JP5173834B2 - 冷却槽で使用済み核燃料が装填されたキャニスタをシールするための方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、一時貯蔵または再処理、さらには深いサイトでの貯蔵のために、冷却槽に使用済み核燃料を装填する方法と、冷却槽内で使用済み核燃料を収容したキャニスタをシールするための装置とに関する。

原子炉で使用した後の使用済み燃料の処理の一部には、通常原子炉建屋の隣に位置する燃料建屋と呼ばれる建屋で使用済み燃料を冷却するステップが含まれる。
この冷却ステップが完了すると、使用済み燃料は冷却槽から取り出され、その後、再処理か地質学的貯蔵のいずれかによる処分まで一時貯蔵場所に取り置かれる。
冷却槽での冷却ステップは、冷却槽容量の削減のために、時間が制限される。

本文中では、第一の閉じ込め障壁を形成するキャニスタに使用済み燃料を充填することが想定され、ここで各キャニスタはそれ自体が、第二の閉じ込め障壁を形成しアセンブリに機械的強度を付与するコンテナ内に配置される。このコンテナは、キャニスタを一時貯蔵場所に輸送するように設計される。

現在、使用済み核燃料は、遮蔽壁による閉じ込めと放射線防護を提供するホットセル内で充填される。これらのホットセルは、重く費用のかかる構造物を使うという不利点がある。

文献ＦＲ２８０６８２８号は、キャニスタの開口端をシールするように設計された鐘形ジャーを備えた、使用済み燃料のキャニスタを水中でシールするための装置を開示しており、ここでは、ロボットが、鐘形ジャーを外部環境と繋ぐチューブを介して鐘形ジャーの内部へと入り、該ロボットはキャニスタにキャップを取り付けるようにできている。

該装置では、キャップを取り付ける前にキャニスタ内部の水を吸い出すチューブを挿入できる。
この装置およびそれに関連する方法は、キャニスタが密封されたか否かの確認が行われないため、核燃料の安全な包装を提供するものではない。さらに、使用済み燃料を冷却槽から取り出したとき、燃料を外部環境から隔てるのは、キャニスタによって形成されるただ一つの生物学的保護のみである。

さらに、該鐘形ジャーは、流路を形成する特に溶接ダクトによって外部環境と繋がっている。その結果、放射物の密封を実現することが困難である。

文献ＤＥ８９０６９３８号は、キャニスタに核燃料を閉じ込める設備を記載しており、この設備はプール内に配置される。
この二つの部分からなる設備は、内部に燃料が充填される前のキャニスタが直接配置される下部円筒形ハウジングを備え、鐘形ジャーがコンテナの上端を覆う。下部ハウジングの底部には、キャニスタに入った水の排出部がある。
この貯蔵では、キャニスタによって形成されるただ一つの生物学的保護しか提供されない。

さらに、この設備は非常に大型で、取り扱い難く、他の冷却槽に配置するために輸送することが特に難しい。
さらに、コンテナが密封できたか否か確認することは記載されていない。
ＦＲ２８０６８２８号 ＤＥ８９０６９３８号

よって、本発明の目的は、被爆のリスクなしで大気中で貯蔵することができる使用済み核燃料の封じ込め方法を提案することである。

本発明の別の目的は、二重の生物学的保護を提供する封じ込めにおいて、使用済み核燃料を冷却槽に安全に封じ込める装置を提案することである。

本発明のまた別の目的は、周知の装置と比較して安価な、冷却槽中でキャニスタをシールする装置を提案することである。

上述の目的は、
−コンテナ内のキャニスタを冷却槽に沈め、
−コンテナの上端にシール装置を取り付け、
−シール装置内の水位を、コンテナの開口端よりも低い位置まで下げ、
−キャニスタにキャップを取り付け、
−キャニスタから水を排出し、
−密封できたか確認する
ステップからなる、冷却槽で核燃料を封じ込める方法によって達成される。

本発明による装置は、キャニスタを保持するコンテナを覆うことができる鐘形ジャーを備え、ここで鐘形ジャーは、キャニスタにキャップを取り付け、キャニスタから水を抜いて乾かし、キャニスタ内に水がないこととキャップによる密封密封されたことを確認する手段を具備する。
鐘形ジャーは、冷却槽内に格納され、核燃料が充填されたときにコンテナを覆うようにコンテナの上方に配置される。

本発明の装置は、容易に輸送できるという利点を持つ。当該装置では、燃料を一時貯蔵冷却槽で直接封じ込めることができ、ホットセルといった重量のある手段が不要となる。よって、こういった装置は操業費用が削減される。
さらに、冷却槽での直接の充填は、水による生物学的保護が提供されるという利点をもたらし、完全に安全な生物学的および機械的保護なしで使用済み燃料が輸送されることを回避する。
鐘形ジャーは、燃料要素の乾燥と、シールしたカバーのキャニスタへの溶接と、密封の確認を可能とする機器を備える。これらは全て遠隔操作でき、水中で行われる。

したがって、本発明の主題は、
−コンテナおよびキャニスタを冷却槽に沈め、
−キャニスタに核燃料を装填し、
−コンテナの上端をシールする装置をキャニスタに適合させ、ここで該装置は少なくとも第一のキャニスタキャップを備え、
−水位を充填体の開口端よりも低く保つように装置内の気圧を維持し、
−装置内の手段によってキャニスタの開口端にキャップを取り付け、
−装置内の排出手段によってキャニスタから水を抜き、
−キャップによって提供される密封を確認し、
−装置を取り外す
ステップからなる、コンテナに収容されたキャニスタ内に、冷却槽で核燃料を充填する方法である。

キャニスタから水を抜くとき、ポンプ手段によって排水した後、キャニスタに気体を送り込んでキャニスタ内部を乾かす。
水を抜いた後、例えば圧力上昇の測定確認を行うのが好ましい。

密封の確認は、
−キャニスタ内部にヘリウムを送り込んで、ヘリウムでキャニスタ内部を加圧し、
−ヘリウムスペクトロメータを用いてヘリウムの漏れを検出する
ことを含んでよい。

好ましくは、第一のキャップは溶接によって取り付けられる。
シール装置に収容されている第二のキャップは、有利にはシール装置を取り外す前に第一のキャップに取り付けられ、ここで、シール装置は保持手段を備えてよい。
シール装置の引き抜き後にジャーにキャップを付けることも可能である。

充填体およびシール装置は、特に閉じ込めを自動化できるように互いに対して所定の位置に配置されるのが極めて好ましい。

本発明の主題はまた、コンテナ内部に置かれたキャニスタを、冷却槽内でシールする装置であって、ここで当該キャニスタには使用済み燃料が装填されており、当該装置は、鐘形ジャー、コネクタを具備した少なくとも一つの第一のキャップ、当該キャップをキャニスタに取り付ける手段、キャップをキャニスタに取り付ける手段、排水手段、完全な排水を確認する手段、およびキャップでのキャニスタの密封を制御する手段を備える。

シール装置は、キャニスタにキャップを取り付ける手段を形成するアームを備えていてもよい。
水抜き手段は、ポンプと、キャニスタに気体を送り込んでキャニスタを乾かす手段とを備えてよく、ここで当該ポンプおよび当該送り込んで手段は、少なくとも一つのコネクタによって接続されていてよい。
好適には、シール確認手段は、キャニスタにヘリウムを注入する手段と、ヘリウムスペクトロメータとを備え；ヘリウム注入手段は少なくとも一つのコネクタに接続されていてよい。

取り付け手段は、有利には溶接手段であり、ここでこれらの手段は、鐘形ジャー内にあるアームによってキャニスタに近づけられる。
有利には、シール装置は、複数の第一のキャップを格納する装置を含んでよく、これによってシール装置を持ち上げずに複数のキャニスタを閉じ込めることができる。
シール装置はまた、第一のキャップに取り付けられるように設計された複数の第二のキャップを格納する装置を備えてよい。
本発明は、以下の説明を読み添付の図面を見ることでより明確に理解されるであろう。

特定の実施例についての詳細な説明
図１Ａおよび１Ｂは、使用済み核燃料４が冷却されるように保存された、水の満たされた冷却槽２を示す。これらの燃料は、複数の燃料棒または燃料板または他の形の集合体の形態であってよい。
この冷却槽は、使用しないときでも冷却槽に沈めておける本発明によるシール装置Ｄを収容できる。

冷却槽２は、内部にキャニスタ１２が配置されたコンテナ１０を保持する土台８が配設された底面６を備える。このキャニスタ１２は、使用済み燃料を収容するように設計され、第一の閉じ込め障壁を形成し、ここで、コンテナ１０はそれ自体が、第二の閉じ込め障壁を形成し、またアセンブリに機械的耐性を付与する。
コンテナ１０は、生物学的閉じ込めと、一時貯蔵場所への輸送中のその機械的保護とを提供するように設計される。
以下の説明において、コンテナ１０およびキャニスタ１２のアセンブリを充填体と呼び、参照番号１１で示す。

本発明による方法は、図２においてブロック図で示され、特に：
−ステップ１００において、キャニスタ１２が既に内部に配置されているコンテナ１０を沈め、
−ステップ２００において、充填体を覆うように装置Ｄを充填体の上方に配置し、ここで装置の下部端２８は冷却槽の底面にある土台８に載り（図３）、
−ステップ４００において、充填体１１の開口端３０よりも低い高さに水位を保ち、
−ステップ５００において、キャップをキャニスタに適合させて堅固に取り付け、ここでシール装置は、キャニスタ内の水を取り除き、キャニスタ内部を乾かし、防漏に役立つ密封されたことを確認できる手段を有し、
−ステップ６００において、キャニスタ内の水を抜き、
−ステップ７００において、キャニスタを点検して水が残っていないことを確かめ、
−ステップ８００において、キャニスタの密封を確認する。

図３に示す装置Ｄは、実質的な断面が逆さにしたＵ型の鐘形ジャー１４を備え、これは、充填体の上方に配置されるように冷却槽内で移動させることができる。
鐘形ジャーは、該鐘形ジャーの上部に取り付けられ頭上クレーンに繋がれた吊り下げ手段１５によって動かしてよい。
鐘形ジャー１４は、キャップを取り付ける手段、例えば溶接によってそれらを取り付ける手段、キャニスタ内部から水を抜く手段、キャニスタ内に水がないことを点検する手段、およびキャップコネクタで動作するキャニスタの密封を確認する手段（図示せず）を有する。

鐘形ジャー１４は、上述の手段を実施するための少なくとも一つのアーム、示した例では２つのアーム１６、１６’を備える。
図３に示した例において、本発明による装置は、キャップを取り付けるアーム１６’と、キャップを溶接し閉じ込めを確認するアーム１６とを備える。

例えば２つの伸長部材１６．１、１６．１’、１６．２、１６．２’によって形成されるアーム１６、１６’は、互いに連接されており、ここで該部材の一つは、例えばクランプといった保持手段（図示せず）を具備する。
アーム１６、１６’は、操作者によって外部からコントロールされてもよく、あるいは外部からの介入なくコンピュータプログラムで動かされてもよい。
アーム１６’はキャップを適合させ、有利には空気またはヘリウム注入チューブを適合させ、それらをキャップコネクタに取り付ける。

鐘形ジャー１４は、有利には複数のキャニスタキャップを格納する装置を備える。図３に示した例において、この装置２２は、鐘形ジャー１４の内部壁に配置されている。鐘形ジャー１４内に格納することで、キャニスタの各閉じ込めの度に鐘形ジャーを持ち上げる必要がなくなる。
有利には、この格納装置は、二種類のキャップを格納でき、第一の種類は核燃料と接触するように設計され、第二の種類はキャニスタを保持する手段を備え第一のキャップの外側面に取り付けられるように設計される。
有利には、該二種類のキャップは、別々の格納装置に格納される。

土台８は、鐘形ジャー１４と充填体１１とを、キャニスタ１２の各装填に適した相対位置に配置する手段を備える。
土台８は、例えば、充填体１１の外径にほぼ等しい内径を有するハウジング２４と、鐘形ジャー１４の下方開口端２８の内径とほぼ等しい外径を有するディスク２６とを備え、ここで、示した例では、ディスク２６とハウジング２４は同軸上にある。
その結果、鐘形ジャー１４は、土台８上に取り付けられたとき、一つの定まった位置に配置され、キャニスタもまた然りである。したがって、充填体、特にキャニスタと鐘形ジャーの配置が常に同じであるため、閉じ込め方法を自動化することが可能である。つまり、閉じ込めステップの間に操作者の介入なく、アームを、予め決められたコマンドを使って一直線上で動かすことができる。

次に、本発明による方法の特定のステップについて詳述する。
ステップ１００において、充填体１１を沈め、土台８のハウジング２４に取り付ける。
ステップ３００において、装置Ｄを充填体１１の上方に配置し、鐘形ジャー１４の下方端２８が土台８のディスク２６の周囲に沿った位置に移動する。各充填体１１と鐘形ジャー１４は常に同一の相対位置にある。

ステップ４００において、例えば圧搾空気といった気体を鐘形ジャーに注入する加圧システムによって、水位を充填体１１の開口端３０よりも低く保つ。その結果、充填体１１の上方端３０は、冷却槽内に配置しても空気中にあり、水によって提供される生物学的保護の恩恵を受けつつも、キャニスタ１２を乾燥した環境で閉じ込めることができる。
有利には、鐘形ジャー１４の内側を、収容されている機器に及びうる損傷を最小限に抑えるために、加圧システムにより恒久的に乾いた状態に保つ。さらに、充填体に適合させたときの水位を加圧システムにより維持する。

ステップ５００において、第一のキャップをアーム１６によってその格納装置２２から取り外し、キャニスタ１２の開口端１３上に配置し、キャニスタを完全にシールする。
第一のキャップは、乾燥をコントロールし、ヘリウムをキャニスタに注入することができるコネクタを備える。これらのコネクタは、当業者には周知のセルフシールタイプのものである。ヘリウムをキャニスタに注入した後、コネクタ端部を溶接する。

後述するように、これらのコネクタは、キャニスタ内に水がないか点検し、キャップ適合後にキャップにより提供される密封を確認することができる。
コネクタはまた、ステップ６００によってキャニスタから水を抜くことができる。
このキャップは次いで、有利には溶接によってキャニスタ１２に取り付けられる。キャップはねじ留めされてもよい。
溶接は、例えばタングステン溶接（ＴＩＧ）である。

ステップ６００において、キャニスタ内の水を、キャップのコネクタ端部に接続されたポンプ手段によって取り除く。ポンプ手段による抜き取りに加えて、例えば空気を送り込んでることによってキャニスタ内部を乾かす。
キャップを取り付ける前に排水してもよい。
キャニスタ１２をコンテナ１０の中心と合わせ、コンテナ１０は部分２４と中心が合っている。

ステップ７００において、例えば圧力上昇を測定することによってキャニスタに水がないことを確認する。この測定は、キャニスタを低圧状態に置き、低圧力が持続することを確認することからなる。
測定によってキャニスタ内に水が残っていることが示された場合、ステップ６００を、特に空気の送り込んでによる乾燥について繰り返す。その後、ステップ７００による確認を新たに行う。

測定によってキャニスタ内部が乾燥していることが示された場合、次にステップ８００を実行し、キャップおよび溶接によって提供される密封を確認する。例えば、キャップのコネクタを用いて、気体、有利にはヘリウムを注入し、次いでヘリウムスペクトロメータを用いて、溶接についてヘリウムの漏れがないか点検する。
漏れが検出された場合、つまり溶接が不良である場合、ステップ１３００を実行する。このステップ１３００では、不良が少しだけなら当該溶接を修復することにしてよい。そうでない場合は作業を停止して、鐘形ジャーを取り外し、キャニスタも充填体から取り外し、その後開いて燃料を回収する。

漏れが検出されなかった場合、ステップ９００を実行し、格納装置から第二のキャップを取り外し、例えば溶接によって第一のキャップ上に取り付ける。この第二のキャップによってキャニスタを保持することができる。溶接の場合は、第一のキャップをキャニスタに溶接するのに用いた手段を用いてよい。
第二のキャップを第一のキャップに取り付けない場合、ステップ１０００を直接実行する（点線の矢印）。

その後のステップ１０００において、鐘形ジャーを取り外す。
次いで、ステップ１１００において、キャップをコンテナに取り付ける。
鐘形ジャーがあるときにコンテナ上にカバーを適合させてもよい。
ステップ１２００において、装填されたキャニスタを具備したコンテナを、冷却槽から取り出す。

本発明によるシール装置は、鐘形ジャーおよび上述の方法の実施に必要な全ての手段を備える。
よって、当該シール装置は：
−鐘形ジャー、
−コネクタを具備した少なくとも一つの第一のキャップ、
−キャニスタ上に当該キャップを取り付けるアーム、
−キャニスタ上にキャップを取り付ける手段、
−例えばポンプおよび気体送り込んで手段によって形成される、排水手段、
−圧力上昇を測定することによって完全な排水を確認する手段、および
−ヘリウムを注入し、ヘリウムスペクトロメータを用いてヘリウムの漏れを検出することによって、キャップによるキャニスタの密封を確認する手段
を備える。

したがって、この装置は、完全に自律型であり、冷却槽内に沈められることによって外部環境から隔てられている。鐘形ジャーと大気に晒される環境との間で設備を移動させることがないため、放射能漏れは起こらないだろう。
さらに、シール装置は、人間が介入することなく所定の順序にしたがって動作してよい。逆に、操作者が各ステップをコントロールすることもできる。
鐘形ジャーは、例えば直径２メートル、高さ３メートルである。

本発明によるシール装置は、有利には、使用済み燃料の充填にホットセルのような重量のある手段を用いずに済ませることができる。
本発明によるシール装置は、異なる場所に輸送できるという利点を有し、したがって、複数の冷却槽で用いることができるため費用を削減できる。

さらに、冷却槽内で充填することで、水によって提供される生物学的保護を保つことができる。
さらに、コンテナ内のキャニスタを用いることよって、内部に生物学的保護のない第一のカバーを用いることができる。よって、第一のカバーは厚みが少ない。したがって、キャニスタの高さが抑えられ、その結果、一時貯蔵装置への充填がよりうまく行われる。

図１Ａおよび１Ｂは、それぞれ、停止モードと閉じ込めモードの、本発明による装置と方法を実施する環境を図示したものである。 図２は、本発明による方法の様々なステップの図表である。 図３は、本発明による装填装置の長手方向の断面図である。

Claims (17)

1. コンテナ（１０）に収容されたキャニスタ（１２）を冷却槽（２）内でシールする方法であって：
   ａ）コンテナ（１０）およびキャニスタ（１２）からなる充填体（１１）を冷却槽（２）に沈め、
   ｂ）キャニスタ（１２）に核燃料（４）を装填し、
   ｃ）キャニスタ（１２）をシールする装置（Ｄ）をコンテナ（１０）の上端に適合させ、ここで該装置は少なくとも一つの第一のキャニスタキャップを備え、
   ｄ）水位を充填体（１１）の開口端（３０）よりも低く保つようにシール装置内の気圧を維持し、
   ｅ）シール装置（Ｄ）内部に含まれる手段によりキャニスタ（１２）の開口端（１３）にキャップを取り付け、
   ｆ）装置内の水抜き手段によってキャニスタ（１２）から水を抜き、
   ｇ）キャップによって提供される密封を確認し、
   ｈ）シール装置（Ｄ）を取り外す
   ステップからなる方法。
2. キャニスタ（１２）から水を抜くとき、ポンプ手段によって排水した後、キャニスタ（１２）に気体を送り込んでキャニスタ内部を乾燥させる、請求項１に記載の方法。
3. 水を抜いた後、キャニスタ（１２）内に水がないことを確認する、請求項１または２に記載の方法。
4. 圧力上昇を測定することによって水がないことを確認する、請求項３に記載の方法。
5. シールされた閉じ込めの確認が、
   −キャニスタ内部にヘリウムを送り込んで、ヘリウムでキャニスタ内部を加圧し、
   −ヘリウムスペクトロメータを用いてヘリウムの漏れを検出する
   ことを含んでなる、請求項１ないし４のいずれかに記載の方法。
6. 第一のキャップを溶接によって取り付ける、請求項１ないし５のいずれかに記載の方法。
7. シール装置に収容されている第二のキャップを、シール装置（Ｄ）を取り外す前に第一のキャップに取り付ける、請求項１ないし６のいずれかに記載の方法。
8. シール装置（Ｄ）を取り外した後にコンテナ（１０）上にキャップを取り付ける、請求項１ないし７のいずれかに記載の方法。
9. ステップｃ）の間に、充填体（１１）およびシール装置（Ｄ）を、互いに対して所定の相対位置に配置する、請求項１ないし８のいずれかに記載の方法。
10. コンテナ（１０）に収容されたキャニスタ（１２）を冷却槽内でシールする装置であって、ここで当該キャニスタ（１２）には使用済み燃料が装填されており、水位をキャニスタ（１２）を装填したコンテナの開口端（３０）よりも低く保つように鐘形ジャー内の気圧を維持することができる手段を備えた、コンテナの開口端を覆うように設計された鐘形ジャー（１４）を備え、ここで当該鐘形ジャーはコネクタを具備した少なくとも一つの第一のキャップを収容するように設計されており、ここで当該鐘形ジャーはまた、当該キャップをキャニスタ（１２）に取り付ける手段（１６）、キャップをキャニスタ上に取り付ける手段、排水手段、完全な排水を確認する手段、およびキャップによるキャニスタの密封を確認する手段を含む、装置。
11. キャップを取り付ける手段を形成するアームを備えた、請求項１０に記載の装置。
12. 排水手段が、ポンプと、キャニスタ（１２）に気体を送り込んでキャニスタを乾かす手段とを備え、ここで当該ポンプおよび当該送り込む手段が、前記第一のキャップのコネクタの少なくとも１つに接続されていてよい、請求項１０または１１に記載の装置。
13. シール確認手段が、キャニスタ（１２）にヘリウムを注入する手段と、ヘリウムスペクトロメータとを備える、請求項１０ないし１２のいずれかに記載の装置。
14. ヘリウム注入手段が、少なくとも一つのコネクタに接続されている、請求項１３に記載の装置。
15. 取り付け手段が、溶接手段であり、ここでこれらの手段は、鐘形ジャー内にあるアームによってキャニスタに近づけられる、請求項１０ないし１４のいずれかに記載の装置。
16. 複数の第一のキャニスタ（１２）キャップを格納する装置を備えた、請求項１０ないし１５のいずれかに記載の装置。
17. 第一のキャップに取り付けられるように設計された複数の第二のキャップを格納する装置を備えた、請求項１０ないし１６のいずれかに記載の装置。

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