JP6140760B2 - 使用済み核燃料集合体収納容器、使用済み核燃料集合体収納容器の集合体、使用済み核燃料集合体収納容器の組立方法 - Google Patents
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Description
乾式貯蔵容器として、例えば複数の使用済み核燃料棒を連結した燃料集合体を収納した略円筒形状の金属キャスクが知られている。これら多数の金属キャスクは、内部に収納された核燃料集合体が水中保管後であっても反応しているために高温状態である。そのため、強固で耐震性があり放射線遮蔽能力のある建屋内に間隔をあけて立てて、あるいは横に寝かせて並べて貯蔵していた。
また、別の乾式貯蔵手段として、遮蔽能力のある略円筒形のコンクリート製のキャスク内に核燃料集合体を収納したものを、屋外に間隔を開けて並べる手段が知られている。
また、本発明の他の目的は、十分な遮蔽能力と耐衝撃性を備えていて放射線の遮蔽性を高めた使用済み核燃料集合体収納容器とその収納容器の集合体、そして使用済み核燃料集合体収納容器の組立方法を提供することである。
本発明によれば、金属キャスクを放射線遮蔽性と耐衝撃性の高い容器本体に収納したものを屋外に貯蔵・保管できる。しかも使用済み核燃料集合体収納容器は容器本体の略六角筒形状の外側面同士を当接させてハニカム構造に集積状態で貯蔵でき、少なくともいずれかの外側面に形成した凹部に外気が流通する外部冷却通路を形成することで金属キャスクを冷却することができて高温になることを抑制できる。
本発明によれば、金属キャスクを放射線遮蔽性と耐衝撃性の高い容器本体に収納したものを屋外に貯蔵・保管でき、しかも使用済み核燃料集合体収納容器は容器本体の略六角筒形状の外側面同士を当接させてハニカム構造に集積状態で貯蔵でき、容器本体の内側面及び金属キャスクの間の内部冷却通路を外気が流通することで金属キャスクを冷却することができて高温になることを抑制できる。
屋外の地盤上に使用済み核燃料集合体収納容器を設置した状態で、地震等で振動したとしても容器本体に対して金属キャスクが相対振動して衝突することをストッパで防止できる。
容器本体の上面に先細状のチムニーを設けることで、外部冷却通路や内部冷却通路で金属キャスクと熱交換した気体を上面から排出して、先細状のチムニーを通すことで気体の外部冷却通路や内部冷却通路での流速を速めて金属キャスクの冷却効果を促進できる。
本発明によれば、金属キャスクを通して核燃料集合体から放射される中性子線等の放射線は容器本体を形成する中性子遮蔽コンクリートで遮蔽することができるため、使用済み核燃料集合体収納容器から外部環境に放出される放射線の線量を低減させて許容値内に収めることができる。
本発明によれば、金属キャスクを通して核燃料集合体から放射される中性子線等の放射線は容器本体を形成する高比重の重量コンクリートで遮蔽することができるため、使用済み核燃料集合体収納容器から外部環境に放出される放射線の線量を低減させて許容値内に収めることができる。
本発明によれば、ハニカム構造に集積して配列した複数の使用済み核燃料集合体収納容器について、各容器本体の少なくとも1の外側面が使用済み核燃料集合体収納容器を除去した空間に面しているため、この空間を通して外気を流通させることで容器本体内の金属キャスクを冷却することができる。
多くの使用済み核燃料集合体収納容器内の金属キャスクから放射される放射線は他の使用済み核燃料集合体収納容器の容器本体の壁面に遮蔽されて線量を許容値内に低減でき、一部の放射線は外部に放射されるが、この場合でも金属キャスクを収納しない空の容器本体を通過することで遮蔽されて線量を低減できて許容値内に低減できると共に冷却効果を高めることができる。
本発明によれば、基台に載置した金属キャスクに蓋部と略六角筒形状の側筒部からなる部材を被せて固定することで使用済み核燃料集合体収納容器を組み立てることができ、工程数が少なく容易に組立できる。
そのため、使用済み核燃料集合体を収納した金属キャスクであっても容器本体に収納して外側面同士を当接させて集積状態で貯蔵・保管できる。
また、使用済み核燃料集合体収納容器の組立方法では、金属キャスクと容器本体の組立と金属キャスクの収納を簡単に行える。
しかも、金属キャスクを覆う容器本体によって外部に放出される放射線を許容値以下に低減できると共に、ハニカム構造に配列した複数の使用済み核燃料集合体収納容器の少なくとも1の外側面が空間でそれぞれ外気に接触するため、ハニカム構造の集合体であっても個々の使用済み核燃料集合体収納容器内の金属キャスクを冷却できる。
しかも、金属キャスクを覆う容器本体によって外部に放出される放射線を許容値以下に低減できると共に、外側の使用済み核燃料集合体収納容器の更に外側に金属キャスクを収納しない空の容器本体を配列したため、外部に放射される放射線の線量を許容値以下に低減できると共に冷却効果を高めることができる。
図1及び図2に示す使用済み核燃料集合体収納容器1は、原子炉での反応を終えた燃料棒を集合させた使用済み核燃料集合体を内部に収納した金属キャスク2を、コンクリート製の略六角筒形状をなす容器本体3内に収納したものである。これら複数の使用済み核燃料集合体を収納した金属キャスク2は概略で円筒形状を有している。本発明では、使用済み核燃料集合体収納容器1の集合体を建築物等に収納しなくても屋外であっても場所をとらずに効率的に保管できるようにしたものである。
また、容器本体3の側筒部6の内側面6bは金属キャスク2との間に若干の間隙を形成して略円筒状を形成している。
また、側筒部6における内部冷却通路12の上部は側筒部6内を断面略L字状に形成されて上面6dに開口する排気口を設けた排気路14に連通している。しかも、各排気路14は内部冷却通路12の上端付近から放射状に径方向外側に延びて六角形からなる上面6dの各角部近傍にそれぞれ開口する構成を有している。上面6dに設けた排気路14の排気口は給気路13の真上でもよく、上面6dの任意の位置に形成できるが、本実施形態では肉厚の大きい角部にそれぞれ形成した。
金属キャスク2が振動して側筒部6の内側面6bと衝突することを防ぐために、ストッパ15は側筒部6の内側面6bの周方向に所定間隔、例えば90度間隔で設置し、上下方向にも適宜の間隔で設置することが好ましい。或いは、ストッパ15は内側面6bに沿って螺旋状に配列してもよい。
本実施形態による使用済み核燃料集合体収納容器1は、例えば屋外の地盤上に設置するものであり、そのために、地盤上に基台5を設置する。そして、基台5の中央に金属キャスク2を載置する。次に、金属キャスク2の上に蓋部7を嵌合させた側筒部6を被せて覆うことで、基台5と側筒部6と蓋部7からなる容器本体3によって金属キャスク2を囲うことができる。最後に、側筒部6と基台5をねじ止め等することで使用済み核燃料集合体収納容器1の組立が完了する。
本実施形態による複数の使用済み核燃料集合体収納容器1における各容器本体3の外側面6a同士を互いに当接させて密集配列することで、図4に示すように、ハニカム構造の集合体18を形成することができる。
従って、使用済み核燃料集合体収納容器1を互いにハニカム構造に密着させても、各使用済み核燃料集合体収納容器1の六面の外側面6aにそれぞれ設けた外部冷却通路10Aと、給気路13、内部冷却通路12、排気路14を通る冷却流路が形成され、容器本体3内の金属キャスク2を効率よく冷却できる。
これらのことから、本実施形態による使用済み核燃料集合体収納容器1やその集合体18は耐震性を持った遮蔽用の建物に収納する必要がなく、載置するための強固な基礎も不要となる。そのため、使用済み核燃料集合体収納容器1の貯蔵も運搬も容易である。また、使用済み核燃料集合体収納容器1は横方向に密着して配列するだけでなく上方向にも重ねて貯蔵できる。
しかも、金属キャスク2から放射される放射線はコンクリート製の容器本体3によって遮蔽することで放射線量を減衰でき、容器本体3を透過する放射線についても隣接して配列した他の使用済み核燃料集合体収納容器1の容器本体3によって更に減衰させることができる。そのため、集合体18の外部環境との境界での年間線量を1ミリシーベルト以下の許容値以下に抑制することができて安全である。
また、使用済み核燃料集合体収納容器1を放射線を遮蔽する建屋内に離間して保管する必要もなく、強固な基礎地盤も必要なく、屋外で地盤上に密着配列して貯蔵・保管できて運搬も容易であるから占有スペースが小さくて済み低コストで貯蔵・保管できる。
図7において、使用済み核燃料集合体収納容器1をハニカム構造に密着配列することで複数の使用済み核燃料集合体収納容器1の容器本体3を通過する金属キャスク2からの放射線は、複数の側筒部6の壁面を通過することで遮蔽されて減衰されるため、外部環境との境界での放射線量は確実に年間1ミリシーベルト以下の許容値内になる。
しかし、集合体20の最も外側に配設された使用済み核燃料集合体収納容器1では、金属キャスク2から放射される放射線は1つの側筒部6の壁面だけを透過して外部環境に放出されるため、線量は年間許容値より大きい可能性がある。
このような構成を採用したため、使用済み核燃料集合体収納容器1の集合体20において、最も外側に配設された使用済み核燃料集合体収納容器1から外側に放射される放射線はダミーの使用済み核燃料集合体収納容器1Aの側筒部6の壁面を通過することで遮蔽され、年間の放射線量は1ミリシーベルト以下の許容値内に納めることができる。しかも、空の使用済み核燃料集合体収納容器1Aによってその内側の収納容器1を冷却することができる。
図8に示す使用済み核燃料集合体収納容器1の集合体22では、第二実施形態に示すものと同様に使用済み核燃料集合体収納容器1をハニカム構造に密着配列してその外側をダミーの使用済み核燃料集合体収納容器1Aで囲ったものにおいて、内側の使用済み核燃料集合体収納容器1を所定間隔で取り除いた略六角柱形状の空間を形成し、この空間を空孔23とする。
本実施形態において、空孔23の配列は、外側の使用済み核燃料集合体収納容器1を除く他の複数の使用済み核燃料集合体収納容器1における略六角筒形状の容器本体3の少なくとも1つの外側面6aがそれぞれ空孔23に対面する構成とした。
なお、使用済み収納容器1の集合体22において外側にダミーの使用済み核燃料集合体収納容器1Aを設けなければ外側の使用済み核燃料集合体収納容器1の金属キャスク2の冷却効果は一層高くなる。
この場合、空孔23内を降下する外気は空孔23に対面する外側面6aに設けた給気口を有する給気路13から内部冷却通路12内に侵入して金属キャスク2を冷却し、上面6dの排気路14を通って外気に放出される。従って、本変形例の集合体22によれば、容器本体3の外側面6aに凹部10を設けなくても使用済み核燃料集合体収納容器24内の金属キャスク2を冷却できる。
本実施形態による使用済み核燃料集合体収納容器26は基本構成を第一実施形態による使用済み核燃料集合体収納容器1と同じくしており、相違点として排気路14が内部冷却通路12の延長上に延びて蓋部7の上面に開口している。
そのため、容器本体3の排気路14の開口から排出される排気をチムニー28によって収束させることで排気の流速を速めて、金属キャスク2の冷却効率を向上させている。なお、チムニー28は鋼製であるが、コンクリート製でもよく、また容器本体3と一体に形成しても分割で形成してもよい。
しかも、容器本体3の上面6dにチムニー28を設けることで、排気路14の排気口からチムニー28に排出される外気は流速を高めて排出されるため、内部冷却通路12の流速を更に高めて金属キャスク2の冷却効果を一層高めることができる。
本実施形態による中性子遮蔽コンクリートは、エバポライト型堆積鉱床の鉱石から選別採取したコレマナイト及び/またはヒルガダイト等の硼素を主体とした硼素骨材と、固結材であるセメントとを備え、エバポライト型堆積鉱床の鉱石に含まれるユーレキサイトとサッソライトを除いて、コレマナイト及び/またはヒルガダイトを骨材としてセメントと混和して製造した。
この中性子遮蔽コンクリートについては本発明者らによる特願2013-272471号出願に詳しく開示されている。
本実施形態による使用済み核燃料集合体収納容器1における容器本体3は、上述した硼素鉱物を含む硼素含有コンクリートまたは比重3.5以上の高比重コンクリートによって製造するか、或いは普通コンクリートの外側表面または内側表面に硼素含有コンクリートまたは高比重コンクリートを塗布または積層して構成している。
このようなコンクリートを容器本体3の材質として用いることで金属キャスク2から放射される放射線を遮蔽して透過する線量を低減させ、集合体18の外部境界での放射線の線量を年間1ミリシーベルト以下に抑えることができる。
また、外部冷却通路10Aや内部冷却通路12に連通する給気路13及び排気路14は容器本体3の六面全てに形成する必要はなく、少なくとも1つ形成できればよい。
凹部10による外部冷却通路10Aを設けた場合には凹部10を外気が流通することで容器本体3を介して金属キャスク2を間接的に冷却できる。また、容器本体3の上面6dにチムニー28を設けた場合には一層外部冷却通路10Aの外気の流通を速めて冷却効果を上げることができる。
また、内部冷却通路12を設けた場合には給気路13と排気路14を通して外気を流通させて直接金属キャスク2を冷却できる。
1A ダミーの使用済み核燃料集合体収納容器
2 金属キャスク
3 容器本体
5 基台
6 側筒部
6a 外側面
6b 内側面
6d 上面
10 凹部(外部冷却通路)
10A 外部冷却通路
12 内部冷却通路
13 給気路
14 排気路
15 ストッパ
18、20 集合体
23 空孔
27 フィン
28 チムニー
Claims (9)
- 使用済み核燃料集合体を収納した金属キャスクと、
前記金属キャスクを収納した略六角筒形状の容器本体と、
前記容器本体の略六角筒形状の外側面に形成されていて内側に凹んで長手方向に延びる凹部とを備え、
前記凹部は、一の前記容器本体と他の前記容器本体の外側面同士を当接することで各外側面に設けた一対の前記凹部によって冷却用気体の外部冷却通路を形成することを特徴とする使用済み核燃料集合体収納容器。 - 請求項1に記載された使用済み核燃料集合体収納容器であって、
前記容器本体の内側面及び前記金属キャスクの間に形成されていて下部と上部で外気に連通する冷却用気体の給気路と排気路を設けた内部冷却通路とを、
備えたことを特徴とする使用済み核燃料集合体収納容器。 - 前記容器本体の内側面には前記金属キャスクの揺動を防ぐストッパを設けた請求項1または2に記載された使用済み核燃料集合体収納容器。
- 前記容器本体の上面には先細状のチムニーを設けている請求項1から3のいずれか1項に記載された使用済み核燃料集合体収納容器。
- 請求項1に記載された使用済み核燃料集合体収納容器であって、
前記容器本体は、エバポライト型堆積鉱床の鉱石から採取したコレマナイト及び/またはヒルガダイトを主体とした骨材と、固結材であるセメントとを備え、しかも前記エバポライト型堆積鉱床の鉱物に含まれるユーレキサイトとサッソライトを除いた前記コレマナイト及び/またはヒルガダイトを前記骨材とした中性子遮蔽コンクリートによって形成されていることを特徴とする使用済み核燃料集合体収納容器。 - 請求項1から4のいずれか1項に記載された使用済み核燃料集合体収納容器であって、
前記容器本体は、比重3.5以上の重量コンクリートによって形成したことを特徴とする使用済み核燃料集合体収納容器。 - 請求項1に記載された使用済み核燃料集合体収納容器を複数配列した使用済み核燃料集合体収納容器の集合体であって、
複数の前記容器本体は前記外側面同士を当接させてハニカム構造に配列されており、前記ハニカム構造の配列において複数の前記容器本体の少なくとも1の外側面がそれぞれ外気に接触するように前記使用済み核燃料集合体収納容器を設けない空間を有していることを特徴とする使用済み核燃料集合体収納容器の集合体。 - 請求項1に記載された使用済み核燃料集合体収納容器を複数配列した使用済み核燃料集合体収納容器の集合体であって、
複数の前記容器本体は前記外側面同士を当接させてハニカム構造に配列されており、外側に配列した複数の前記使用済み核燃料集合体収納容器の更に外側に前記金属キャスクを収納しない前記容器本体が配列されていることを特徴とする使用済み核燃料集合体収納容器の集合体。 - 請求項1に記載された使用済み核燃料集合体収納容器の組み立て方法であって、
基台を設置する工程と、
前記基台の上に前記使用済み核燃料集合体を収納した前記金属キャスクを載置する工程と、
蓋部と略六角筒形状の側筒部からなる部材で前記金属キャスクを覆って前記基台に固定する工程と、
を備えたことを特徴とする使用済み核燃料集合体収納容器の組立方法。
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