０３のハンドル部材３０３ｃとの間に介在される厚さを有して板状に形成されている。このカバー部２２は、衝撃吸収装置２１が燃料集合体１００に配置された状態で、蓋部材２０３と保持部３０３との間で、保持部３０３（ハンドル部材３０３ｃ）の上方にてほぼ水平に配置される。さらに、カバー部２２は、衝撃吸収装置２１が燃料集合体１００に配置された状態で、保持部３０３の存在しない部位であって燃料集合体１００の上部ノズル１０３Ａの上方の部位に至り水平方向に延在するように短冊状に形成されている。なお、カバー部２２は、排水などのために貫通孔が設けられていてもよい。
また、カバー部２２は、図３１に示すように、上下方向に弾性を有する弾性部材２４が上方に突出して設けられたバネ材として構成されている。この弾性部材２４は、衝撃吸収装置２１が燃料集合体１００に配置された状態で、燃料集合体収納容器２００の蓋部材２０３に弾性力を伴って当接する。
また、カバー部２２は、衝撃吸収装置２１が燃料集合体１００に配置された状態で、可燃性毒物棒組立体３００における保持部３０３のハンドル部材３０３ｃに嵌合する嵌合部２５が設けられている。嵌合部２５は、カバー部２２の下面に設けられて下方に延在する突起であり、ハンドル部材３０３ｃの一部を両側部から挟むように対をなして設けられている。また、嵌合部２５は、下方に向けて一式の突起の間隔が広がるように、ハンドル部材３０３ｃの側部に向く側部にテーパ面２５ａが設けられている。この嵌合部２５は、ハンドル部材３０３ｃの複数箇所に対応して設けられていることが好ましく、本実施の形態では２箇所に設けられている。
緩衝体２３は、カバー部２２に取り付けられている。緩衝体２３のカバー部２２への具体的な取り付け位置は、衝撃吸収装置２１が燃料集合体１００に配置された状態で、カバー部２２が保持部３０３の存在しない部位に延在した部位に取り付けられている。また、緩衝体２３は、カバー部２２から燃料集合体１００の上端であって上部ノズル１０３Ａの上面に向けて延在して設けられている。このため、緩衝体２３は、衝撃吸収装置２１が燃料集合体１００に配置された状態で、保持部３０３の側部に配置される。また、緩衝体２３は、中空とされた密閉空間２３ａを内部に有しており、変形に際して密閉空間２３ａを開放するように構成されている。なお、密閉空間２３ａ内は、大気圧同等または真空としておく。この緩衝体２３は、樹脂、木材、金属のうちの少なくとも一つで構成されている。また、緩衝体１３は、筒体、ハニカム構造、積層構造、発泡体などで形成されるものであって、これらの形態を複数組み合わせることも可能である。本実施の形態では、緩衝体２３は、両端部が閉塞された円筒形状に形成されている。このような緩衝体２３は、複数（本実施の形態では２つ）設けられ、燃料棒１０１の延在方向に沿う燃料集合体１００における中心軸Ｓを基準とした水平方向の対象位置に配置されている。
緩衝体２３の下端側には、脚部材２６が設けられている。緩衝体２３の下端には、円筒状の穴を塞ぐ円板状のスペーサ２７が設けられ、脚部材２６は、このスペーサ２７の下面に固定されている。この脚部材２６は、可燃性毒物棒組立体３００の支持板３０２に設けられた通水孔３０２ａに挿通される形状に形成されたブロックとして形成されている。このため、脚部材２６は、衝撃吸収装置２１が燃料集合体１００に配置された状態で、通水孔３０２ａに挿通されることにより、燃料集合体１００の上端（上部ノズル１０３Ａの上面）に向きつつ、燃料集合体１００の上端（上部ノズル１０３Ａの上面）に当接する。また、脚部材２６の側部には、燃料集合体１００に向けて細径となるテーパ面２６ａが設けられている。
上述した衝撃吸収装置２１は、図３２に示すように、把持機構をなす取扱工具１０により把持されて燃料集合体１００に配置される。この取扱工具１０は、燃料集合体１００を燃料集合体収納容器２００に収納する取扱工具や、可燃性毒物棒組立体３００を燃料集合体１００に挿入する取扱工具と共通化されていることが好ましい。取扱工具を搬送する対象物で共通化すれば、対象物ごとに取扱工具を用意する必要がなく、また、取扱作業性も向上する。
燃料集合体１００に配置される衝撃吸収装置２１は、可燃性毒物棒組立体３００における保持部３０３のハンドル部材３０３ｃに嵌合部２５が嵌合することで、緩衝体２３や脚部材２６が位置決めされる。また、嵌合部２５のテーパ面２５ａにより、嵌合部２５がハンドル部材３０３ｃに嵌合し易いように案内される。また、燃料集合体１００に配置される衝撃吸収装置２１は、可燃性毒物棒組立体３００における支持板３０２の通水孔３０２ａに脚部材２６が挿入されるが、この際、脚部材２６のテーパ面２６ａにより、脚部材２６が通水孔３０２ａに挿入され易いように案内される。
燃料集合体１００に配置された衝撃吸収装置２１は、カバー部２２が可燃性毒物棒組立体３００の保持部３０３の上方に配置され、緩衝体２３がカバー部２２から燃料集合体１００の上端に向けて延在しつつ保持部３０３の側部に配置される。この状態では、カバー部２２は、脚部材２６が通水孔３０２ａを挿通して燃料集合体１００の上端（上部ノズル１０３Ａの上面）に当接しているため、可燃性毒物棒組立体３００における保持部３０３のハンドル部材３０３ｃの上面に接触しない。また、図には明示しないが、燃料集合体１００の下方である下端側の下部ノズル１０３Ｂ側には、上述した実施の形態１の衝撃吸収装置１が配置される。
その後、燃料集合体収納容器２００に蓋部材２０３が設置された場合、蓋部材２０３とカバー部２２との間に存在する弾性部材２４の弾性力により、衝撃吸収装置２１全体が下方に押圧されることで、衝撃吸収装置２１が燃料集合体１００の上端（上部ノズル１０３Ａの上面）に押し付けられる。
そして、燃料集合体１００に配置された衝撃吸収装置２１は、例えば燃料集合体収納容器２００が蓋部材２０３側を鉛直下方向に向けて垂直落下し、燃料集合体１００の中心軸Ｓに平行な荷重を受けた場合、燃料集合体１００に作用する衝撃力を、緩衝体２３によって吸収する。これによって、落下に起因する上部ノズル１０３Ａの変形を抑制できるので、当該変形に起因する燃料棒１０１の変形が抑制される。また、緩衝体２３によって、燃料集合体１００に作用する衝撃力が緩和される。この結果、燃料集合体１００の変形がより低減されるので、安全性が向上する。
しかも、衝撃吸収装置２１は、緩衝体２３が中空とされた密閉空間２３ａを内部に有し、燃料集合体１００に作用する衝撃力を緩衝体２３により吸収する際、衝撃により緩衝体２３が変形して密閉空間２３ａを開放する。図７を参照すると、燃料集合体収納容器２００の内部空間２０１ａでは、除熱および遮蔽のための水Ｗにより燃料集合体１００が浸されている。さらに、内部空間２０１ａでは、温度上昇に伴う水Ｗの膨張により内部空間２０１ａの圧力（内圧）が上昇する事態を抑制するための空気層Ａが設けられている。そして、燃料集合体収納容器２００が蓋部材２０３側を鉛直下方向に向けて垂直落下した場合、この落下の衝撃により緩衝体２３が変形して密閉空間２３ａを開放することで、密閉空間２３ａ内の領域が、空気層Ａに含まれ、空気層Ａの体積が増してボイド率が向上することになる。この結果、熱的環境事象において、水Ｗの膨張による内部空間２０１ａの圧力（内圧）の上昇がさらに抑制されるので、安全性が向上する。しかも、密閉空間２３ａを有する緩衝体２３を備えることで、熱的環境事象になる以前では、水Ｗにより燃料集合体１００を浸す体積を多くしてボイド率を抑えておくことが可能であることから、燃料集合体１００の除熱および遮蔽の効率が良くなるので、安全性が向上する。
また、本実施の形態の衝撃吸収装置２１では、燃料集合体１００を燃料集合体収納容器２００に収納すると共に、可燃性毒物棒組立体３００が、燃料集合体１００の上端側から可燃性毒物棒３０１を挿入され保持部３０３を燃料集合体１００の上方に配置された状態で、燃料集合体１００に対して与えられる衝撃を抑制するものであって、保持部３０３の上方に配置されるカバー部２２と、カバー部２２から燃料集合体１００の上端に向けて延在しつつ保持部３０３の側部に配置される緩衝体２３とを備える。このため、可燃性毒物棒３０１を挿入された燃料集合体１００に配置することができ、燃料集合体１００に作用する衝撃荷重を抑制することが可能になる。
また、本実施の形態の衝撃吸収装置２１では、緩衝体２３は、可燃性毒物棒組立体３００における支持板３０２の通水孔３０２ａに挿通されて燃料集合体１００の上端に当接する脚部材２６をさらに備える。このため、脚部材２６が燃料集合体１００に当接することで、燃料集合体１００に作用する衝撃荷重を緩衝体２３に直接伝えるため、燃料集合体１００に作用する衝撃荷重を抑制する効果を顕著に得ることが可能になる。また、緩衝体２３が変形することで、燃料集合体１００の上部ノズル１０３Ａの変形を抑制する効果を顕著に得ることが可能になる。
また、本実施の形態の衝撃吸収装置２１では、脚部材２６は、燃料集合体１００に向けて細径となるテーパ面２６ａを側部に有している。このため、テーパ面２６ａが脚部材２６の通水孔３０２ａへの挿通を案内するので、脚部材２６を通水孔３０２ａに確実に挿通させることが可能になり、衝撃吸収装置２１の燃料集合体１００への配置ミスを防ぐことが可能になる。
また、本実施の形態の衝撃吸収装置２１では、緩衝体２３は、燃料棒１０１の延在方向に沿う燃料集合体１００における中心軸Ｓを基準とした水平方向の対象位置に配置されている。このため、例えば燃料集合体収納容器２００が落下し、燃料集合体１００の中心軸Ｓに平行な荷重を受けた場合、中心軸Ｓを基準とした水平方向の対象位置で、燃料集合体１００の燃料棒１０１に作用する荷重を均等に軽減する。この結果、燃料集合体１００の一部に荷重が集中する事態を防ぐことが可能になる。
また、本実施の形態の衝撃吸収装置２１では、カバー部２２は、燃料集合体収納容器２００との間で上下方向に弾性を有する弾性部材２４が上方に突出して設けられている。このため、弾性部材２４の弾性力により、燃料集合体収納容器２００（蓋部材２０３）との間で衝撃吸収装置２１全体が下方に押圧されて、衝撃吸収装置２１が燃料集合体１００の上端（上部ノズル１０３Ａの上面）に向けて押し付けられる。この結果、衝撃吸収装置２１がガタついて微動する事態を防ぎ、燃料集合体１００に作用する衝撃荷重を抑制する効果を顕著に得ることが可能になる。
また、本実施の形態の衝撃吸収装置２１では、カバー部２２は、可燃性毒物棒組立体３００における保持部３０３のハンドル部材３０３ｃに嵌合する嵌合部２５をさらに備える。このため、ハンドル部材３０３ｃへの嵌合部２５の嵌合により、衝撃吸収装置２１が位置決めされる。この結果、衝撃吸収装置２１の燃料集合体１００への配置ミスを防ぐことが可能になる。なお、嵌合部２５のテーパ面２５ａにより、嵌合部２５がハンドル部材３０３ｃに嵌合し易いように案内されるので、衝撃吸収装置２１の燃料集合体１００への配置ミスをさらに防ぐことが可能になる。
また、本実施の形態の衝撃吸収装置２１では、緩衝体２３は、図３３および図３４に示すように、衝撃吸収装置２１が燃料集合体１００に配置された状態で、燃料集合体１００の中心軸Ｓに平行な荷重を受けた場合、変形の起点となる変形起点部２３ｂが側部に設けられている。図３３では、変形起点部２３ｂが緩衝体２３の下端側の側部で湾曲して設けられて、緩衝体２３の下端が先細りに形成されている。また、図３４では、変形起点部２３ｂが緩衝体２３の中程の側部で湾曲して設けられて、緩衝体２３の中程がくびれて形成されている。この衝撃吸収装置２１によれば、燃料集合体１００の中心軸Ｓに平行な荷重を受けた場合、変形起点部２３ｂにより変形の起点が定められていることで、変形初期の段階で燃料集合体１００に作用するピーク荷重を下げるため、燃料集合体１００に作用する衝撃荷重をさらに抑制することが可能になる。なお、変形起点部２３ｂは、湾曲に限らず屈曲により形成されていてもよい。また、この変形起点部２３ｂは、上述した実施の形態１の緩衝体３や実施の形態２の緩衝体１３に設けられていてもよい。
なお、本実施の形態の衝撃吸収装置２１は、緩衝体２３に脚部材２６を設けた構成であるが、脚部材２６やスペーサ２７を設けず、緩衝体２３が支持板３０２の上面に接触するように構成されていてもよい。
図３５〜図３７に示す構成は、上述した衝撃吸収装置２１に対し、カバー部２２の形状と、緩衝体２３の数（ここでは、４つ）が異なるものであり、上述した衝撃吸収装置２１と同等部分には、同一の符号を付して説明を省略する。この図３５〜図３７に示す構成であっても、上述した衝撃吸収装置２１と同様の効果を得ることが可能である。
ところで、図には明示しないが、本実施の形態の衝撃吸収装置２１では、上述した実施の形態１と同様に、緩衝体２３に熱変形部が設けられている。熱変形部は、緩衝体２３の壁の一部を形成する。この熱変形部は、緩衝体２３の壁を塞いで密閉空間２３ａを閉塞しており、所定の高温を超えた条件で変形して密閉空間２３ａを開放する。すなわち、熱変形部は、燃料集合体収納容器２００における内部空間２０１ａ内の水Ｗが膨張して内部空間２０１ａの圧力（内圧）が上昇するような温度条件に至った場合、その熱によって変形して密閉空間２３ａを開放する材質で形成されている。このように、緩衝体２３に熱変形部を備えた衝撃吸収装置２１によれば、燃料集合体１００に作用する衝撃力を緩衝体２３の変形によって吸収して密閉空間２３ａを開放するとき以外に、所定の高温を超えた条件で変形して密閉空間２３ａを開放することで、燃料集合体収納容器２００の内部空間２０１ａに設けられた空気層Ａの体積を増加させるので、水Ｗの膨張による内部空間２０１ａの圧力（内圧）の上昇を抑制できる。
また、図には明示しないが、本実施の形態の衝撃吸収装置２１では、上述した実施の形態１と同様に、緩衝体２３に圧力変形部が設けられている。圧力変形部は、緩衝体２３の壁の一部を形成する。この圧力変形部は、緩衝体２３の壁を塞いで密閉空間２３ａを閉塞しており、所定の圧力を超えた条件で変形して密閉空間２３ａを開放する。すなわち、圧力変形部は、燃料集合体収納容器２００における内部空間２０１ａ内の水Ｗが膨張して内部空間２０１ａの圧力（内圧）が上昇するような条件に至った場合、その圧力によって変形して密閉空間２３ａを開放する材質で形成されている。このように、緩衝体２３に圧力変形部を備えた衝撃吸収装置２１によれば、燃料集合体１００に作用する衝撃力を緩衝体２３の変形によって吸収して密閉空間２３ａを開放するとき以外に、所定の圧力を超えた条件で変形して密閉空間２３ａを開放することで、燃料集合体収納容器２００の内部空間２０１ａに設けられた空気層Ａの体積を増加させるので、水Ｗの膨張による内部空間２０１ａの圧力（内圧）の上昇を抑制できる。
以上、実施の形態３の衝撃吸収装置２１によれば、燃料集合体収納容器２００の密封容器内が水Ｗに浸された状態で密封容器内に収納された燃料集合体１００に与えられる衝撃を抑制する燃料集合体１００の衝撃吸収装置２１であって、水Ｗに浸されつつ燃料集合体１００の少なくとも一方の端部に対し配置され、密閉空間２３ａを内部に有すると共に、衝撃により変形して密閉空間２３ａを開放する緩衝体２３を備える。これにより、燃料集合体収納容器２００が垂直落下した場合、この落下の衝撃を緩衝体２３が変形して吸収する。このため、落下事象において、燃料集合体１００の変形が抑制され、安全性が向上する。しかも、燃料集合体収納容器２００の落下の衝撃により緩衝体２３が変形して密閉空間２３ａを開放することで、密閉空間２３ａ内の領域が空気層Ａとなってボイド率が向上する。このため、熱的環境事象において、水Ｗの膨張による内部空間２０１ａの圧力（内圧）の上昇が抑制され、安全性が向上する。このように、落下時の衝撃を吸収する緩衝体１３を、圧力上昇を抑制するバッファタンクとしたことで、密封容器としての燃料集合体収納容器２００の大型化や加重を抑えつつ、簡素な構成にて、落下事象および熱的環境事象での健全性を担保する衝撃吸収機構および圧力吸収機能を得ることが可能になる。
また、実施の形態３の燃料集合体収納容器２００によれば、水Ｗに浸した状態で燃料集合体１００を収納する密封容器をなし、上記衝撃吸収装置２１を適用したことにより、容器の大型化や加重を抑えつつ、簡素な構成にて、落下事象および熱的環境事象での健全性を担保する衝撃吸収機構および圧力吸収機能を得ることが可能になる。
以上のように、本発明に係る燃料集合体の衝撃吸収装置および燃料集合体収納容器は、容器の大型化や加重を抑えつつ、簡素な構成にて、落下事象および熱的環境事象での健全性を担保する衝撃吸収機構および圧力吸収機能を得ることに適している。
１ 衝撃吸収装置
２ ノズル支持体
３（３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ，３Ｅ，３Ｆ） 緩衝体
３ａ 密閉空間
４ 緩衝体支持部材
６ 熱変形部
７ 圧力変形部
１１ 衝撃吸収装置
１２ ノズル支持体
１３ 緩衝体
１３ａ 密閉空間
１４ 差込部材
１５ 弾性部
１６ ハンドル部材
２１ 衝撃吸収装置
２２ カバー部
２３ 緩衝体
２３ａ 密閉空間
２４ 弾性部材
２５ 嵌合部
２５ａ テーパ面
２６ 脚部材
２６ａ テーパ面
２７ スペーサ
１００ 燃料集合体
１０１ 燃料棒
１０２ 支持格子
１０３（１０３Ａ，１０３Ｂ） ノズル
１０３１ 脚部
１０３２ 凹部
１０４ 案内管
２００ 燃料集合体収納容器
２０１ 容器本体
２０１ａ 内部空間
２０１ｂ 開口部
２０２ 中性子遮蔽体
２０３（２０３ａ、２０３ｂ） 蓋部材
２０４ バスケット
２０４１ 角パイプ
２０４ａ セル
２０５ スペーサ
３００ 可燃性毒物棒組立体
３０１ 可燃性毒物棒
３０２ 支持板
３０３ 保持部
Ａ 空気層
Ｗ 水

Claims (3)

  1. 水に浸した状態で燃料集合体を収納する密封容器を有した燃料集合体収納容器に用いられ、前記燃料集合体に与えられる衝撃を抑制する緩衝体を備える燃料集合体の衝撃吸収装置において、
    前記緩衝体は、密閉空間を内部に有して構成され、所定の高温を超えた条件で変形して前記密閉空間を開放する熱変形部、または所定の圧力を超えた条件で変形して前記密閉空間を開放する圧力変形部を有し、前記燃料集合体の上部ノズルの凹部の底面に沿う支持体の上面に接合されており、
    かつ前記支持体および前記緩衝体は、前記燃料集合体を搬送するための燃料取扱工具のフックが嵌合する態様で前記上部ノズルに設けられた嵌合部との間で、前記フックを前記嵌合部に至らせる領域を確保しつつ前記燃料集合体に配置されることを特徴とする燃料集合体の衝撃吸収装置。
  2. 水に浸した状態で燃料集合体を収納する密封容器を有した燃料集合体収納容器に用いられ、前記燃料集合体に与えられる衝撃を抑制する緩衝体を備える燃料集合体の衝撃吸収装置において、
    前記緩衝体は、密閉空間を内部に有して構成され、所定の高温を超えた条件で変形して前記密閉空間を開放する熱変形部、または所定の圧力を超えた条件で変形して前記密閉空間を開放する圧力変形部を有しており、
    かつ前記緩衝体は、前記燃料集合体の上部ノズルの凹部から挿入する可燃性毒物棒と前記燃料集合体の上部ノズルの上方に配置される保持部とを有する可燃性毒物棒組立体を、前記燃料集合体に配置した状態で、前記保持部の上方に配置されるカバー部から前記燃料集合体の上部ノズルの凹部に向けて延在しつつ前記保持部の側部に配置されることを特徴とする燃料集合体の衝撃吸収装置。
  3. 水に浸した状態で燃料集合体を収納する密封容器をなし、かつ請求項１または２に記載の衝撃吸収装置を適用したことを特徴とする燃料集合体収納容器。
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