JP6782198B2 - 放射性物質貯蔵施設 - Google Patents

Description

本発明は、内部に放射性物質が収納された容器を貯蔵する放射性物質貯蔵施設に関する。

原子力発電所の運転に伴って発生する使用済燃料は、再処理工場にて処理されるまでにリサイクル燃料として安全に貯蔵される必要がある。使用済燃料の貯蔵方式としては、使用済燃料を水中にて貯蔵する湿式貯蔵方式と、キャスクと呼ばれる例えば金属製の容器の中に使用済燃料を収納して貯蔵する乾式貯蔵方式とがある。

ここで、乾式貯蔵方式が採用される場合、従来、使用済燃料が収納されたキャスクは、当該キャスクから出てくる放射線を遮蔽するために、例えば特許文献１に記載されているような、コンクリート製の側壁および天井壁で囲まれてなる建屋の中で貯蔵される。この建屋は、地震によって倒壊しないように堅牢にされる。なお、特許文献１に開示の建屋（貯蔵施設）では、建屋から漏洩する放射線を低減するために、床に配置される複数のキャスクと、天井壁に設けられた排気口とを結ぶ領域にコンクリート製の遮蔽板が設けられている。

また、乾式貯蔵方式が採用される場合、従来、使用済燃料が収納されたキャスクは、例えば特許文献２に記載されているような専用の貯蔵架台に１基ずつ強固に固縛された状態で床面に設置される。この貯蔵架台は、地震によってキャスクが転倒しないように、架台１台ずつ、多数の太いアンカーボルトを用いて床面に設置（固定）される。

特開２０１３−１４８４３４号公報 特開２０１３−１６０６７５号公報

近年、キャスクを貯蔵するための建屋を簡素化する検討が進められており、種々の検討の一つとして、建屋の天井壁（屋根）を無くすことが検討されている。放射性物質の貯蔵施設において建屋の天井壁を無くす場合、敷地境界での放射線量をその基準値以下にするために、当該貯蔵施設における放射線遮蔽機能の強化が必要である。

また、特許文献２に記載されているような専用の貯蔵架台を用い、且つ、その貯蔵架台を多数の太いアンカーボルトを用いて床面に固定するという、キャスクを床面に設置する従来の方法は、非常に手間およびコストがかかる。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、内部に放射性物質が収納された容器を、従来のような専用架台を用いるなどすることなく容易に床面に設置でき、且つ、放射線遮蔽機能を付加し易い構造を備える放射性物質の貯蔵施設を提供することである。

本発明は、内部に放射性物質が収納された容器を貯蔵する放射性物質貯蔵施設である。この放射性物質貯蔵施設は、前記容器が縦置き配置される貯蔵空間を内部に有するラックを備えている。このラックは、前記貯蔵空間を形成する、立設された複数の柱状部材と、隣り合う前記柱状部材の間に架け渡された、前記貯蔵空間を形成する複数の梁部材とを有する。

本発明によれば、地震等による容器の転倒を、ラックを構成する梁部材で防ぐことができるので、従来のような専用架台を用いることなく、且つ多数の太いアンカーボルトを用いることなく、放射性物質が収納された容器を床面に設置できる。また、例えば、上記ラックの上に放射線遮蔽のための蓋を設置することで、放射線遮蔽機能を貯蔵施設に容易に付加することができる。すなわち、本発明の放射性物質貯蔵施設は、放射線遮蔽機能を付加し易い構造を備えている。

なお、上記ラックが、天井壁を有する建屋の中に設置される場合は、放射線遮蔽のための蓋をラックの上に設置する必要は特にない。すなわち、本発明に係る放射性物質貯蔵施設が、放射線遮蔽のための蓋を備えることは好適であるが、本発明に係る放射性物質貯蔵施設は、放射線遮蔽のための蓋を備えることを必須としない。

本発明の一実施形態に係る放射性物質貯蔵施設の平面図である。 図１のＡ−Ａ矢視図である。 図１に示すラックの一部斜視図である。 図１および図３に示す遮蔽蓋の斜視図である。 図４に示す遮蔽蓋とは別の実施形態の遮蔽蓋の斜視図である。 図５に示す遮蔽蓋の分解図である。 図３に示す位置決め部材の拡大図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しつつ説明する。なお、以下に示す本発明の一実施形態に係る放射性物質貯蔵施設１００は、原子力発電所の運転に伴って発生する使用済燃料を容器に収納して貯蔵する貯蔵施設であるが、本発明の放射性物質貯蔵施設は、放射性廃棄物の貯蔵施設としても応用することができる。すなわち、本発明の放射性物質貯蔵施設は、原子力発電所の運転に伴って発生する使用済燃料、および放射性廃棄物、などの放射性物質が内部に収納された容器を貯蔵する施設として用いることができる。

まず、放射性物質貯蔵施設１００の概要について説明する。図１に平面図を示す放射性物質貯蔵施設１００は、内部に放射性物質が収納されたキャスク８（容器）を貯蔵する施設であって、キャスク８の受入エリアと、キャスク８の貯蔵エリアとを備えている。当該施設内でのキャスク８の搬送には、一対のレール１ａ上を走行する門型クレーン１、エアパレット（不図示）などが用いられる。なお、キャスク８は、金属製であったり、コンクリート製であったりする。キャスク８の形状は、例えば円筒状である。

ここで、放射性物質貯蔵施設１００は、キャスク８が縦置き状態にて貯蔵される施設であって、上記門型クレーン１の他に、たて起こし架台３、検査架台４、ラック５，６、および監視盤室７などを備えている。そして、施設周囲には、遮蔽壁９が設置されている。すなわち、キャスク８の受入エリアおよび貯蔵エリアは、側壁としての遮蔽壁９で囲まれている。遮蔽壁９は、放射線遮蔽機能を有する壁であり、例えば、鉄筋コンクリート製の壁である。なお、本実施形態の放射性物質貯蔵施設１００は、屋根を有さない。

次に、キャスク８の受入から貯蔵までの一連の流れについて説明する。トレーラ進入用扉２７が開かれると、キャスク８が横積みされたトレーラ２は、施設の受入エリアに進入する。その後、門型クレーン１に取り付けられた水平吊具（不図示）を用いて、キャスク８は、トレーラ２からたて起こし架台３に移動させられる。たて起こし架台３にて、キャスク８の吊具を水平吊具から垂直吊具（不図示）に変更し、たて起こし架台３上にて、横吊り状態から縦吊り状態にキャスク８の姿勢が変更される。縦吊り状態とされたキャスク８は、隣の検査架台４へ移動させられ、貯蔵前の検査などがキャスク８に実施される。検査などを終えたキャスク８は、門型クレーン１などを用いて、貯蔵エリアに移動させられ、ラック５またはラック６の所定の位置に入れられる（キャスクの貯蔵）。なお、監視盤室７は、キャスク８の貯蔵期間中における必要観測データの収集およびその表示を行うための室である。

キャスク８が貯蔵されるラック５，６について説明する。なお、本実施形態のラック５とラック６とは、設置位置および設置の向きが異なるのみであり、その構造は、両者同一であるため、以下の説明では、代表してラック５について説明する。

図３に示すように、ラック５は、キャスク８が縦置き配置される貯蔵空間Ｓを内部に有する構造物であって、立設された複数の柱状部材１１と、隣り合う柱状部材１１の間に架け渡された複数の梁部材１２とを有する。複数の柱状部材１１および複数の梁部材１２で囲まれた空間が、貯蔵空間Ｓである。これら柱状部材１１および梁部材１２は、耐候性および強度の観点から、金属製であることが好ましいが、コンクリート製（鉄筋コンクリート製）であってもよい。

本実施形態では、複数の柱状部材１１は、平面視で仮想の四角形の角部にそれぞれ立設されている。これら複数の柱状部材１１の間に、複数の梁部材１２が水平姿勢で架け渡されている。すなわち、本実施形態のラック５は、格子状に形成されている。格子状のラック５は、その構造が簡単なので、ラック５を容易に形成することができる。なお、キャスク８が縦置き配置される貯蔵空間Ｓを内部に有するラックは、例えば、平面視でハニカム形状の構造物であってもよく、格子状である必要は必ずしもない。

ラック５を構成する複数の梁部材１２は、上部梁部材１３と、上部梁部材１３の下方に設置された下部梁部材１４とを有する。この上部梁部材１３は、柱状部材１１の上端部において、隣り合う柱状部材１１の間に架け渡されている。また、下部梁部材１４は、柱状部材１１の高さ方向の中途部で、隣り合う柱状部材１１の間に架け渡されている。これら柱状部材１１、上部梁部材１３、および下部梁部材１４で囲まれてなる直方体状の空間が、キャスク８の貯蔵空間Ｓであり、この空間に、キャスク８が縦置き配置される。貯蔵空間Ｓの広さは、キャスク８が縦置き状態で配置可能な広さ、且つ、キャスク８の転倒を梁部材１２（特には、下部梁部材１４）で防止できる広さとされる。水平方向におけるキャスク８と梁部材１２との間の隙間が大き過ぎると、地震時などにキャスク８が転倒してしまうことがあり得るので、水平方向において、キャスク８と梁部材１２との間には、キャスク８が転倒しようとしたときに、キャスク８が梁部材１２に当たってキャスク８が転倒しない所定の隙間があるようにされる。

例えば地震が発生して、キャスク８が転倒しようとしたとする。このとき、キャスク８の側方に位置する下部梁部材１４および上部梁部材１３に、キャスク８が当たることで、キャスク８の転倒は防がれる。ここで、キャスク８が転倒しようとしたときに、下部梁部材１４および上部梁部材１３の両方にキャスク８が当たる、キャスク８と下部梁部材１４との位置関係、および、キャスク８と上部梁部材１３との位置関係であることが、キャスク８の転倒防止の観点からは好ましい。しかしながら、下部梁部材１４のみでも、キャスク８の転倒を防ぐことは可能であるので、上部梁部材１３に関しては、キャスク８が転倒しようとしたときに、例えばキャスク８と当たらない高さに設けられていてもよい。また、上部梁部材１３のみでも、キャスク８の転倒を防ぐことは可能であるので、１つの格子の１つの側面において、上下方向に梁部材が１本のみ設けられていてもよい。また、上部梁部材１３だけで強度を確保することができるのであれば、下部梁部材１４を、例えば、金属製のチェーンのようなものにしてもよい。

なお、キャスク８が転倒しようとしたときに発生する転倒荷重をラック５が確実に受け止めることができるように、各柱状部材１１は、アンカーボルトなどで床面に固定されていることが好ましい。但し、キャスク８の転倒を、ラック５の重量のみで受けとめることができる場合には、各柱状部材１１の床面への固定は不要である。

また、梁部材１２のキャスク８側の面（貯蔵空間Ｓ側の面）に、衝撃を吸収する緩衝部材（不図示）が取り付けられていてもよい。このようにされていると、キャスク８が梁部材１３、１４に直接当たって、その衝撃でキャスク８が損傷することが防止される。なお、上記緩衝部材は、柱状部材１１のキャスク８側の面（貯蔵空間Ｓ側の面）に取り付けられていてもよい。また、キャスク８を囲む全ての梁部材１２（または柱状部材１１）に、上記緩衝部材が取り付けられていてもよいし、キャスク８を囲む一部の梁部材１２（または柱状部材１１）に、上記緩衝部材が取り付けられていてもよい。

ここで、本実施形態では、ラック５の側方から貯蔵空間Ｓ内へキャスク８を入れることができるように、複数の上部梁部材１３のうちの一部、および複数の下部梁部材１４のうちの一部は、柱状部材１１から取外し可能とされている。より具体的には、本実施形態では、図１に示すように、通路Ｒを挟んで、２つのラック５，６が設置されている。これらラック５，６の、ラック同士が対向する側の梁部材１２（上部梁部材１３および下部梁部材１４）が、柱状部材１１から取外し可能とされている（図３参照）。この構成により、既にラック５，６に入れられている（ラック５，６内で貯蔵されている）キャスク８の上方を通すことなく、例えば門型クレーン１を用いて、キャスク８を通路Ｒを経由して、ラック５，６の側方から、ラック５，６内に入れることができる。また、上記構成によると、門型クレーン１に代えてエアパレットを搬送手段として用いて、ラック５，６の側方から、キャスク８をラック５，６内に入れることもできる。

上部梁部材１３および下部梁部材１４の取外し可能な構造は、例えば次のとおりである。本実施形態では、柱状部材１１の側面に、受け部材１６が固定されており、上部梁部材１３および下部梁部材１４は、それぞれ、ボルト（不図示）などを用いて取り外し可能に受け部材１６に取り付けられている。

また、本実施形態では、キャスク８からその上方へ出てくる放射線を遮蔽するために、前記した貯蔵空間Ｓを上方から覆う、放射線遮蔽機能を有する遮蔽蓋１０が、上部梁部材１３（梁部材）の上に設置されている。遮蔽蓋１０は、金属製であったり、コンクリート製であったり、樹脂製であったり、これら材料のうちから選ばれた少なくとも２つの材料で形成されたりする。

ここで、図３に示すように、上部梁部材１３は、上端部の側方に段差部１３ａを有することが好ましく、本実施形態では、この段差部１３ａに遮蔽蓋１０の外周縁部が嵌め込まれるように載置されることで、遮蔽蓋１０が上部梁部材１３の上に設置されている。このように、遮蔽蓋１０の周囲がオフセット構造にされることにより、キャスク８からその上方へ出てくる放射線が、遮蔽蓋１０の周囲部分を直接貫通することが防止される。

本実施形態の遮蔽蓋１０は、図４に示すように、上部梁部材１３の上に設置される蓋基部１７と、蓋基部１７に形成された開口１７ａを上方から覆う上蓋部１８とを有する。ここで、キャスク８（内部の放射性物質の発熱）によって暖められたキャスク８周囲の空気を効率良くその上方へ逃す（除熱）ために、本実施形態では、上蓋部１８は、蓋基部１７との間に隙間をあけて設置される。本実施形態では、上蓋部１８と蓋基部１７との間にスペーサ部材１９が配置されることで、上蓋部１８と蓋基部１７との間に隙間（上下方向の隙間）が設けられている。なお、本実施形態では、キャスク８からその上方へ出てくる放射線が、上蓋部１８と蓋基部１７との間の隙間部分を直接貫通することを抑えるように、蓋基部１７の開口１７ａの周囲は、その外方よりも低い段違い面１７ｂとされており、この段違い面１７ｂにスペーサ部材１９が配置されている。そして、上蓋部１８は、スペーサ部材１９を間に挟んで、段違い面１７ｂに設置されている（オフセット構造）。

また、本実施形態の上蓋部１８は、開口１７ａに嵌まり込む上蓋本体部１８ｂと、上蓋本体部１８ｂよりも大径のフランジ部１８ａとを有する。上蓋本体部１８ｂの直径は、開口１７ａの直径よりも少し小さく、フランジ部１８ａの直径は、段違い面１７ｂの外周の直径よりも少し小さい。本実施形態では、このような寸法関係により、上蓋部１８と蓋基部１７との間に水平方向の隙間が形成される。なお、開口１７ａの直径は、キャスク８の外径に近い寸法とされることが好ましい。これにより、キャスク８の除熱効率がより向上する。

ここで、図５、６に示す遮蔽蓋２０は、図４に示す遮蔽蓋１０とは別の実施形態の遮蔽蓋である。この遮蔽蓋２０は、上部梁部材１３の上に設置される、開口２１ａを有する蓋基部２１と、開口２１ａを上方から覆う上蓋部２２と、蓋基部２１と上蓋部２２との間に設けられ、側方に切欠き空間Ｔを有する筒状部２３とを有する。切欠き空間Ｔは、キャスク８（内部の放射性物質の発熱）によって暖められたキャスク８周囲の空気を効率良くその上方へ逃す（除熱）ために設けられたものである。本実施形態では、周方向に４つの切欠き空間Ｔが、筒状部２３に形成されている。切欠き空間Ｔの高さ方向の寸法、および切欠き空間Ｔの周方向の長さ寸法、ならびに切欠き空間Ｔの数は、除熱に必要な通風力（通風抵抗）から決定される。切欠き空間Ｔの高さ方向の寸法は、筒状部２３の高さを変更することで、適宜容易に設定することができるため、側方に切欠き空間Ｔを有する筒状部２３を遮蔽蓋２０が有することで、キャスク８の除熱に必要な通風力を容易に確保することができる。

図３に示すように、本実施形態では、水平方向へのキャスク８の移動を制限するとともに、水平方向におけるキャスク８の配置の目印となるキャスク８の位置決め部材１５が、貯蔵エリアの床面に固定されている。位置決め部材１５は、例えばアンカーボルトを用いて床面と固定される。キャスク８が転倒しようとしたとの転倒モーメント（荷重）は、ラック５を構成する梁部材１２で受けることができるので、上記アンカーボルトは、上記転倒モーメントによる曲げ荷重を考慮したものである必要はなく、地震発生時などに発生する水平荷重のみに耐える強度であればよい。

図７に示すように、本実施形態では、キャスク８、１基あたり、所定の間隔をあけて複数の（例えば４つの）位置決め部材１５（１５ａ〜１５ｄ）が設けられている。本実施形態では、例えば、対向する位置決め部材１５ａ、１５ｃ（１５ｂ、１５ｄ）は、平面視において、当該位置決め部材１５ａ、１５ｃ（１５ｂ、１５ｄ）同士を結ぶ仮想線がキャスク８の中心を通るように設けられる。また、キャスク８の周方向においては、位置決め部材１５ａ〜１５ｄは、等位相差で設けられる。

位置決め部材１５は、それぞれ、容器載置部２５と、容器載置部２５の上に設けられた容器位置決め部２６とを有する。キャスク８と位置決め部材１５とは、相互に固定されず相互に当接させられるのみである。なお、キャスク８と位置決め部材１５とは、相互に固定されてもよい。従来は、キャスク８と、専用の貯蔵架台とを強固に固縛し、且つ貯蔵架台を床面に頑丈に固定していた。本実施形態では、キャスク８が転倒しようとしたとの転倒モーメント（荷重）を、ラック５を構成する梁部材１２で受けることができるので、キャスク８と位置決め部材１５との相互の固定を、不要とすることができる。

上記位置決め部材１５によると、地震発生時などの水平荷重によって、キャスク８が横ズレするのを防止することができる。また、ラック５（６）内の貯蔵空間Ｓにキャスク８を容易に入れることができる。

ここで、前記したように、キャスク８と位置決め部材１５とは、相互に固定されず相互に当接されているのみであってもよい。これによると、キャスク８と位置決め部材１５との相互の固定を行わないので、ラック５（６）内へのキャスク８の設置作業、およびラック５（６）内からのキャスク８の取り出し作業が容易になる。

また、前記したように、位置決め部材１５は、縦置き配置されるキャスク８、１基あたり、所定の間隔をあけて複数、設けられていてもよい。これによると、地震発生時などの水平荷重によって、キャスク８が横ズレするのをより防止することができる。また、ラック５（６）内の貯蔵空間Ｓにキャスク８をより容易に入れることができる。

なお、容器位置決め部２６は、容器載置部２５の上面でその位置を調整可能な可動式の部材とされていてもよい。キャスク８の大きさに合わせて容器位置決め部２６の位置を調整することで、位置決め部材１５にてキャスク８を適切に支持することができる。

なお、本実施形態のラック５（６）は、２×８列とされており、１つのラック５（６）に１８基のキャスク８が貯蔵可能となっている。ラックの行数および列数は、これに限られることはない。

また、本実施形態では、ラック５（６）の上に遮蔽蓋１０が設置されているが、例えば、屋根を有する建屋の中にラック５（６）が設置される場合は、遮蔽蓋１０は無くてもよい。

以上、本発明の一実施形態に係る放射性物質貯蔵施設１００について説明した。

放射性物質貯蔵施設１００では、前記したように、貯蔵空間Ｓを上方から覆う、放射線遮蔽機能を有する遮蔽蓋１０が、ラック５（６）の上（例えば、上部梁部材１３の上）に設置されている。これによると、キャスク８からその上方へ出てくる放射線に起因するスカイシャイン線量を低減することができる。その結果、放射性物質貯蔵施設１００のように、施設の屋根を無くすことができる。なお、スカイシャイン線量とは、放射線が空中で散乱することにより地上付近で生じる線量のことである。

なお、遮蔽蓋１０の設置に関し、柱状部材１１が、上部梁部材１３（梁部材）よりも上方まで突出させられている場合、突出した複数の柱状部材１１の上端面の上に遮蔽蓋１０が設置されてもよい。この場合、放射線をより遮蔽するために、柱状部材１１の上端と、その下方に位置する上部梁部材１３との間の隙間を、プレート（板材）で塞いでもよい。

以上、本発明の実施形態およびその変形例について説明した。なお、その他に、当業者が想定できる範囲で種々の変更を行うことは可能である。

５、６：ラック
８：キャスク（容器）
１０、２０：遮蔽蓋
１１：柱状部材
１２：梁部材
１３：上部梁部材
１３ａ：段差部
１４：下部梁部材
１５：位置決め部材
１７、２１：蓋基部
１７ａ、２１ａ：開口
１７ｂ：段違い面
１８、２２：上蓋部
１９：スペーサ部材
２３：筒状部
１００：放射性物質貯蔵施設
Ｒ：通路
Ｓ：貯蔵空間
Ｔ：切欠き空間

Claims (12)

1. 内部に放射性物質が収納された容器を貯蔵する放射性物質貯蔵施設であって、
   前記容器の貯蔵エリアを囲う、施設周囲に設置された遮蔽壁と、
   前記容器が縦置き配置される貯蔵空間を内部に有するラックと、を備え、
   前記ラックは、
   前記貯蔵空間を形成する、立設された複数の柱状部材と、
   隣り合う前記柱状部材の間に架け渡された、前記貯蔵空間を形成する複数の梁部材と、
   を有し、
   前記ラックが、前記複数の柱状部材および前記複数の梁部材によって、平面視、右側面視、左側面視、正面視、および背面視のいずれにおいても格子状に形成されている、放射性物質貯蔵施設。
2. 請求項１に記載の放射性物質貯蔵施設において、
   前記貯蔵空間を上方から覆う、放射線遮蔽機能を有する遮蔽蓋をさらに備える、放射性物質貯蔵施設。
3. 請求項２に記載の放射性物質貯蔵施設において、
   前記遮蔽蓋が、前記梁部材の上に設置されている、放射性物質貯蔵施設。
4. 請求項３に記載の放射性物質貯蔵施設において、
   前記梁部材は、上端部の側方に段差部を有し、
   前記段差部に前記遮蔽蓋の外周縁部が載置されることで、前記遮蔽蓋が前記梁部材の上に設置されている、放射性物質貯蔵施設。
5. 請求項２〜４のいずれかに記載の放射性物質貯蔵施設において、
   前記遮蔽蓋は、
   開口を有する蓋基部と、
   前記蓋基部との間に隙間をあけて設置され、前記開口を上方から覆う上蓋部と、
   を有する、放射性物質貯蔵施設。
6. 請求項５に記載の放射性物質貯蔵施設において、
   前記蓋基部の前記開口の周囲は、その外方よりも低い段違い面とされており、
   前記段違い面に、スペーサ部材を間に挟んで、前記上蓋部が設置されている、放射性物質貯蔵施設。
7. 請求項２〜４のいずれかに記載の放射性物質貯蔵施設において、
   前記遮蔽蓋は、
   開口を有する蓋基部と、
   前記開口を上方から覆う上蓋部と、
   前記蓋基部と前記上蓋部との間に設けられ、側方に切欠き空間を有する筒状部と、
   を有する、放射性物質貯蔵施設。
8. 請求項１〜７のいずれかに記載の放射性物質貯蔵施設において、
   前記柱状部材の側面に受け部材が固定されており、
   前記梁部材が、前記受け部材の上方から前記受け部材の上面に取り外し可能に取り付けられている、放射性物質貯蔵施設。
9. 請求項８に記載の放射性物質貯蔵施設において、
   複数の前記ラックが通路を挟んで設置されており、
   前記ラックの、ラック同士が対向する側の前記梁部材が、前記柱状部材から取外し可能とされている、放射性物質貯蔵施設。
10. 請求項１〜９のいずれかに記載の放射性物質貯蔵施設において、
    水平方向への前記容器の移動を制限するとともに、水平方向における前記容器の配置の目印となる前記容器の位置決め部材が床面に固定される、放射性物質貯蔵施設。
11. 請求項１０に記載の放射性物質貯蔵施設において、
    前記容器と前記位置決め部材とは、相互に固定されず相互に当接される、放射性物質貯蔵施設。
12. 請求項１０または１１に記載の放射性物質貯蔵施設において、
    前記位置決め部材が、縦置き配置される前記容器、１基あたり、所定の間隔をあけて複数、設けられている、放射性物質貯蔵施設。

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