JP6681738B2 - 放射性物質格納容器 - Google Patents

Description

本発明は、使用済み核燃料、及び（又は）新核燃料などを含む放射性物質を格納する放射性物質格納容器に関するものである。

従来、放射性物質格納容器として、使用済み核燃料などを格納するキャスクが知られている（例えば、特許文献１参照）。キャスクは、その両端部にキャスク用緩衝体がそれぞれ設けられている。キャスク用緩衝体は、外被によって形成される空間室内に、木材の緩衝要素が配置されている。

特開２００６−０９０７５３号公報

しかしながら、特許文献１のキャスク用緩衝体は、緩衝要素として木材を配置しており、木材は、その強度が温度に依存することから、温度によって緩衝性能が変化してしまう。また、緩衝要素の強度は、使用する木材の種類によって一義的に決定されることから、設計の自由度が小さいものとなる。このため、緩衝性能の要求が高まるに従って、緩衝体の大きさが大きくなってしまう。さらに、木材を使用することで、緩衝体の品質を人為的に制御することができず、緩衝体の品質にバラツキが生じることから、品質のバラツキを考慮した裕度設計とする必要があり、これにより、緩衝体の大型化を招くこととなる。

そこで、本発明は、簡易な設計変更で、落下衝撃に対する緩衝性能を適切に調整することができる放射性物質格納容器用の緩衝体を含む放射性物質格納容器を提供することを課題とする。

本発明の放射性物質格納容器は、放射性物質を格納する放射性物質格納容器において、容器本体と、前記容器本体に設けられる緩衝体と、を備え、前記緩衝体は、三次元空間に配置される複数の頂点と、前記頂点同士を連結する連結部材とによって形成される多面体フレームを複数並べた、三次元の網状となる緩衝材を有することを特徴とする。

この構成によれば、三次元の網状に形成された緩衝材に、落下衝撃による荷重が与えられた場合、緩衝材が変形することで、落下衝撃を吸収することができる。このとき、緩衝材の緩衝性能は、連結部材の形状または材料等を設計パラメータとして調整することで、適宜変化させることができる。このように、簡易な設計変更で、落下衝撃に対する緩衝性能を適切に調整することができる。

また、前記容器本体は、軸方向に延在する円筒形状に形成され、前記緩衝体は、前記容器本体の円形の端面を覆う円形部と、前記容器本体の端部における外周を覆う外周部と、を有し、前記外周部における径方向の厚みは、前記円形部における軸方向の厚み比して薄く、前記外周部に設けられる前記緩衝材は、前記円形部に設けられる前記緩衝材に比して硬いことが、好ましい。

この構成によれば、外周部の緩衝体の厚みが薄い場合、外周部の緩衝材を硬くすることで、外周部への衝撃を好適に吸収することができる。

また、前記円形部に設けられる前記緩衝材は、網目が粗となり、前記外周部に設けられる前記緩衝材は、前記円形部に設けられる前記緩衝材に比して、網目が密となることが、好ましい。

この構成によれば、緩衝材の網目の粗密を調整することで、円形部及び外周部に設けられる緩衝材の強度を調整することができる。

また、前記緩衝体は、前記緩衝材に充填される充填材を、さらに有することが、好ましい。

この構成によれば、充填材として、例えば、中性子遮蔽体としてのレジンを充填することで、緩衝体に遮蔽機能を付加することができる。

また、前記容器本体は、軸方向に延在する円筒形状に形成され、前記緩衝体は、前記容器本体の円形の端面を覆う円形部と、前記容器本体の端部における外周を覆う外周部と、を有し、前記外周部における径方向の厚みは、前記円形部における軸方向の厚み比して薄く、前記充填材は、前記外周部に設けられる前記緩衝材に充填されることが、好ましい。

この構成によれば、外周部の緩衝体の厚みが薄い場合、外周部の緩衝材に充填材を充填することで、外周部の緩衝体を硬くすることができ、外周部への衝撃を好適に吸収することができる。

図１は、実施形態１に係る放射性物質格納容器の一部を切り欠いた斜視図である。 図２は、実施形態１に係る放射性物質格納容器の緩衝体を模式的に示す断面図である。 図３は、緩衝材を示す斜視図である。 図４は、緩衝材の性能に関するグラフである。 図５は、実施形態２に係る放射性物質格納容器の緩衝体を模式的に示す断面図である。 図６は、緩衝材の他の用途の一例を示す説明図である。 図７は、緩衝材の他の用途の一例を示す説明図である。

以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施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。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能であり、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせることも可能である。

［実施形態１］
図１は、実施形態１に係る放射性物質格納容器の一部を切り欠いた斜視図である。図２は、実施形態１に係る放射性物質格納容器の緩衝体を模式的に示す断面図である。図３は、緩衝材を示す斜視図である。図４は、緩衝材の性能に関するグラフである。

実施形態１は、放射性物質格納容器に設けられる緩衝体を、三次元の網状に形成される緩衝材を用いて構成している。先ず、図１を参照して、放射性物質格納容器について説明する。

放射性物質格納容器は、使用済み核燃料などの放射性物質を取り扱うにあたって使用されるキャスク１０であり、キャスク１０は、使用済み核燃料の輸送または貯蔵等に用いられる。キャスク１０は、内部に燃料集合体１を収納している。

キャスク１０は、底部１４を有する胴本体（容器本体）１１と、下部緩衝体１２と、上部緩衝体１３と、キャスク蓋部１５と、バスケット１６とを含んで構成される。胴本体１１は、軸方向に延在する円筒形状に形成され、底部１４は、胴本体１１の一方の端部に設けられることで、有底の容器となっている。キャスク蓋部１５は、胴本体１１の他方の端部に形成される開口部を塞ぐように設けられる。

バスケット１６は、胴本体１１と、キャスク蓋部１５とで区画される内部空間に設けられる。バスケット１６は、複数のセル１７が設けられる。セル１７は、例えば、角パイプによって形成される。バスケット１６は、複数の角パイプが胴本体１１の胴中心線ＣＬ方向（軸方向）に向かって胴本体１１の内部空間に挿入されることで、複数のセル１７が構成される。バスケット１６の各セル１７には、使用済みの核燃料集合体が収納される。

次に、図２を参照して、下部緩衝体１２及び上部緩衝体１３について説明する。なお、下部緩衝体１２及び上部緩衝体１３は、ほぼ同様の構成であることから、図２では、上部緩衝体１３（以下、単に緩衝体１３ともいう）について説明する。

上部緩衝体１３は、胴本体１１の円形の上端面を覆う円形部１３ａと、胴本体１１の上端部の外周を覆う外周部１３ｂとを有している。円形部１３ａ及び外周部１３ｂは、一体となっており、胴本体１１の上端部を被覆している。円形部１３ａは、胴本体１１の軸方向における厚みが厚く、一方で、外周部１３ｂは、胴本体１１の径方向における厚みが薄くなっている。つまり、外周部１３ｂの厚みは、円形部１３ａの厚みに比して薄くなっている。

また、この上部緩衝体１３は、ケーシング２１と、ケーシング２１の内部に収容される緩衝材２２と、を含んで構成されている。

ケーシング２１は、上部緩衝体１３の外形となっており、円形部１３ａ及び外周部１３ｂの外側の形状に沿って形成されている。ケーシング２１の内部には、緩衝材２２を収容する収容空間２５が形成されている。収容空間２５は、複数の領域２５ａ〜２５ｃに区画されており、円形部１３ａに対応する領域２５ａと、外周部１３ｂの上部（角部）側に対応する領域２５ｂと、外周部１３ｂの上部側に対応する領域２５ｃとを有している。このケーシング２１は、収容空間２５に設置される緩衝材２２に対して、面圧を付与して変形可能となっている。

緩衝材２２は、ケーシング２１の収容空間２５に収容されており、複数の領域２５ａ〜２５ｃに、複数に分割して設置されている。

図３に示すように、緩衝材２２は、複数の多面体フレーム３１を並べた三次元の網状に形成されている。各多面体フレーム３１は、三次元空間に配置される複数の頂点と、頂点同士を連結する連結部材３５とによって形成されており、連結部材３５によって囲まれる部分が網目３６となる。連結部材３５は、円柱状に形成されている。

緩衝材２２は、一種類の多面体フレーム３１が空間充填されるように、鉛直方向及び水平方向に規則的に複数並べて設けられている。実施形態１では、多面体フレーム３１として、切頂八面体となるフレームを適用している。なお、多面体フレーム３１は、切頂八面体に限らず、立方体、アルキメデスの正六角柱、菱形十二面体等を適用してもよく、空間充填可能な形状であれば、特に限定されない。

ここで、図４は、その縦軸が荷重Ｆとなっており、その横軸が変位δとなっている。図４に示すように、緩衝材２２には、一定の荷重Ｆが与えられた場合に、一定に変位するという機能（緩衝性能）が求められる。このとき、多面体フレーム３１は、切頂八面体のフレームとなることから、複数の連結部材３５の長手方向（軸方向）が、それぞれ異なる方向となるため、衝撃に対する緩衝性能が異方性の小さいものとなる。そして、図４に示すような緩衝材２２としての機能を発揮するように、緩衝材２２は、多面体フレーム３１を規則的に複数並べて配置されている。

上記の緩衝材２２は、金属材料を用いて形成され、例えば、三次元積層造形法により形成される。なお、緩衝材２２の材料は、金属材料に限定されず、例えば、セラミックス材料を用いてもよい。また、緩衝材２２の形成方法は、三次元積層造形法に限定されず、鋳造または切削加工等によって形成してもよい。

このような緩衝材２２は、多面体フレーム３１に関する設計パラメータに基づいて設計されることで、緩衝材２２の緩衝性能を調整したり、また、緩衝材２２の緩衝性能を等方性または異方性を有するように調整したりすることが可能となる。設計パラメータは、連結部材３５の形状に関するパラメータ及び連結部材３５の材料に関するパラメータを含んでいる。具体的に、連結部材３５の形状に関するパラメータとしては、円柱形状の連結部材３５の太さ及び連結部材３５の長手方向における長さ等がある。そして、連結部材３５の形状に関するパラメータを調整することで、多面体フレーム３１の網目３６の大きさを調整したり、多面体フレーム３１の形状を変更したりすることが可能となる。連結部材３５の材料に関するパラメータとしては、材料強度等がある。なお、緩衝材２２に使用される材料は、二種以上であってもよく、この場合、使用する材料の選択を設計パラメータとして採用してもよい。

このような緩衝材２２は、ケーシング２１の複数の領域２５ａ〜２５ｃに応じた緩衝性能となるように調整される。具体的に、外周部１３ｂに対応する領域２５ｂ及び領域２５ｃに設置される緩衝材２２ｂ及び緩衝材２２ｃは、円形部１３ａに対応する領域２５ａに設置される緩衝材２２ａに比して硬く形成されている。例えば、円形部１３ａに設けられる緩衝材２２ａは、網目３６が粗となるように形成され、外周部１３ｂに設けられる緩衝材２２ｂ，２２ｃは、円形部１３ａに設けられる緩衝材２２ａに比して、網目３６が密となるように形成される。

そして、円形部１３ａに対応する領域２５ａに設置される緩衝材２２ａは、胴本体１１の軸方向に対する衝撃を吸収するように設計される。また、外周部１３ｂの角部に対応する領域２５ｂに設置される緩衝材２２ｂは、胴本体１１の軸方向に対して斜め方向、例えば、胴本体１１の角部と緩衝体１３の角部とを結ぶ方向に対する衝撃を吸収するように設計される。一方で、外周部１３ｂの下部側に対応する領域２５ｃに設置される緩衝材２２ｃは、胴本体１１の径方向に対する衝撃を吸収するように設計される。

以上のように、実施形態１によれば、三次元の網状に形成された緩衝材２２に、落下衝撃による荷重が与えられた場合、緩衝材２２が変形することで、落下衝撃を吸収することができる。このとき、緩衝材２２の緩衝性能は、連結部材３５の形状または材料等を設計パラメータとして調整することで、適宜変化させることができる。このように、簡易な設計変更で、落下衝撃に対する緩衝性能を適切に調整することができる。

また、実施形態１によれば、外周部１３ｂの緩衝体１３の厚みが薄い場合、外周部１３ｂの緩衝材２２を硬くすることで、外周部１３ｂへの衝撃を好適に吸収することができる。

また、実施形態１によれば、緩衝材２２の網目の粗密を調整することで、円形部１３ａ及び外周部１３ｂに設けられる緩衝材２２の強度を調整することができる。

［実施形態２］
次に、実施形態２に係るキャスク４０について説明する。なお、実施形態２では、重複した記載を避けるべく、実施形態１と異なる部分について説明し、実施形態１と同様の構成である部分については、同じ符号を付して説明する。図５は、実施形態２に係る放射性物質格納容器の緩衝体を模式的に示す断面図である。

実施形態２のキャスク４０において、上部緩衝体１３（及び下部緩衝体１２）には、ケーシング２１の内部に設置される緩衝材２２に対して、充填材４１が充填されている。充填材４１は、例えば、中性子を遮蔽する機能を有するレジンである。充填材４１は、緩衝材２２に充填されることで、緩衝体１３に中性子遮蔽性能を付加する。充填材４１は、図５に示すように、例えば、外周部１３ｂの下部側に対応する領域２５ｃに設置される緩衝材２２ｃに充填される。

なお、領域２５ａ〜２５ｃに設置される緩衝材２２の硬さは、同様の硬さとしつつ、緩衝体１３の外周部１３ｂの硬さが、緩衝体１３の円形部１３ａの硬さに比して硬くなるように、充填材４１を充填してもよい。

以上のように、実施形態２では、充填材４１として、例えば、中性子遮蔽体としてのレジンを充填することで、上部緩衝体１３（及び下部緩衝体１２）に遮蔽機能を付加することができる。

また、実施形態２では、外周部１３ｂの緩衝体１３の厚みが薄い場合、外周部１３ｂの緩衝材２２に充填材４１を充填することで、外周部１３ｂの緩衝体１３を硬くすることができるため、外周部１３ｂへの衝撃を好適に吸収することができる。

なお、実施形態１及び２では、一種類の多面体フレーム３１を空間充填して緩衝材２２を形成したが、二種類以上の多面体フレーム３１を用いて緩衝材２２を形成してもよい。例えば、二種類の多面体フレーム３１を所定の方向において交互となるように配置してもよい。二種類の多面体フレーム３１の組み合わせとしては、例えば、正四面体と正八面体、正四面体と切頂四面体、正八面体と切頂六面体、正八面体と立方八面体、斜方切頂八面体と正八角柱等がある。また、三種類の多面体フレーム３１を所定の方向において規則的に配置してもよい。三種類の多面体フレーム３１の組み合わせとしては、例えば、切頂四面体と切頂八面体と立方八面体、切頂四面体と切頂六面体と斜方切頂立方八面体、正四面体と立方体と斜方立方八面体、立方体と立方八面体と斜方立方八面体、立方体と切頂八面体と斜方切頂立方八面体等がある。さらに、一種類の多面体フレーム３１の内部に、別の種類の多面体フレーム３１を空間充填してもよい。

また、実施形態１及び２では、緩衝材２２を、キャスク１０，４０の上部緩衝体１３及び下部緩衝体１２に設けたが、例えば、図６及び図７に示すように、キャスク１０，４０の外部に設けてもよい。

図６は、緩衝材の他の用途の一例を示す説明図である。図６に示すように、冷却水Ｗが貯留された使用済み核燃料プール６０に設けられるキャスクピット６１において、キャスク１０は、クレーン６３によって吊り上げられたり、吊り下ろされたりする。キャスク１０の下方の底面６０ａには、緩衝材５１が設けられている。緩衝材５１は、キャスク１０が落下すると想定される落下想定位置に設けられている。このように、キャスク１０の落下想定位置に緩衝材５１を配置することで、落下時の衝撃を緩衝材５１により吸収することができ、キャスク１０及び使用済み核燃料プール６０の底面６０ａの損傷を抑制することができる。

図７は、緩衝材の他の用途の一例を示す説明図である。図７に示すように、キャスク１０は、貯蔵用の建屋７０、またはキャスク１０に何らかの処理を行う建屋７０において、クレーン６３により吊り下ろされている。クレーン６３に吊り下ろされたキャスク１０の移動経路の下方位置の床面７０ａには、緩衝材５１が配置されている。また、クレーン６３により移動するキャスク１０の衝突の可能性がある内側壁７０ｂには、緩衝材５１が設けられている。上記位置に緩衝材５１を配置することで、万一キャスク１０が落下して床面７０ａに衝撃が与えられたり、またはキャスク１０が衝突して内側壁７０ｂに衝撃が与えられたりしても、キャスク１０、床面７０ａ及び内側壁７０ｂに対する衝撃を、緩衝材５１により吸収することができ、キャスク１０、床面７０ａ及び内側壁７０ｂの損傷を抑制することができる。

１ 燃料集合体
１０ キャスク
１１ 胴本体
１２ 下部緩衝体
１３ 上部緩衝体
１３ａ 円形部
１３ｂ 外周部
１４ 胴本体の底部
１５ キャスク蓋部
１６ バスケット
２１ ケーシング
２２ 緩衝材
２５ 収容空間
２５ａ〜２５ｃ 収容空間の領域
３１ 多面体フレーム
３５ 連結部材
３６ 網目
４０ キャスク（実施形態２）
４１ 充填材
５１ 緩衝材
６０ 使用済燃料プール
６０ａ 使用済燃料プールの底面
６１ キャスクピット
６３ クレーン
７０ 建屋
７０ａ 建屋の床面
７０ｂ 建屋の内側壁
Ｗ 冷却水

Claims (5)

1. 放射性物質を格納する放射性物質格納容器において、
   容器本体と、
   前記容器本体に設けられる緩衝体と、を備え、
   前記緩衝体は、三次元空間に配置される複数の頂点と、前記頂点同士を連結する連結部材とによって形成される多面体フレームを複数並べた緩衝材を有し、
   前記緩衝材は、前記連結部材によって囲まれた網目を有する三次元の網状に形成されることを特徴とする放射性物質格納容器。
2. 前記容器本体は、軸方向に延在する円筒形状に形成され、
   前記緩衝体は、前記容器本体の円形の端面を覆う円形部と、前記容器本体の端部における外周を覆う外周部と、を有し、
   前記外周部における径方向の厚みは、前記円形部における軸方向の厚み比して薄く、
   前記外周部に設けられる前記緩衝材は、前記円形部に設けられる前記緩衝材に比して硬いことを特徴とする請求項１に記載の放射性物質格納容器。
3. 前記円形部に設けられる前記緩衝材は、前記網目が粗となり、
   前記外周部に設けられる前記緩衝材は、前記円形部に設けられる前記緩衝材に比して、前記網目が密となることを特徴とする請求項２に記載の放射性物質格納容器。
4. 前記緩衝体は、
   前記緩衝材に充填される充填材を、さらに有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の放射性物質格納容器。
5. 前記容器本体は、軸方向に延在する円筒形状に形成され、
   前記緩衝体は、前記容器本体の円形の端面を覆う円形部と、前記容器本体の端部における外周を覆う外周部と、を有し、
   前記外周部における径方向の厚みは、前記円形部における軸方向の厚み比して薄く、
   前記緩衝材に充填される充填材は、前記外周部に設けられる前記緩衝材に充填されることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の放射性物質格納容器。

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