JP7071852B2 - 放射性物質輸送貯蔵容器 - Google Patents

Description

本発明は、放射性物質が収容される放射性物質輸送貯蔵容器に関する。

放射性物質輸送貯蔵容器に関する技術は、例えば特許文献１～３に記載される。特許文献１は、放射性物質輸送貯蔵容器を軽量化するために、底板の外径およびそのサポート部の外径が、放射性物質が収められる筒状の胴部の外径よりも小さくされる。

一方、特許文献２、３に記載の放射性物質輸送貯蔵容器では、底板（底部）の外径は、放射性物質が収められる筒状の胴部の外径と同じにされている。

なお、特許文献１～３に記載のいずれの放射性物質輸送貯蔵容器においても、容器内から外部への中性子線の放出を抑えるために、胴部の外周面側、および底板の外面側には、それぞれ、側部中性子遮蔽体、および底部中性子遮蔽体が設けられている。

特開２００７－２４０１７３号公報 特開２０１７－７８５８０号公報 特開２０１１－１６９９１５号公報

ここで、特許文献１～３に記載される放射性物質輸送貯蔵容器は、側部中性子遮蔽体と底部中性子遮蔽体との間にある、中性子遮蔽体が存在しない領域である遮蔽体間領域から、中性子線が放出され易く、この遮蔽体間部分の近傍である容器の底角部における容器表面において、中性子線量当量率（単位は、μＳｖ／ｈ）の局所的な大きなピークが出る、すなわち、中性子線量当量率が局所的に非常に大きくなるという問題を有する。

特許文献１は、この遮蔽体間部分において、中性子線量当量率が局所的に非常に大きくなることを防止するため、すなわち、中性子線量当量率のピークを緩和するため、側部中性子遮蔽体が底板側へ延長されて、当該側部中性子遮蔽体によって底板の外周面が覆われる放射性物質輸送貯蔵容器が開示される。

しかしながら、特許文献１に記載の放射性物質輸送貯蔵容器は、底板の外周面を側部中性子遮蔽体で覆うために、胴部と底板との段差部分に側部中性子遮蔽体が形成される必要がある。このように複雑な側部中性子遮蔽体の形状は、放射性物質輸送貯蔵容器の製造工程を長くさせ、製造コストの高騰の要因となり得る。

また、底板の外径およびそのサポート部の外径が胴部の外径よりも小さい放射性物質輸送貯蔵容器は、縦置きで容器が使用された場合に、地震などによる横揺れに対する容器の自立安定性が悪くなるという問題もある。

特許文献２、３は、底板（底部）の外径と放射性物質が収められる筒状の胴部の外径とが同じである放射性物質輸送貯蔵容器が開示される。特許文献２、３の放射性物質輸送貯蔵容器は、容器の底角部の表面における中性子線量当量率は緩和されるものの、底板（底部）およびサポート部が胴部と同じ外径を有することから、放射性物質輸送貯蔵容器の重量が増加して、設計上の重量制限を満足できなくなるという問題がある。この問題を解消するために、放射性物質輸送貯蔵容器に収納される燃料の収納体数を減らす必要があり、収納効率は悪い。

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、容器の重量増加による燃料の収納効率の悪化を抑制し、中性子遮蔽体が存在しない容器の底角部の表面における中性子線量当量率のピークを抑えることができ、且つ、自立安定性にも優れる放射性物質輸送貯蔵容器を提供することである。

本発明は、放射性物質が収められる収容空間を有する筒状の胴部と、前記胴部の一端面に、前記胴部と同心に固定された底部と、前記胴部と同心で、前記底部から前記胴部と反対方向へ延在する筒状の底部サポート部と、を備える放射性物質輸送貯蔵容器である。この放射性物質輸送貯蔵容器は、前記底部の外径、および前記底部サポート部の外径が、いずれも、前記胴部の外径よりも大きいことを特徴とする。

本発明によれば、容器の重量増加による燃料の収納効率の悪化を抑制し、中性子遮蔽体が存在しない容器の底角部の表面における中性子線量当量率のピークを抑えることができ、且つ、自立安定性にも優れる放射性物質輸送貯蔵容器を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る放射性物質輸送貯蔵容器の縦断面図である。 図１のＡ部拡大図である。 図１に示す放射性物質輸送貯蔵容器の軸方向の両端部に、物体との衝突によって生じる衝撃を吸収する緩衝体がそれぞれ取り付けられた状態の放射性物質輸送貯蔵容器の縦断面図である。

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。

図１、２に示すように、本実施形態の放射性物質輸送貯蔵容器１００（以下、「キャスク１００」と記載する）は、放射性物質が収められる収容空間Ｅを有する筒状の胴部１と、胴部１の一端面に、胴部１と同心に固定された底板２（底部）と、胴部１と同心で、底板２から胴部１と反対方向へ延在する筒状の底部サポート３（底部サポート部）とを備えている。底部サポート３は、底板２を支持するものであり、キャスク１００が縦置き状態にされた際に、底板２が直接地面や床面に接触することを防ぐものである。

また、底板２とは反対側の胴部１の開口は、一次蓋５、および二次蓋６により密封状態で閉止される。二次蓋６の外側の三次蓋７は、キャスク１００を輸送する際に胴部１に取り付けられる蓋であって、キャスク１００を輸送した後のキャスク１００の貯蔵使用時は、通常、当該三次蓋７は外される。

ここで、キャスク１００内から外部への中性子線の放出を抑えるために、胴部１の外周面側には、筒状の側部中性子遮蔽層８（側部中性子遮蔽体）が設けられ、胴部１の底側、および蓋側には、それぞれ、底部中性子遮蔽層９（底部中性子遮蔽体）、および上部中性子遮蔽層１０（上部中性子遮蔽体）が設けられる。側部中性子遮蔽層８は、主として、胴部１からの中性子線の放出を抑えるためのものである。底部中性子遮蔽層９は、主として、底板２からの中性子線の放出を抑えるためのものであり、上部中性子遮蔽層１０は、主として、蓋（一次蓋５および二次蓋６）からの中性子線の放出を抑えるためのものである。

側部中性子遮蔽層８は、筒状の側部中性子遮蔽層カバー１３（側部中性子遮蔽体保持部材）で覆われており、側部中性子遮蔽層８の上端および下端は、それぞれ、上部端板１５および下部端板１４で保護されている。底部中性子遮蔽層９は、底部サポート３の内側に配置されている。底部中性子遮蔽層９は、底部中性子遮蔽層カバー１６（底部中性子遮蔽体保持部材）で覆われることにより、底部サポート３の内側に保持される。上部中性子遮蔽層１０は、二次蓋６の内部に収容されている。

側部中性子遮蔽層８、底部中性子遮蔽層９、および上部中性子遮蔽層１０を構成する中性子遮蔽材は、例えば、エポキシ樹脂、もしくはポリエステル樹脂などの樹脂、またはシリコンゴム、もしくはエチレンポリプロピレンゴムなどのゴムである。

なお、キャスク１００を構成する胴部１、底板２、底部サポート３、一次蓋５、二次蓋６、および三次蓋７は、例えば炭素鋼などの金属材料で形成される。金属材料は、主として、ガンマ線を遮蔽する機能を有する材料であり、ある程度の中性子線をも遮蔽するものが好ましい。

ここで、本実施形態のキャスク１００を構成する底板２の外径Ｂ１は、胴部１の外径Ｔ１よりも大きくされ、且つ、底部サポート３の外径Ｓ１も、胴部１の外径Ｔ１よりも大きくされている。なお、本実施形態では、底板２の外径Ｂ１と底部サポート３の外径Ｓ１とが等しくされているが、底板２の外径Ｂ１と底部サポート３の外径Ｓ１とが異なっていてもよい。また、底板２の外径Ｂ１、および底部サポート３の外径Ｓ１は、例えば、胴部１の外径Ｔ１よりも、４０ｍｍ～１５０ｍｍ大きくされる。

図２には、符号Ｘを付して示すように、キャスク１００の底角部に、中性子遮蔽材（中性子遮蔽層）が存在しない領域Ｘが存在する。そのため、当該キャスク１００の底角部の表面において、中性子線量当量率の局所的なピークが出る。しかしながら、本実施形態のキャスク１００によると、その底板２の外径Ｂ１、および底部サポート３の外径Ｓ１が、いずれも、胴部１の外径Ｔ１よりも大きい外径を有するため、底板２の外径Ｂ１、および底部サポート３の外径Ｓ１が、胴部１の外径Ｔ１よりも小さい、または胴部１の外径Ｔ１と等しい場合よりも、中性子遮蔽体が存在しないキャスク１００の底角部の表面における中性子線量当量率のピークが抑えられる。

また、底板２の外径Ｂ１、および底部サポート３の外径Ｓ１が、いずれも、胴部１の外径Ｔ１よりも大きくされていることで、キャスク１００が縦置きで使用された場合に、地震などによる横揺れに対して、キャスク１００は転倒しにくい。

また、胴部１の外径Ｔ１は、底板２の外径Ｂ１、および底部サポート３の外径Ｓ１よりも小さいので、キャスク１００は、胴部１の外径Ｔ１が底板２の外径Ｂ１などと等しいキャスクよりも、重量を軽くすることができる。

ここで、底部サポート３の内径Ｓ２は、胴部１の内径Ｔ２よりも大きくされていることが好ましい。この構成によると、底部サポート３の内側に配置される底部中性子遮蔽層９の径を大きくすることができ（底部サポート３の内側における中性子遮蔽材の充填できる領域を広くでき）、キャスク１００の底角部からの中性子線の放出をより抑えることができる（キャスク１００の底角部の表面における中性子線量当量率のピークをより抑えることができる）。

さらには、底部サポート３の内径Ｓ２は、胴部１の外径Ｔ１よりも小さくされていることが好ましい。Ｓ１＞Ｔ１、且つＴ２＜Ｓ２＜Ｔ１の関係が満たされると、キャスク１００が縦置きで使用された場合に、平面視において、胴部１の外周面と底部サポート３とが必ず重なるので、キャスク１００の重量を底部サポート３に確実に伝達することができ、安定的に貯蔵することができる。

なお、本実施形態の底板２のように、底板２は、底部サポート３側（底側）が、胴部１の外径Ｔ１よりも大きい外径Ｂ１の大径部１１を有し、胴部１との固定側が、胴部１と等しい外径Ｔ１の小径部１２を有するように構成されてもよい。この構成によると、胴部１と底板２との境界面に段差が無いために、一様な厚みの側部中性子遮蔽層８を用いることができる。そして、胴部１と底板２との境界面に段差がないため、溶接が容易になるだけでなく、溶接部の検査（放射線透過検査（ＲＴ）、超音波探傷試験（ＵＴ）など）もまた容易になる。

一方、キャスク１００を構成する胴部１、底板２、および一次蓋５は、キャスク１００内を密封状態に保つための密封部材である。そのため、キャスク１００の耐圧試験後に、底板２を補修することはできない。仮に底板２を補修すれば、再度の耐圧試験の実施が必要となるからである。そのため、本実施形態の底板２、底部サポート３のように、底板２と底部サポート３とが別々の部材とされ、互いに接合されていることが好ましい。この構成によると、キャスク１００の耐圧試験後に、底部サポート３が傷ついたり腐食したりしても、底部サポート３を補修することができる。なお、底板２と底部サポート３とは、一素材から形成された一体品であってもよいが、この場合、耐圧試験後の底板２および底部サポート３の補修は困難である。

また、本実施形態の底部中性子遮蔽層カバー１６のように、底部中性子遮蔽層カバー１６は、底部サポート３に固定されていることが好ましい。仮に、密封部材である底板２に底部中性子遮蔽層カバー１６を直接、溶接にて固定する場合は、溶接後の熱処理が必要であるが、底部中性子遮蔽層カバー１６を、密封部材ではない底部サポート３に固定する場合は、溶接後の熱処理を不要とすることができる。なお、底部サポート３の内側に、底部中性子遮蔽層９が配置された後に、底部中性子遮蔽層カバー１６が底部サポート３に固定されることになる。底部中性子遮蔽層９は、樹脂、ゴムなどの水素を多く含有する有機材料からなるため、底部中性子遮蔽層カバー１６を底部サポート３に溶接にて固定する場合、溶接後の熱処理ができない。

また、キャスク１００が縦置きで使用される場合を考慮すると、底部サポート３の腐食を防止するために、底部サポート３の材料は、ステンレス鋼、またはニッケル基合金などの耐食性に優れた金属材料であることが好ましい。底部サポート３が腐食されると、底部サポート３の腐食は底板２へと伝わる。底部サポート３の材料が耐食性に優れた金属材料である場合、底板２は、底部サポート３が腐食されにくいため、腐食されにくくなる。また、塗装により底部サポート３の腐食を防止する場合よりも、耐食性に優れた金属材料から底部サポート３を形成した方が、経年劣化体の影響を受けにくいために、長く腐食を防止することができる。

また、本実施形態のキャスク１００のように、底部サポート３は、底部サポート３の底板２側とは反対側の面に、ステンレス鋼、またはニッケル基合金などの耐食性に優れた金属材料を材料とする補助底部サポート４が、溶接などにより固定されていることが好ましい。底部サポート３の底板２側とは反対側の面は、キャスク１００が縦置きで使用される場合に、架台（不図示）などと接触するため、最も腐食が生じやすい部分である。補助底部サポート４は、この最も腐食が生じやすい面に、固定されることで、補助底部サポート４がインコネル（登録商標）などの高価な材料であっても、その使用量を少なくすることができ、安価に腐食対策を実施することができる。なお、補助底部サポート４は、例えば、リング状の板材である。

以上のように、底部サポート３に耐食性に優れた金属材料を用いた場合、底部サポート３の底板２側とは反対側の面に耐食性に優れた金属材料の補助底部サポート４が固定された場合、またはその両方を採用した場合、キャスク１００は、約６０年間といった長期で、メンテナンスすることなく使用することが期待できる。

なお、底部サポート３の底板２側とは反対側の面に、ステンレス鋼、またはニッケル基合金などの耐食性に優れた金属材料が溶着されることで（クラッド溶接）、当該面の腐食対策が施されていてもよい。

図３は、図１に示すキャスク１００の軸方向の両端部に、輸送容器の設計要件である９ｍ落下事象によって生じる衝撃を吸収する緩衝体（底部緩衝体１７、上部緩衝体１８）がそれぞれ取り付けられた状態の放射性物質輸送貯蔵容器の縦断面図である。

図３に示すように、キャスク１００は、その輸送時、物体との衝突によって生じる衝撃を吸収する緩衝体（底部緩衝体１７、上部緩衝体１８）が軸方向の両端部に、それぞれ取り付けられる。

ここで、図１、２に示すように、底部緩衝体１７の取付部３ａは、密封部材ではない底部サポート３に形成されていることが好ましい。仮に、密封部材である底板２に、底部緩衝体１７の取付部が形成されるとすると、その取付部の形成は、キャスク１００の耐圧試験前に行われる必要がある。そして、この取付部に傷などがついても、その後（キャスク１００の耐圧試験後）に、取付部を補修することはできない。底板２に形成した取付部を補修すれば、再度の耐圧試験の実施が必要となるからである。一方、底部緩衝体１７の取付部３ａを、密封部材ではない底部サポート３に形成する場合は、キャスク１００の耐圧試験後に取付部３ａを形成することができるとともに、形成された取付部３ａに傷などがついたとしても、再度の耐圧試験を実施することなく、その補修が可能となる。

なお、底部緩衝体１７の取付部３ａは、例えば、ボルト穴であり、このボルト穴を用いて、底部緩衝体１７は、ボルト１９によって底部サポート３に取り付けられる。

底部サポート３と同様に密封部材ではない底部中性子遮蔽層カバー１６に、底部緩衝体１７をボルト１９で取り付ける方法もあるが、この方法には、次の問題がある。ボルト１９が締め込まれる底部中性子遮蔽層カバー１９の板厚を、ボルト１９の雄ネジ部の長さよりも厚いものとする必要が生じ、その結果、底部中性子遮蔽層カバー１９の重量が増し、キャスク１００の重量が全体として増加してしまう。そのため、底部緩衝体１７の取付部３ａは、底部サポート３に形成されていることが好ましい。

なお、上部緩衝体１８は、例えば、胴部１に形成された取付部１ａ（例えば、ボルト穴）を用いて、ボルト２０によって三次蓋７とともに胴部１に取り付けられる。

緩衝体（底部緩衝体１７、上部緩衝体１８）の材料は、木材、発泡樹脂、発泡金属などである。

以上、本発明の実施形態について説明した。なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、当業者は、上記実施形態に対して、想定できる範囲内で種々の変更を行うことができる。

１：胴部
２：底板（底部）
３：底部サポート（底部サポート部）
３ａ：取付部（ボルト穴）
４：補助底部サポート
９：底部中性子遮蔽層（底部中性子遮蔽体）
１６：底部中性子遮蔽層カバー（底部中性子遮蔽体保持部材）
１７：底部緩衝体（緩衝体）
１００：キャスク（放射性物質輸送貯蔵容器）
Ｂ１：底板（底部）の外径
Ｅ：収容空間
Ｓ１：底部サポート（底部サポート部）の外径
Ｓ２：底部サポート（底部サポート部）の内径
Ｔ１：胴部の外径
Ｔ２：胴部の内径

Claims (7)

1. 放射性物質が収められる収容空間を有する筒状の胴部と、
   前記胴部の一端面に、前記胴部と同心に固定された底部と、
   前記胴部と同心で、前記底部から前記胴部と反対方向へ延在する筒状の底部サポート部であって、前記底部と別の部材とされて前記底部と接合されている底部サポート部と、
   前記胴部の外周面側に設けられた筒状の側部中性子遮蔽層と、
   前記側部中性子遮蔽層を覆う筒状の側部中性子遮蔽層カバーと、
   を備え、
   前記底部の外径、および前記底部サポート部の外径が、いずれも、前記胴部の外径よりも大きく、前記側部中性子遮蔽層カバーの外径よりも小さく、
   前記底部サポート部の、前記底部側とは反対側の面に、ステンレス鋼、またはニッケル基合金が溶着されている、あるいは、ステンレス鋼、またはニッケル基合金を材料とする補助底部サポートが固定されていることを特徴とする、放射性物質輸送貯蔵容器。
2. 放射性物質が収められる収容空間を有する筒状の胴部と、
   前記胴部の一端面に、前記胴部と同心に固定された底部と、
   前記胴部と同心で、前記底部から前記胴部と反対方向へ延在する筒状の底部サポート部であって、前記底部と別の部材とされて前記底部と接合されている底部サポート部と、
   を備え、
   前記底部の外径、および前記底部サポート部の外径が、いずれも、前記胴部の外径よりも大きく、
   前記底部サポート部の、前記底部側とは反対側の面に、ステンレス鋼、またはニッケル基合金が溶着されている、あるいは、ステンレス鋼、またはニッケル基合金を材料とする補助底部サポートが固定されていることを特徴とする、放射性物質輸送貯蔵容器。
3. 請求項１または２に記載の放射性物質輸送貯蔵容器において、
   前記底部サポート部の内径が、前記胴部の内径よりも大きいことを特徴とする、放射性物質輸送貯蔵容器。
4. 請求項３に記載の放射性物質輸送貯蔵容器において、
   前記底部サポート部の内径が、前記胴部の外径よりも小さいことを特徴とする、放射性物質輸送貯蔵容器。
5. 請求項１～４のいずれかに記載の放射性物質輸送貯蔵容器において、
   前記底部からの中性子線の放出を抑える底部中性子遮蔽体が、前記底部サポート部の内側に配置されており、
   前記底部中性子遮蔽体を前記底部サポート部の内側に保持するための底部中性子遮蔽体保持部材が、前記底部サポート部に固定されていることを特徴とする、放射性物質輸送貯蔵容器。
6. 請求項１～５のいずれかに記載の放射性物質輸送貯蔵容器において、
   前記底部サポート部の材料が、ステンレス鋼、またはニッケル基合金であることを特徴とする、放射性物質輸送貯蔵容器。
7. 請求項１～６のいずれかに記載の放射性物質輸送貯蔵容器において、
   物体との衝突によって生じる衝撃を吸収する緩衝体の取付部が、前記底部サポート部に形成されていることを特徴とする、放射性物質輸送貯蔵容器。

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