JP4781637B2 - 未照射原子燃料コンポーネント輸送システム - Google Patents

未照射原子燃料コンポーネント輸送システム Download PDF

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Description

本発明は、原子燃料コンポーネント用の輸送コンテナに関し、さらに詳細には、未照射原子燃料集合体および原子燃料棒用のかかるコンテナに関する。
関連技術
多量の核分裂物質U235及び/または濃縮状態の核分裂物質U235を含む未照射の原子燃料要素及び集合体を輸送及び貯蔵するにあたり、想定される事故状態だけでなく通常使用時においても臨界を確実に回避する必要がある。例えば、燃料輸送コンテナは、原子力規制委員会(NRC)から燃料集合体の設計毎に比最大燃料濃縮(即ち、重量及びU235 重量パーセント)の輸送ラインセンスを交付される。新しい設計の輸送コンテナについてライセンスを獲得するには、NRCの満足のいくように、新型設計のコンテナが10 CFR 71条に規定されたものを含むNRC規則の条件を満足することを示す必要がある。これらの条件は、収容される燃料集合体が臨界未満の状態を維持するために輸送コンテナ及びその内部支持構造が耐える必要のある最大想定事故(MCA)を規定している。
本願の出願人に譲渡された米国特許第4,780,268号は、正方形の上部ノズル及び下部ノズルと正方形配列の燃料棒とを有する2つの従来型原子燃料集合体を輸送するための輸送コンテナを開示している。このコンテナは、並置関係の2つの燃料集合体間を垂直方向に延びる部分を有する支持フレームを備えている。各燃料集合体は、各々が2つの圧力パッドを有するクランプ用フレームにより支持フレームにクランプされる。この集合体全体は、緩衝取付けフレーム及び複数の緩衝取付け具によりコンテナに連結される。その垂直方向に延びる部分内には、少なくとも2つの中性子吸収要素が密封されている。ゴムコルクの緩衝材料層が、支持フレームとその垂直方向に延びる部分とを燃料集合体から分離する。
従来型の各燃料集合体の上部ノズルは、圧力パッドが4つの場所でその正方形の上部ノズルに固く締め付けられたジャックポストによりその縦方向軸に沿って保持される。これらの従来型燃料集合体のうち一部の下部ノズルには面取り端部がある。これらの燃料集合体は、下部ノズルの面取り端部を保持する下部ノズルスペーサによりその縦方向軸に沿って保持される。
上記及び他のタイプの輸送コンテナ(例えば、本願の出願人が使用する断面がほぼ正方形の加圧水型原子炉(PWR)用燃料集合体に用いるRCC−4)についての説明は、Certificate of Compliance No. 5450, Docket No. 71-5450, U.S. Nuclear Regulatory Commission, Division of Fuel Cycle and Material Safety, Office of the Nuclear Material Safety and Safeguards, Washington, D.C. 20555に記載されている。
本願の出願人に譲渡された米国特許第5,490,186号は、六角形の燃料、さらに詳しくは、ソビエト型VVER原子炉用の燃料集合体に用いる全く別異の原子燃料輸送コンテナを開示している。沸騰水型原子炉の燃料には他の構成の輸送コンテナが必要とされる。
従って、多数の原子燃料集合体の設計に対して互換的に使用可能な原子燃料組立体用改良型輸送コンテナが求められている。
軽量で、耐久性があり、ライセンスを受けられる設計の、単一の集合体を収容できるかかる燃料集合体輸送コンテナが求められている。
上記及び他の要求は、本願の出願人に譲渡された、2001年12月19日付けの米国
特許出願第10/025,728号によって一部が充足される。その出願に記載された輸送コンテナは、軸方向寸法が燃料集合体と少なくとも同じ長さの細長い内部管状ライナーを有する。このライナーは、好ましくは、軸方向寸法に沿って半分に分割されているため、貝殻のように分離させてそのライナーの2半分を燃料集合体の周りに配置できる。ライナーの外周面は、軸方向寸法がライナーと少なくとも同じ長さの細長い管状コンテナとして形成されたオーバーパックの内部にぴったり受容されるように設計されている。管状コンテナの壁はステンレス鋼の比較的薄いシェルで形成され、これらのシェルがその間にクロースセルポリウレタンが位置するように同軸配置されるのが好ましい。内側シェルはホウ素を含浸させたステンレス鋼を含むのが望ましい。燃料集合体を包む管状ライナーはオーバーパック内に摺動自在に取り付けられ、オーバーパックは各端部を端部キャップで密封される。オーバーパックは、好ましくは、管状コンテナの周面を軸方向離隔関係に延びる周方向リブを備えているが、これらのリブはオーバーパックの周方向剛性を増加させ、周方向衝撃吸収部材の取付け場所を形成する。好ましくは鳥かご形の細長いフレームは、外側フレーム内にオーバーパックをそのフレームと離隔関係で受け容れるようなサイズである。そのフレームは軸方向に離隔した周方向ストラップにより形成され、これらのストラップはストラップを固定的に連結してフレームを形成する周方向に離隔し軸方向に向いた支持リブに連結されている。複数の衝撃吸収部材は、ストラップのある特定のものとオーバーパックの周りを延びる周方向リブのうちの少なくとも2つのリブとの間に連結されて、フレームが衝撃を受けてもフレームが受ける衝撃エネルギーの実質的な部分から管状コンテナを隔離する。
上記出願に記載された輸送コンテナは、同じオーバーパック及び鳥かご形フレームを使用するものの相補的ライナーの使用により多種多様な燃料集合体の設計に適応できるという点で実質的な改良であるが、同じ目的を達成すると共に輸送装置の保護特性及び輸送される原子燃料コンポーネントの積み降ろしの容易さを改善するさらなる改良が望まれる。
上記及び他の目的は、本発明による原子燃料製品の輸送コンテナ装置であって、原子燃
料製品を内部で受けて支持するように設計され、外面が、軸方向寸法に亘って延び、接合部で180°未満の内角で当接してV字形を形成する実質的に平坦な少なくとも2つの壁及び内部へのアクセスを可能にする少なくとも1つの可動壁を有する細長い管状コンテナと、軸方向寸法が少なくとも前記管状コンテナと同じであり、内部の断面が前記管状コンテナよりも大きい細長い管状オーバーパックと、前記管状オーバーパックを水平姿勢で支持する手段とより成り、前記管状オーバーパックは、軸方向寸法に亘って延びる、上方カバー部分及び下方支持部分より成り、前記上方カバー部分及び前記下方支持部分の2組の隣接する周方向端部のうちの少なくとも1組は前記管状オーバーパックの内部へのアクセスを可能にするラッチ機構を有し、前記管状オーバーパックの前記下方支持部分は前記管状オーバーパック中心軸の半径方向両側において複数の緩衝取付け具を支持し、前記複数の緩衝取付け具は、前記管状オーバーパックが水平姿勢で支持されると、一方の側の緩衝取付け具が前記管状コンテナの前記実質的に平坦な少なくとも2つの壁のうちの第1の壁を、また、もう一方の側の緩衝取付け具が前記管状コンテナの前記実質的に平坦な少なくとも2つの壁のうちの第2の壁を、前記管状コンテナが前記下方支持部分から離隔し、前記V字形の接合部が前記管状オーバーパック内で最下点に来るように、支持することを特徴とする、原子燃料製品の輸送コンテナ装置により達成される。本発明の輸送コンテナ装置は未照射原子燃料集合体及び他の原子燃料コンポーネントを通常時そして仮想事故条件の下で安全輸送するためのものである。この輸送コンテナは、燃料集合体のような原子燃料製品を受容して支持するように設計された細長い管状コンテナまたはシェルを有する。管状コンテナの内面は、燃料集合体の外面に一致するのが好ましい。管状コンテナの外面は、軸方向に延びる少なくとも2つの平坦な当接壁部を有する。好ましい実施例の管状部材の断面は燃料集合体の外面にマッチするように矩形または六角形であり、コーナーのつなぎ目のうち3つのつなぎ目にはヒンジが取付けられているため、つなぎ目に沿って全てのキングピンを取外すと2つの側壁が旋回し開いて管状コンテナの内部にアクセスできる。管状部材またはコンテナはオーバーパック内に載置されて輸送されるように設計されている。オーバーパックは、管状コンテナよりも大きい軸方向寸法及び断面を有する管状パッケージである。オーバーパックは、複数の周方向部分、例えば、下方支持部分と、上方カバーの2つの部分、または下方支持部分と、その下方支持部分の周方向の両側にそれぞれヒンジ接続されてオーバーパックを閉じると係合する2つの上方カバー部分の3つの部分に分割されている。下方支持部分は、オーバーパックの軸方向長さの実質的部分にわたって管状コンテナの軸方向長さに少なくとも等しい距離だけ延びる中央V字形溝を内部に備えている。緩衝取付け具は、V字形溝の両方の半径方向壁部から、その溝に対して離隔する関係で管状コンテナを支持する高さまで延びる。使用する緩衝取付け具の軸方向位置、数、サイズ及び種類は多種多様な積荷に合うるように変更自在である。管状コンテナは、好ましくは、そのコーナーがV字形溝の底部上に整列するように緩衝取付け具の上に載置される。オーバーパックの上部カバー部分は、管状コンテナの下部コーナーとV字形溝の底部との間の間隔にほぼ等しい名目上の隙間を残して、管状コンテナの残りの部分を収容する大きさの相補的な逆V字形チャンネルを有する。オーバーパックの端部は蓋で覆われ、オーバーパック部分はラッチされる。
図1は、本発明の原子燃料製品格納/輸送装置のオーバーパック及び内部コンポーネントを示す。アルミニウムのような材料で形成される管状コンテナまたはシェル26は、原子燃料集合体を収容し、オーバーパック12のV字形溝32の上方に緩衝取付け具28の上に支持された状態で懸架されている。これらの緩衝取付け具28は、溝32の上方壁部分により構成される凹部30内にオーバーパックの下方支持部分16の軸方向長さに沿って離隔した関係で固定される。これらの緩衝取付け具は、Cambridge Springs, PennsylvaniaのLord Corporationから購入できる、部品番号J−3424−21で識別される取付け具でよい。管状コンテナのコーナーにある鉄製アングル部材24により、荷重をコンテナの壁上に分布させるとよい。緩衝取付け具の数及び可撓性は、コンテナ26内で輸送される原子燃料製品により異なるコンテナの重量にマッチするように選択される。オーバーパック12の下方支持部分16の配向は、コンテナ26の重量によりコンテナが溝32の中心に保持されるように脚部18により決定される。一方の蓋付き端部22がオーバーパックの下方支持部分16の一部を形成するが、第2の蓋付き端部20は上カバー部分14の一体的部分として形成されている。オーバーパックの上方カバー部分14の端部20は、下方支持部分16のリップ21に密封される。図示しないが、下方支持部分16の一体的部分として形成される端部22は同様な態様でオーバーパックの上方カバー部分14の対応リップに密封される。オーバーパック12の上方カバー部分14の各側部上のキー50は、図2の正面図からよくわかるように、オーバーパックの下方支持部分16の相補的なキー溝に嵌合する。
図2は、端部プレート20を取外した状態の本発明による輸送コンテナ装置10の正面図である。オーバーパック12の上方カバー部分14及び下方支持部分16は共に、中空のステンレス鋼板34で形成され、例えば、ポリウレタンを充填したゲージ11のステンレス鋼シェルを用いることができる。この実施例では、最小厚さ3インチ(7.62cm)のポリウレタンを用いるのが好ましい。好ましい実施例において、オーバーパックの中空チャンネル37は、管状コンテナ26の外形に実質的に一致するように形成され、中空チャンネル37の壁は0.5インチ(1.27cm)のホウケイ酸塩のような中性子吸収材料でライニングするとよい。あるいは、管状キャニスター26の外面を厚さ8分の1インチ(0.318cm)のホウケイ酸塩層のような中性子吸収物質でライニングするか、または中性子吸収材料の組み合わせを管状コンテナ26の壁及び中空チャンネル37の壁に用いることができる。図2は、緩衝取付け具28が管状のオーバーパックの軸(図示せず)の両側において下方支持部分16の凹部30に装着される態様を図1よりも分かり易く示している。同様に、上方カバー14をオーバーパック12の下方支持部材16上に配置しやすくするキー50及びキー溝48は、図2にわかりやすく示されている。
図3は、図2に示すものの変形例であり、図2に示す中空チャンネル37上の中性子吸収材料の層42を省略して、代わりに、管状コンテナ26の4つのの全てに厚さ8分の1インチ(0.318cm)の中性子吸収材料層が設けられていることを示す。さらに、図3の実施例は、ステンレス鋼シェル34とポリウレタン36との間に介在する厚さ約半インチ(1.27cm)の断熱材層44を有する。この実施例のポリウレタンの最小厚さは約2.5インチ(6.35cm)である。
好ましい実施例において、オーバーパックの上方カバー部分14は、図4に示すラッチ機構により下支持部分16にラッチされる。オーバーパック上方カバー部分14のリップ53と、下方支持部分16のリップ55とは軸方向に互いに離隔した複数のスロットを有する。ラッチバー56は、上方のリップ53または下方のリップ55の何れかに、クランプアーム54がリップの対応スロット内を摺動できるように固定されている。例えば、ラッチバー56が下方リップ55に結合されたものでは、クランプアーム54は対応スロットを貫通して下方に突出し、拡大突出端部がラッチバー56を下方リップ55に固定する。クランプアーム54は図4に示すようにL字形であるため、リップ53が対応クランプアーム54上に載置されると、ラッチバー56は図面を突き抜ける方向に移動してオーバーパック12の上方カバー部分14を下方支持部分16にロックすることができる。その後、クランプアーム54はそのロック位置で固定可能である。外部レバーを用いてラッチバーを開位置または閉位置に摺動させることが可能であり、約4インチ(10.16cm)のストロークが望ましい。ロックの作動及びロックの解除を容易にするために、摺動表面に低摩擦被覆を施すとよい。
図5は、燃料集合体74が配置された開いた状態の管状コンテナ26の斜視図である。燃料集合体74は、グリッドストラップ78、下部ノズル77及び上部ノズル(図示せず)により離隔関係に維持された燃料要素76の平行離隔配列体より成る。グリッドストラップは、卵箱構成であり、燃料要素76間に原子炉動作時に原子炉冷却材が流れるための流れチャンネルを形成するように離隔関係に維持される。燃料集合体74は、管状コンテナ26の底部68に固定されるネオプレンまたはコルクゴムの底部パッド72上に載置されている。ネオプレンまたはコルクゴムのパッド72は、燃料集合体を支持し緩衝する。管状コンテナ26の上方端部70(図6に示す)により支持される燃料集合体74の上方には、同様な構成が設けられている。管状コンテナ26は、その下部68及び上部70に固定された2つの静止壁5860を有する。コンテナ26は、キングピン67(図6に示す)を中心として回転するヒンジ66により静止58、60の隣接端縁部にヒンジ付けされる2つの可動62、64を有する。2つの可動は、キングピンを挿入した同様なヒンジ66により連結されるとラッチ状態になる。このようにして、可動62、64はヒンジを取付けた任意のつなぎ目で開くことができるため、管状コンテナ26の内部に多数の異なる方向からアクセスすることが可能であり、障害物のある種々の環境での積み降ろしを容易にする。管状コンテナ26は、例えば厚さ0.375インチ(0.9525cm)のアルミニウムで形成するのが好ましい。
58、60、62、64の内壁は鉄フェライト複合材料のシート80で覆われるが、磁気裏打ち材を有するネオプレンまたはコルクゴムのパッド82はネオプレンまたはコルクゴム側をグリッドの高さのグリッドの外側ストラップ上に載るようにそのグリッドの高さで磁力により固着する。パッド上の磁気結合により、多種多様な原子燃料コンポーネントの設計に適応するようにそれらを調整することができる。ネオプレンまたはコルクゴムのパッドはグリッドの材料ほど硬くはなく、62、64が閉位置にある時グリッドを損傷なしに定位置に固定し、輸送時に燃料集合体に対して緩衝作用をする。管状コンテナ26の内部を燃料棒のような他の燃料コンポーネントの輸送に利用できるが、それらのコンポーネントをしっかりと保持する挿入物を別個に管状コンテナ26内で使用する。図6は
、鉄フェライト複合材料のシート80とヒンジ取付け位置とをわかりやすく示すものである。あるいは、ネオプレンまたはコルクゴムのパッドの裏側上のクリップを、58、60、62、64の内壁上の多数の高さにあるスロット内に支持することができる。パッドの軸方向の調整はパッドをスロット間を移動させることにより行える。
図7は、ロシア型VVER原子炉に用いるような六角形の燃料を輸送する六角形の管状コンテナ26を示す単純化された上面図である。このケースでは、4つの静止58、59、60、61があり、2つの可動が上述したようにヒンジ接続されている。図7に示す管状コンテナ26の実施例は、他の全ての点については図5及び6に示すものと同じである。
燃料集合体または他の原子燃料コンポーネントが管状コンテナ26に積み込まれると、可動62、64を閉じてキングスピン67で固定し、管状コンテナ26をオーバーパックの下方支持部分16のV字形チャンネル32内に装荷する。その後、オーバーパックの上方カバー部分14を下方支持部分16と係合する位置に降下させ、ラッチ52を固定することができる。このようにすると、原子燃料製品を水平の姿勢で安全輸送することができる。オーバーパックは、多くの異なる種類の燃料コンポーネントを輸送できるという融通性を提供する。
図9及び10は、オーバーパック12の別の実施例を示す。オーバーパック12の下方支持部分16は、上方カバー部分が下方支持部分へキー付けされていること、また図1に示す前蓋20がないことを除き、図1に示すものとほとんど同じである。脚部18も図示のように異なる。図8及び9に示す実施例の上方カバー部分14は、それぞれが下方支持部分16にヒンジ接続された部分84、86に分割されている。これらの部分86、84を閉じると、係合表面88、90がキー溝に沿って交差し、ラッチすることができる。前蓋92はほぼ矩形であり、一方の上方半部分84の一体的部分として形成されている。前蓋92は、閉位置で下方支持部分16の密封用前溝94内に収まる。吊り下げ用ラグ96が、キャスクを輸送コンテナへまたは輸送コンテナから移送するために設けられている。図8及び9に示す実施例では、上部84及び86が旋回するため、オーバーパック12の開閉及び管状コンテナ26の積み込みが容易になる。
図10は、図8及び9に示すオーバーパック12と、六角形の燃料組立体を輸送する六角形管状コンテナまたは部材26´とを示す。他の全ての点で、オーバーパック12と管状コンテナは例示したものと同じである。
本発明の特定の実施例を詳細に説明したが、当業者は本願の開示全体から種々の変形例及び設計変更が可能であることがわかるであろう。従って、図示説明した特定の実施例は本発明の例示にすぎず、本発明の範囲を限定するものではなく、その範囲は頭書の特許請求の範囲及びその任意及び全ての均等物の全幅を与えられるべきである。
本発明の輸送コンテナ装置の斜視図である。 本発明の輸送コンテナ装置の正面図であり、オーバーパックの内側チャンネルをライニングする中性子減速材料を示す。 本発明の輸送コンテナ装置の正面図であり、ステンレス鋼のシェルの内面をライニングする断熱材料と、燃料集合体を取り囲む管状コンテナの外面をライニングする中性子吸収材料とを示す。 オーバーパックの上方カバー部分と下方支持部分を一緒に固定するためのラッチ機構を示す斜視図である。 管状コンテナの2つのが旋回して開いた原子燃料組立体を収容する管状コンテナの斜視図である。 4つ全ての側壁が閉じた状態の管状コンテナの上面図である。 ロシア型VVER原子炉に使用されるような六角形燃料を収容する六角形管状コンテナの単純化した上面図である。 完全に開いた位置で示す本発明の輸送コンテナ装置の別の実施例を示す別の正面図である。 上部が部分的に閉じた図8の輸送コンテナ装置の正面図である。 六角形燃料組立体を収容するための本発明の輸送コンテナ装置の別の実施例を示す正面図である。

Claims (13)

  1. 原子燃料製品の輸送コンテナ装置(10)であって、
    原子燃料製品を内部で受けて支持するように設計され、外面が、軸方向寸法に亘って延び、接合部で180°未満の内角で当接してV字形を形成する実質的に平坦な少なくとも2つの壁(58、60)及び内部へのアクセスを可能にする少なくとも1つの可動壁(62、64)を有する細長い管状コンテナ(26)と、
    軸方向寸法が少なくとも前記管状コンテナ(26)と同じであり、内部の断面が前記管状コンテナ(26)よりも大きい細長い管状オーバーパック(12)と、
    前記管状オーバーパック(12)を水平姿勢で支持する手段(18)とより成り、
    前記管状オーバーパック(12)は、軸方向寸法に亘って延びる、上方カバー部分(14)及び下方支持部分(16)より成り、前記上方カバー部分(14)及び前記下方支持部分(16)の2組の隣接する周方向端部(53、55)のうちの少なくとも1組は前記管状オーバーパックの内部へのアクセスを可能にするラッチ機構(54、56)を有し、
    前記管状オーバーパック(12)の前記下方支持部分(16)は前記管状オーバーパック中心軸の半径方向両側において複数の緩衝取付け具(28)を支持し、
    前記複数の緩衝取付け具(28)は、前記管状オーバーパック(12)が水平姿勢で支持されると、一方の側の緩衝取付け具(28)が前記管状コンテナの前記実質的に平坦な少なくとも2つの壁(58、60)のうちの第1の壁を、また、もう一方の側の緩衝取付け具(28)が前記管状コンテナの前記実質的に平坦な少なくとも2つの壁(58、60)のうちの第2の壁を、前記管状コンテナ(26)が前記下方支持部分(16)から離隔し、前記V字形の接合部が前記管状オーバーパック(12)内で最下点に来るように、支持することを特徴とする、原子燃料製品の輸送コンテナ装置。
  2. 前記管状コンテナ(26)は矩形または六角形の断面を有する請求項1の輸送コンテナ装置。
  3. 前記管状コンテナ(26)の前記少なくとも1つの可動壁は互いに隣接する第3及び第4の壁(62、64)より成り、前記第3及び第4の壁(62、64)は前記管状コンテナ(26)の前記実質的に平坦な少なくとも2つの壁(58、60)に軸方向に離隔した複数のヒンジ接続され、前記第3及び第4の壁(62、64)は互いに当接する接合部
    において解除可能なようにラッチされ、ラッチを解除すると前記第3及び第4の壁(62、64)を旋回させて前記管状コンテナの内部にアクセスできる請求項の輸送コンテナ装置。
  4. 前記管状コンテナ(26)は実質的にアルミニウムにより形成されている請求項1の輸送コンテナ装置。
  5. 前記原子燃料製品は複数の燃料要素(76)の配列体を支持する格子(78)を有する原子燃料集合体(74)より成り、
    前記原子燃料集合体(74)が前記管状コンテナ(26)内にある時、軸方向に調整自在なパッド(82)が前記格子(78)と接触するように前記格子の(78)位置の軸方向高さで前記管状コンテナ(26)の内側表面に固着可能である請求項1の輸送コンテナ装置。
  6. 前記格子(78)に接触する前記パッド(82)の面は、前記格子(78)が作られている材料よりも軟らかい材料で形成されている請求項5の輸送コンテナ装置。
  7. 前記格子(78)に接触する前記パッド(82)の前記面はコルクゴムで形成されている請求項6の輸送コンテナ装置。
  8. 前記第3及び第4の壁(62、64)の前記当接接合部はキングピン(67)を中心として回転するヒンジ(66)により接続され、前記キングピン(67)を取外すとラッチが解除されるため、前記第3及び第4の壁(62、64)を旋回させ開くことができる請求項3の輸送コンテナ装置。
  9. 前記管状コンテナ(26)の前記実質的に平坦な少なくとも2つの壁(58、60)及び前記少なくとも1つの可動壁(62、64)のうち少なくとも1つの壁の表面に中性子吸収材料(42)が固着されている請求項1の輸送コンテナ装置。
  10. 前記管状オーバーパック(12)の前記上方カバー部分(14)及び前記下方支持部分(16)はステンレス鋼の中空シェルで形成され、前記中空シェルの中空領域にはポリウレタン(36)が充填されている請求項9の輸送コンテナ装置。
  11. 前記中空シェルの中空領域内に断熱材料(44)を含む請求項10の輸送コンテナ装置。
  12. 前記複数の緩衝取付け具(28)は前記管状オーバーパック(12)の前記下方支持部分(16)の周方向端部(53、55)上で軸方向に離隔している請求項1の輸送コンテナ装置。
  13. 前記複数の緩衝取付け具(28)の数は前記管状コンテナ(26)内の輸送される原子燃料製品により異なる前記管状コンテナ(26)の重量にマッチするように選択される請求項1の輸送コンテナ装置。
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