JP5497691B2 - アブレシブウォータジェット切断方法及びその装置 - Google Patents

Description

本発明は、アブレシブウォータジェット切断方法及びその装置に係り、特に、燃料プール内に設置された、燃料集合体を収納している燃料貯蔵ラックの切断に好適なアブレシブウォータジェット切断方法及びその装置に関する。

原子力発電プラントでは、定期検査を行うに際して、原子炉の炉心内に制御棒を挿入して原子炉の運転を停止する。原子炉の運転停止後に、定期検査が行われ、併せて原子炉圧力容器内に存在する炉内構造物の予防保全工事が行われる。その予防保全工事を開始する前に、炉心内に装荷されている全燃料集合体が、原子炉圧力容器から取り出され、燃料プールに設置された燃料貯蔵ラック内に収納され、所定期間の間、保管される。

予防保全工事として、例えば、原子炉圧力容器内に設置された、原子力プラントの構造部材である炉心シュラウドの交換作業が行わる。この炉心シュラウドの交換作業において、原子炉圧力容器から取り出された炉心シュラウドを、アブレシブウォータジェットを用いて切断する方法が、特開２００７−２４５８６号公報に提案されている。この切断方法では、アブレシブとしてアルミナを用いている。

特開２００７−２４５８６号公報

燃料プール内に設置されている燃料貯蔵ラック内に燃料集合体が収納されている状態で、万が一、何らかの原因でその燃料集合体にダメージが与えられたとき、ダメージを受けた燃料集合体を、燃料プール外の所定の場所まで搬出するために、燃料プールから取り出すことは容易なことではない。

そこで、発明者らは、燃料集合体を収納している燃料貯蔵ラックを燃料プール内で切断することを考え、この切断を、アブレシブウォータジェットをノズルから噴出させて行うことを検討した。この結果、発明者らは、アブレシブウォータジェットを用いて燃料集合体を収納している燃料貯蔵ラックを切断した場合には、燃料集合体を構成している複数の燃料棒も切断されて燃料棒内の核燃料物質の一部が燃料プール内の冷却水中に漏洩し、ノズルから噴射される高圧水の噴流によって漏洩した核燃料物質の粒子が燃料プール内の冷却水と共に撹拌され、燃料プール内において局所的に核燃料物質の濃度が高くなり、臨界反応が引き起こされる可能性があると認識するに至った。

本発明の目的は、未臨界状態を維持しながら燃料貯蔵ラック及び燃料集合体を切断できるアブレシブウォータジェット切断方法及びその装置を提供することにある。

上記した目的を達成する本発明の特徴は、水中に配置された、燃料集合体を収納する燃料ラックに向かって中性子吸収材の粒子を含む水流をノズルから噴射させ、噴射された中性子吸収材の粒子により燃料ラック及び燃料ラック内の燃料集合体を切断することにある。

水中に配置された、燃料集合体を収納する燃料ラック及びこの燃料集合体を、アブレシブである中性子吸収材の粒子を用いて切断するので、切断に用いられてその水中に拡散した中性子吸収材の粒子の作用により、切断により水中に漏洩した、燃料集合体に含まれた核燃料物質の水中における濃度が増加しても、この核燃料物質により再臨界になることを防止することができる。このため、未臨界の状態を維持しながら、燃料ラック及び燃料集合体を水中で切断することができる。

上記した目的は、水中に配置された、燃料集合体を収納する燃料ラックに向かって中性子吸収材を含まないアブレシブ及び中性子吸収材を含む水溶液を含む水流をノズルから噴射させ、噴射されたそのアブレシブにより燃料ラック及び燃料集合体を切断することによっても、達成することができる。

本発明によれば、未臨界状態を維持しながら燃料貯蔵ラック及び燃料集合体を水中で切断することができる。

本発明の好適な一実施例である実施例１のアブレシブウォータジェット切断方法を示す説明図である。 図１に示すアブレシブウォータジェット切断方法に用いられるアブレシブウォータジェット切断装置の構成図である。 図２に示す切断ヘッドの詳細縦断面図である。 本発明の他の実施例である実施例２のアブレシブウォータジェット切断方法に用いられるアブレシブウォータジェット切断装置の構成図である。 本発明の他の実施例である実施例３のアブレシブウォータジェット切断方法に用いられるアブレシブウォータジェット切断装置の構成図である。

本発明の実施例を以下に説明する。

本発明の好適な一実施例である実施例１のアブレシブウォータジェット切断方法を、図１及び図２を用いて説明する。

本実施例のアブレシブウォータジェット切断方法に用いられるアブレシブウォータジェット切断装置８を、図１、図２及び図３を用いて説明する。アブレシブウォータジェット切断装置８は、切断ヘッド４、ホウ酸水タンク１１、高圧ポンプ１３、アブレシブタンク１４及び浄化装置１８を備えている。

切断ヘッド４は、混合器６及び切断ノズル５を有する。切断ノズル５は、混合器６に取り付けられ、混合器６に連絡される噴射孔２５を有する（図３参照）。ホウ酸水７が充填されたホウ酸水タンク１１が、ホース１６によって切替バルブ（三方弁）１２に接続される。高圧ポンプ１３が設けられたホース９が、切断ヘッド４に接続され、混合器６に連絡される。アブレシブである炭化ホウ素粒子２６が充填されたアブレシブタンク１４は、ホース１０によって切断ヘッド４に接続される。ホース１０は混合器６に連絡される。圧送空気供給装置２７がホース１０に接続される。吸引ポンプ（水中ポンプ）２９及び浄化装置１８が、吸引ノズル１７に接続されて切替バルブ１２に接続されるホース３２に設けられる。

アブレシブウォータジェット切断装置８を用いた本実施例のアブレシブウォータジェット切断方法を説明する。

原子力プラントの定期検査期間中において原子炉圧力容器内の炉心から取り出された多数の使用済燃料集合体３が、原子炉建屋（図示せず）内の燃料プール１内に設置された複数の燃料貯蔵ラック２内にそれぞれ収納されている（図１参照）。燃料貯蔵ラック２は燃料プール１内に充填された冷却水中に配置されており、燃料貯蔵ラック２に収納された使用済燃料集合体３は、燃料プール１内に保管されている間、循環する冷却水によって冷却される。

燃料貯蔵ラック２内に収納された使用済燃料集合体３の一部が、前述したように、何らかの原因でダメージを受けていることを想定する。

燃料貯蔵ラック２内のダメージを受けた使用済燃料集合体３を、燃料貯蔵ラック２から取り出すことができないので、アブレシブウォータジェット切断装置８を用いて、使用済燃料集合体３を収納している燃料貯蔵ラック２を燃料プール１内で切断する。燃料貯蔵ラック２の切断に際して、アブレシブウォータジェット切断装置８の切断ヘッド４が、燃料交換機２０のマスト２１に取り付けられる。ホウ酸水タンク１１、高圧ポンプ１３、アブレシブタンク１４及び圧送空気供給装置２７が、燃料プール１を取り囲んで原子炉建屋内に形成された運転床２２上に設置される。吸引ノズル１７、吸引ポンプ２９及び浄化装置１８が、燃料プール１内の冷却水中に配置される。

燃料交換機２０も運転床２２上に配置されている。燃料交換機２０は走行台車３０及び横行台車３１を有する。走行台車３０は、燃料プール１を跨いで配置され、運転床２２上に施設されたガイドレール２４に沿って移動する。横行台車３１は、走行台車３０上に設置され、走行台車３０上で走行台車３０の移動方向と直交する方向に移動する。マスト３１は、上下方向に移動可能に横行台車３１に取り付けられる。

マスト２１に取り付けられた切断ヘッド４が燃料プール１内の冷却水に浸漬された状態で、切断ノズル５が切断対象の燃料貯蔵ラック２の切断開始位置付近の真上に位置するように、走行台車３０及び横行台車３１をそれぞれ移動させ、水平方向における切断ノズル５の位置決めを行う。その後、マスト２１を下降させて、切断ノズル５を、燃料貯蔵ラック２の上下方向における切断位置（例えば、燃料貯蔵ラック２の高さの１／２の位置）まで下降する。切断ノズル５が上下方向における切断位置まで下降したとき、マスト２１の下降を停止する。その後、切断ノズル５は、燃料貯蔵ラック２の１つの側面に対向しながらその側面に沿って水平方向に移動される。この切断ノズル５の水平方向における移動は、例えば、横行台車３１を移動させることによって行われ、燃料貯蔵ラック２を、使用済燃料集合体３を収納した状態で高さの１／２の位置で切断する。

この燃料貯蔵ラック２及び使用済み燃料集合体３の切断は、切断ノズル５の噴射孔２５からアブレシブを含む高圧水を噴射することによって行われる。噴射孔２５からのこの高圧水の噴射は以下のようにして行われる。

切替弁１２を操作してホース１６とホース９を連絡し、高圧ポンプ１３及び圧送空気供給装置２７を駆動する。ホウ酸水タンク１１内のホウ酸水７は、ホース１６，９により高圧ポンプ１３に導かれ、高圧ポンプ１３によって約４００ＭＰａに昇圧されてホース９を通って切断ヘッド４の混合器６内に供給される。アブレシブタンク１４内の炭化ホウ素粒子２６が、圧送空気供給装置２７からホース１０内に供給される圧縮空気に随伴して、ホース１０を通って切断ヘッド４の混合器６内に供給される。混合器６内ではホウ酸水７及び炭化ホウ素粒子２６が混合され、炭化ホウ素粒子２６を含むホウ酸水７の、高圧（約４００ＭＰａ）の水流２８が、噴射孔２５から切断対象の燃料貯蔵ラック２に向かって噴射され、燃料貯蔵ラック２に衝突する。水流２８に含まれるアブレシブである炭化ホウ素粒子２６が高速で燃料貯蔵ラック２に衝突する。衝突する炭化ホウ素粒子２６の作用により、炭化ホウ素粒子２６が衝突する位置で、燃料貯蔵ラック２が切断される。燃料貯蔵ラック２内に収納された各使用済燃料集合体３も、燃料貯蔵ラック２の切断に併せて上下方向における同じ切断位置で切断される。

切断ノズル５の噴射孔２５から、炭化ホウ素粒子２６を含むホウ酸水７の高圧の水流２８を噴射させながら、上記したように、横行台車３１を移動させて切断ノズル５を、水平方向において、燃料貯蔵ラック２の１つの側面に沿って移動させる。上下方向の切断位置で、１つの燃料貯蔵ラック２の１つの側面に沿った切断ノズル５（炭化ホウ素粒子２６を含む水流２８を噴射）の水平方向における移動が終了したとき、その燃料貯蔵ラック２及びこの燃料貯蔵ラック２に収納された各使用済燃料集合体３の切断が終了する。

切断ノズル５から噴射された水流２８に含まれるホウ酸水７は、燃料プール１内の冷却水中に拡散する。本実施例では、燃料プール１内の冷却水のホウ酸の濃度を、分析装置を用いて測定する。ホウ酸濃度の測定は、所定の時間間隔で、燃料プール１内の冷却水を採取し、採取した冷却水を分析してこの冷却水に含まれるホウ酸濃度を測定する。測定された冷却水中のホウ酸濃度が、設定濃度以上になったとき、切替バルブ１２を切り替えてホース３２とホース９を連絡する。この設定濃度は、ホウ酸水タンク１１から切断ノズル５にホウ酸水７を供給しなくても、燃料プール１内の冷却水に含まれる炭化ホウ素粒子２６及びホウ酸水７として供給されたホウ酸によって冷却水中の核燃料物質により再臨界が生じることを防止することができるホウ酸の濃度である。

切替バルブ１２でホース９とホース３２が連絡されたとき、吸引ポンプ２９が駆動されて燃料プール１内の、炭化ホウ素粒子２６及びホウ酸を含む冷却水が、吸引ノズル１７から吸引されてホース３２内に流入する。ホース３２内に流入した炭化ホウ素粒子２６及びホウ酸を含む冷却水は、吸引ポンプ２９で昇圧され、浄化装置１８に導かれる。浄化装置１８では、冷却水に含まれる炭化ホウ素粒子２６、燃料貯蔵ラック２の切断粉及び燃料プール１内の冷却水に元々含まれているクラッド等が除去される。浄化装置１８で浄化された、ホウ酸を含む冷却水は、ホース３２及び９を経て高圧ポンプ１３に導かれ、高圧ポンプ１３により約４００ＭＰａに昇圧される。吸引ノズル１７から吸引された、燃料プール１内の冷却水が、高圧ポンプ１３に供給されているときには、ホウ酸水タンク１１内のホウ酸水７が高圧ポンプ１３に供給されることはない。

高圧ポンプ１３で昇圧された高圧のホウ酸を含む冷却水は、切断ヘッド４の混合器６内に導かれ、ホース１０を通して供給される炭化ホウ素粒子２６と混合される。炭化ホウ素粒子２６を含む高圧の冷却水は、混合器６から噴射孔２５に導かれ、水流２８となって切断対象の各燃料貯蔵ラック２に向かって噴射される。燃料貯蔵ラック２及びこの燃料貯蔵ラック２に収納された使用済燃料集合体３が、噴射されたその水流２８に含まれる炭化ホウ素粒子２６の作用により切断される。

もし、吸引ノズル１７から吸引された冷却水を含む水流２８の噴射によって、燃料プール１内の冷却水に含まれるホウ酸の濃度が、燃料プール１内の冷却水に含まれる炭化ホウ素粒子２６及びホウ酸によって冷却水中の核燃料物質により再臨界が生じることを防止することができるホウ酸の濃度よりも低下したときには、切替バルブ１２を切り替えて、ホウ酸水タンク１１内のホウ酸水７を混合器６に供給し、ホウ酸水７を含む水流２８を、切断ノズル５から噴射する。

切断ノズル５から噴射される炭化ホウ素粒子２６によって使用済燃料集合体３に含まれる燃料棒が切断されるとき、その切断位置で各燃料棒内に存在した核燃料物質が噴射された水流２８によって、燃料プール１内の冷却水中に吹き飛ばされる。また、切断時における高速の水流２８の燃料貯蔵ラック２および使用済燃料集合体３への衝突によって、使用済燃料集合体３に衝撃を与え、この使用済燃料集合体３が振動する。このため、燃料棒の切断箇所から燃料棒内の核燃料物質の一部が冷却水中に漏洩する。燃料貯蔵ラック２および使用済燃料集合体３の切断が進行すると、上記した理由により、使用済燃料集合体３から燃料プール１の冷却水に含まれる核燃料物質の濃度が増加する。冷却水中の核燃料物質の濃度が上昇すると、最悪の場合、核燃料物質の再臨界が生じる可能性を否定することができない。しかしながら、本実施例では、燃料貯蔵ラック２等の切断に用いるアブレシブとして中性子吸収材である炭化ホウ素粒子２６が用いられており、切断ノズル５から噴射された炭化ホウ素粒子２６は燃料プール１内の冷却水中に拡散して存在するので、上記の切断作業によって燃料プール１内の冷却水中の核燃料物質の濃度が増加しても、炭化ホウ素粒子２６の作用により、再臨界を生じることを防止することができる。すなわち、燃料貯蔵ラック２および使用済燃料集合体３の切断によって冷却水中の核燃料物質の濃度が増加しても、未臨界の状態を維持することができる。

また、本実施例では、切断時に切断ノズル５から噴射される水流２８はホウ酸水７を含んでおり、切断ノズル５から噴射されたホウ酸水７も、燃料プール１内の冷却水中で拡散する。このホウ酸水７に含まれるホウ素（中性子吸収材）も、中性子を吸収するので、炭化ホウ素粒子２６と同様に、冷却水に含まれる核燃料物質による再臨界を防止することができる。

本実施例は、未臨界の状態を維持して、燃料貯蔵ラック２及び燃料貯蔵ラック２に収納された使用済燃料集合体３を燃料プール１内の冷却水中でアブレシブウォータジェットを用いて切断することができる。アブレシブウォータジェットを用いて燃料貯蔵ラック２及び燃料貯蔵ラック２に収納された使用済燃料集合体３を切断するので、これらの切断を容易に行うことができる。

本実施例は、切替バルブ１２の切替えによってホウ酸を含む燃料プール１内の冷却水を水流２８として切断ノズル５から噴射させて、燃料貯蔵ラック２等の切断に使用するので、この切断時に使用するホウ酸水タンク１１内のホウ酸水７の使用量を低減することができる。

本実施例では、アブレシブとして、ホウ素化合物である炭化ホウ素粒子２６以外に、ハフニウムの粒子を使用しても良い。炭化ホウ素粒子２６およびハフニウムの粒子は、中性子吸収材の粒子である。

本実施例は、燃料貯蔵ラック２内に、定期検査時に炉心から取り出されて寿命に到達していない燃料集合体が燃料貯蔵ラック２内に収納されている状態で、または炉心に装荷する前の燃焼度０ＧＷｄ／ｔの燃料集合体が燃料貯蔵ラック２内に収納されている状態で、これらの燃料集合体が前述したようにダメージを受けている場合であっても、燃料貯蔵ラック及びこの燃料貯蔵ラック内の燃料集合体を切断することができる。

後述の実施例２及び３でも、燃料貯蔵ラック２内に、定期検査時に炉心から取り出されて寿命に到達していない燃料集合体が燃料貯蔵ラック２内に収納されている状態で、または炉心に装荷する前の燃焼度０ＧＷｄ／ｔの燃料集合体が燃料貯蔵ラック２内に収納されている状態で、燃料貯蔵ラック及びこの燃料貯蔵ラック内の燃料集合体を切断することができる。

本発明の他の実施例である実施例２のアブレシブウォータジェット切断方法を、図４を用いて説明する。

本実施例のアブレシブウォータジェット切断方法に用いられるアブレシブウォータジェット切断装置８Ａは、実施例１に用いられるアブレシブウォータジェット切断装置８においてホウ酸水タンク１１を水タンク３３に替え、切替弁１２、吸引ノズル１７、浄化装置１８、吸引ポンプ２９ホース３２を取り除いた構成を有する。中性子吸収材であるホウ素を含まない水３４が充填された水タンク３３は、ホース９によって高圧ポンプ１３に接続される。アブレシブウォータジェット切断装置８Ａの他の構成はアブレシブウォータジェット切断装置８と同じである。

本実施例では、燃料貯蔵ラック２及び燃料貯蔵ラック２に収納された使用済燃料集合体３の切断時に切断ノズル５から噴射される水流２８は、炭化ホウ素粒子２６、及び水タンク３３からホース９を通って供給されたホウ素を含まない水３４を含む水流である。

本実施例によれば、炭化ホウ素粒子２６及び水３４を含む水流２８を燃料貯蔵ラック２に向かって噴射するので、水流２８に含まれる炭化ホウ素粒子２６の作用によって燃料貯蔵ラック２及び燃料貯蔵ラック２に収納された使用済燃料集合体３を切断することができる。水流２８に含まれてその切断に使用された炭化ホウ素粒子２６は、燃料プール１内の冷却水中に拡散する。このため、使用済燃料集合体３の切断によってその冷却水に含まれる核燃料物質の濃度が増加しても、冷却水中に拡散された炭化ボロン２６の作用により、実施例１と同様に、再臨界を生じることを防止でき、未臨界の状態を保持することができる。

本発明の他の実施例である実施例３のアブレシブウォータジェット切断方法を、図５を用いて説明する。

本実施例のアブレシブウォータジェット切断方法に用いられるアブレシブウォータジェット切断装置８Ｂは、実施例１に用いられるアブレシブウォータジェット切断装置８においてアブレシブタンク１４をアブレシブタンク３５に替えた構成を有する。アブレシブタンク３５はアブレシブとして炭化ホウ素粒子２６の替りにアルミナ粒子３６を充填している。ホース１０がアブレシブタンク３５に接続される。アブレシブウォータジェット切断装置８Ｂの他の構成はアブレシブウォータジェット切断装置８と同じである。

本実施例では、燃料貯蔵ラック２及び燃料貯蔵ラック２に収納された使用済燃料集合体３の切断時に切断ノズル５から噴射される水流２８は、アブレシブタンク３５からホース１０を通して切断ヘッド４に供給されたアルミナ粒子３６、及びホース１６及びホース９を通って供給されたホウ酸水７を含む水流である。本実施例では、切断ノズル５から噴射される水流２８は、アブレッシブルとして、中性子吸収材（例えば、炭化ホウ素およびハフニウム）の粒子を含んでいなく、水流２８に含まれるアルミナ粒子３６も中性子吸収材を含んでいない。

本実施例によれば、アルミナ粒子３６及びホウ酸水７を含む水流２８を燃料貯蔵ラック２に向かって噴射するので、水流２８に含まれるアルミナ粒子３６の作用によって燃料貯蔵ラック２及び燃料貯蔵ラック２に収納された使用済燃料集合体３を切断することができる。噴射された水流２８に含まれたホウ酸は実施例１と同様に、燃料プール１内の冷却水中に拡散する。このため、使用済燃料集合体３の切断によってその冷却水に含まれる核燃料物質の濃度が増加しても、冷却水中に拡散されたホウ酸の作用により、実施例１と同様に、再臨界を生じることを防止でき、未臨界の状態を保持することができる。また、実施例１と同様に、吸引ノズル１７から吸引されたホウ酸を含む冷却水を、水流２８としてアルミナ粒子３６と共に切断ノズル５から噴射することができる。このため、ホウ酸水タンク１１内のホウ酸水７の使用量を低減することができる。

実施例３では、アルミナ粒子３６の替りに、アブレシブとして鋳鋼の粒子を用いても良い。アルミナ粒子３６及び鋳鋼の粒子はホウ素を含んでいないアブレシブである。

１…燃料プール、２…燃料貯蔵ラック、３…使用済燃料集合体、４…切断ヘッド、５…切断ノズル、６…混合器、７…ホウ酸水、８，８Ａ，８Ｂ…アブレシブウォータジェット切断装置、９，１０，１６，３２…ホース、１１…ホウ酸水タンク、１２…切替バルブ、１３…高圧ポンプ、１４，３５…アブレシブタンク、１７…吸引ノズル、１８…浄化装置、２０…燃料交換機、２１…マスト、２２…運転床、２６…炭化ホウ素粒子、２７…圧送空気供給装置、３３…水タンク、３４…水、３６…アルミナ粒子。

Claims (11)

1. 水中に配置された、燃料集合体を収納する燃料ラックに向かってアブレシブルである中性子吸収材の粒子を含む水流をノズルから噴射させ、噴射された前記中性子吸収材の粒子により前記燃料ラック及び前記燃料集合体を切断するアブレシブウォータジェット切断方法。
2. 前記中性子吸収材の粒子が、ホウ素化合物の粒子およびハフニウムの粒子のいずれかである請求項１に記載のアブレシブウォータジェット切断方法。
3. 前記ノズルから噴射される前記水流が中性子吸収材を含む水溶液を含んでいる請求項１または２に記載のアブレシブウォータジェット切断方法。
4. 前記中性子吸収材を含む水溶液がこの水溶液を蓄えたタンクから前記ノズルに供給される請求項３に記載のアブレシブウォータジェット切断方法。
5. 前記ノズルに供給される前記中性子吸収材を含む水溶液が、前記燃料貯蔵ラックの周囲に存在する、前記中性子吸収材を含む前記水であり、前記タンクから前記ノズルへの前記中性子吸収材を含む水溶液の供給が停止される請求項４に記載のアブレシブウォータジェット切断方法。
6. 前記中性子吸収材を含む水溶液がホウ素を含む水溶液である請求項３ないし５のいずれか１項に記載のアブレシブウォータジェット切断方法。
7. 水中に配置された、燃料集合体を収納する燃料ラックに向かって中性子吸収材を含まないアブレシブ及び中性子吸収材を含む水溶液を含む水流をノズルから噴射させ、噴射された前記アブレシブにより前記燃料ラック及び前記燃料集合体を切断するアブレシブウォータジェット切断方法。
8. 前記中性子吸収材を含む水溶液がホウ素を含む水溶液である請求項７に記載のアブレシブウォータジェット切断方法。
9. 中性子吸収材の粒子が充填された第１タンクと、水が充填された第２タンクと、前記水を昇圧するポンプと、前記第１タンク内の前記中性子吸収材の粒子及び前記ポンプで昇圧された前記水を混合された状態で噴射するノズルとを備えたことを特徴とするアブレシブウォータジェット切断装置。
10. 前記第２タンクが、中性子吸収材を含む前記水を充填した第２タンクである請求項９に記載のアブレシブウォータジェット切断装置。
11. 中性子吸収材を含まないアブレッシブが充填された第１タンクと、中性子吸収材を含む水溶液が充填された第２タンクと、前記水溶液を昇圧するポンプと、前記第１タンク内の前記アブレシブ及び前記ポンプで昇圧された前記水溶液を混合された状態で噴射するノズルとを備えたことを特徴とするアブレシブウォータジェット切断装置。

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