JP7267313B2 - 加圧水冷原子炉の使用済み核燃料の輸送および保管用の容器カバー - Google Patents

Description

本発明は、加圧水反応器（VVER、ロシア型加圧水型原子炉）の燃料集合体の輸送および一時的貯蔵のための容器のカバーに関する。

本発明に最も近い先行技術は、ベースと、ベース上で高さ方向に固定配置される複数のスチールディスクと、互いに等距離にあるスチールディスク間に配置される熱放散ディスクと、スチールおよび熱放散ディスクをカバーセクションに接続する垂直固定要素を含む容器カバーである。各ディスクには、その軸に対して２列の穴が開けられ、その各穴にパイプが取り付けられ、ラックがディスクの外周に沿って配置される。

既知の容器カバーでは、中央のサポートパイプがベースに溶接されている。スチールディスクと熱放散ディスクは、少なくとも２つのセクションを形成している。それぞれのセクションは、上部と下部の２つのスチールディスクで構成されている。それらは垂直固定要素、この場合は、ラックによって接続されている。スチールディスク間に、少なくとも５つの熱放散ディスクとアルミニウム合金のスペーサースリーブが取り付けられている。

上記の各セクションは相互に、中央のサポートパイプによってベース上で高さ方向に固定されている。

そのサポートパイプの軸に対して第１の列には６本のパイプが取り付けられ、第２の列には、１２本のパイプが取り付けられている。

容器カバーの組み立ては、次のようにして行われる。

ベース上に、上部に溶接された中央のサポートパイプと、下部スチールディスクがインストールされる。スチールラックがこのディスクにねじ込まれ、それぞれの熱放散ディスクの間にスリーブが介在される。熱放散ディスクの六角形の穴には、六角形のパイプが取り付けられる。上部スチールディスクがアセンブリ全体を覆うようになり、カバーの一つのセクションが形成される。そのセクションのラックへの上部ディスクの締め付けは、次のセクションの下部スチールディスクにスチールラックをねじ止めすることにより行われる。このプロセスは、最上部のセクションまで繰り返される。保護ディスクは上部のスチールディスクの上に取り付けられ、最後のセクションの支柱にボルトで固定される。中央のサポートパイプには、機器を取り扱うためのヘッドが取り付けられる。

既知のカバーは、１８個の調整済み使用済み燃料アセンブリ（SFA）の輸送および保管用に設計された輸送パッケージコンテナ（TUK）で使用される。しかし、調整済みの使用済み燃料アセンブリの輸送に加えて、VVERリアクターからの標準以下の使用済み燃料アセンブリを輸送する必要もある。

標準以下の使用済み燃料アセンブリの輸送中、より深刻な事故の結果のリスクが高まる。したがって、TUKの設計では、損傷したアセンブリの輸送の安全性を最大限に確保する必要がある。

先進型のVVERリアクターの使用済み燃料アセンブリ用に新しいTUKを作成する必要があるのは、取扱いが難しい核、放射、および熱特性によるものである。これに関連して、標準以下の使用済み燃料アセンブリを輸送するためのそのようなTUKの容器カバーは、その変更後にのみ使用することができる。

RF用のVVER-1000/1200タイプのTUKリアクターの寸法は、既存の循環方式によって制限されることも考慮に入れる必要がある。したがって、ある量の使用済み燃料アセンブリに対応するカバーは、既存の構成の輸送パッキングセットに適合しなければならない。 既存の寸法のカバーに可能な限り最大の使用済み核燃料を配置するには、使用済み燃料アセンブリ間の距離を短くする必要がある。

TUKの既存の寸法を考慮して、放射線安全性を計算すると、運用担当者の放射線負荷に関して輸送される標準以下の使用済み燃料アセンブリの最大数は１０であり、標準以下の使用済み燃料アセンブリの輸送に対する安全要件の増加は、プロトタイプの次の主な欠点を浮き彫りにする。

複数のセクションが存在する場合は、セクション間を移動（ロード/アンロード）する際の係合や機械的損傷の可能性を排除するために、チャネル（パイプ）の位置合わせを確実にするためにセクションを互いに正確にドッキングする必要がある。

さらに、計算によると、選択した容器カバー内の使用済み燃料アセンブリからのエネルギー放出は不均一に分布しており、中央が最大で周辺が最小になっている。したがって、設計された既知のセクションを上下に配置して使用しても、カバーの高さ全体に沿って使用済み燃料アセンブリから均一に熱が除去されることは保証されない。

ロシア特許第2642853号明細書

本発明の技術的問題は、原子炉からの標準以下の使用済み燃料アセンブリの最大数（１０個）の輸送および貯蔵である。より具体的には、VVER-1000/1200タイプの容器カバーにおいて、TUKの寸法に適合し、輸送の安全パラメーター、特に放射線安全性、核安全性、使用済み燃料アセンブリからの熱除去を保証することにある。

したがって本発明は、加圧水反応器の使用済み核燃料の輸送および保管用の容器を収容するための容器カバーであって、ベースと、ベース上において高さが固定された複数のスチールディスクと、スチールディスク間に相互に等間隔に配置された複数のアルミニウムディスクと、スチールディスクとアルミニウムディスクを接続する複数の垂直固定要素と、を含み、それぞれのディスクには、その軸に対して２列の穴として内側の列を構成する２つの穴と外側の列を構成する８つの穴がそれぞれ開けられており、各穴にチャネルが設けられ、各垂直固定要素は、各ディスクの外周に沿って配置され、容器カバーが一つのセクションで構成され、追加の複数の垂直固定要素のそれぞれが、各ディスクにおける内側の穴の列と外側の穴の列との軸線間の円周に沿って配置され、各穴と各チャネルは、使用済み燃料アセンブリ用のキャニスターを配置する可能性を有する丸い形状に形成され、ベースには、キャニスター用の溝とフックが設けられていることを特徴とする。

さらに、追加のスチールディスクを備え、当該スチールディスクが前記アルミニウムディスクから等距離にあるとしても良い。

また、前記アルミニウムディスクと前記スチールディスクとが前記ベース上で前記ベースから数えて次のような枚数、すなわち4-1-4-1-3-1-3-1-3-1-3-1になるように交互に配置されているとしても良い。

さらに、前記垂直固定要素が繋ぎ材の形態で形成されているとしても良い。

上記の構成において技術的な結果としては、標準以下の燃料を輸送する際のVVERリアクターの輸送パッケージングセットの既存のカバーの寸法を維持し、輸送の安全パラメーター、特に放射線、核の安全性、使用済み燃料アセンブリからTUK壁への熱除去を確保し、容器カバーの保守性を向上させることができる。

そして、使用済み核燃料アセンブリ用の密閉キャニスター（従来の技術で知られている）を容器カバーのチャネルに設置する機能により、放射性物質が環境に拡散することなく、標準以下の使用済み燃料アセンブリをTUKに輸送できる。これにより、使用済み核燃料の輸送と保管の安全要件が保証される。

また、容器カバーの底にある、キャニスターのための丸い形状のチャネル、溝、フックにより、キャニスターを容器カバーに設置することができる。

さらに、一つのセクションで構成された容器カバーは、設計を簡素化し、チャネルの穴の位置合わせを確実にし、高さに沿ってスチールディスクと熱放散ディスクが均一に分布するため、使用済み燃料アセンブリからの熱除去が改善される。

また、垂直固定要素の追加の列が中央パイプに置き換わり、最適な数の標準以下の使用済み燃料アセンブリをそれらの間の距離を縮めて配置できるようになり、既存のTUKの寸法を維持し、操作中および緊急時に容器カバーに必要な強度特性を提供する。

また、各ディスクを繋ぎ材の形で互いに固定するための垂直要素の実装は、垂直圧縮力のためにカバーセクションをその高さ位置でより固定させる。

容器カバーの縦断面を示す。 容器カバーの横断面を示す。

本発明は図面によって説明される。

容器カバーは、ベース（支持ディスク）１、熱放散アルミニウムディスク２、中間ディスク３、密閉キャニスター用のチャネル４、垂直固定要素、ここでは繋ぎ材５および６で構成される金属構造である。

ベース１は、耐食鋼製の溶接構造を有し、容器カバーの支持要素として作用する。ベース１上にはキャニスターを取り付けるための溝７とフック８が設けられている。フック８は、例えば、キャニスターにあるキーが嵌合する穴の形で溝７内に形成され、その溝の中心からオフセットされている。

容器カバーには、追加のスチールディスク３を取り付けることができる。ディスク２と３は、特定の順序で互いに等距離に配置されており、ディスク２と３には、それらの軸に対して円形の複数の穴が２列形成されている。内側の列は２つの穴があり、外側の列は８つの穴がある。各穴には、ボロン鋼製のチャネル４（パイプ）が取り付けられており、各チャネルは、使用済み燃料アセンブリが入った密閉キャニスターを配置できるようになっている。チャネル4は、密閉キャニスターを機械的損傷から保護する。

アルミニウムディスク２は、安全性の問題を同時に解決し、使用済み燃料アセンブリからの熱除去機能を果たす。中間ディスク３は耐食鋼製である。

スチールディスク３とアルミニウムディスク２の間に、アルミニウム合金のスリーブ９が取り付けられている。容器カバーのすべての部分を単一セクションに組み立てることは、ディスク２と３のそれぞれごとに、その周囲に沿って、および内側の穴の列と外側の穴の列との軸線（axis）間の円周に沿って配置された繋ぎ材５および６によって保証される。繋ぎ材５、６は鋲（stud）であり、下端が支持ディスク（ベース）１にねじ込まれ、上端がナット１０で固定されている。

容器カバーは、次のようにして組み立てが行われる。

繋ぎ材５、６が容器カバーの支持要素である支持ディスク１にしっかりとねじ止めされる。さらに、スリーブ９、ディスク２および３のそれぞれが、繋ぎ材５および６に取り付けられる。スリーブ９は、容器カバーのディスク２と中間ディスク３の間に取り付けられる。ディスク２と３の交互の取り付け順は、支持ディスク１から数えて次のような枚数、すなわち4-1-4-1-3-1-3-1-3-1-3-1枚になるように交互に配置されている。ディスクのこの配置は、使用済み燃料アセンブリからの良好な熱除去を提供する。さらに、ディスク２および３の各穴に、１０個の密閉キャニスター用のそれぞれのチャネル４が通されている。さらに、繋ぎ材５、６および最後のスチールディスクには、スリーブ９が取り付けられ、構造体全体がナット１０で固定されることで、容器カバーの一つのセクションが形成される。

密閉キャニスターが容器カバーに対して出し入れする操作は以下のとおりである。

リロードマシンと特別なグリッパーの助けを借りて、標準以下の使用済み燃料アセンブリを有する密閉キャニスターが容器カバーのチャネル４内に案内され、停止するまで下降させられる。この場合、キャニスター（キー）の底部にあるロックが、ベース１の底部にある穴の形の溝に入り込む。これにより、輸送中およびリロードマシンのグリッパーで作業するときにキャニスターが軸を中心に回転しないようになる。次に、グリッパーとキャニスターを外す。他のすべてのキャニスターは、容器カバーのチャネルに一つずつ装填される。密封キャニスターの取り外しは、逆の順序で行われる。

使用済み燃料アセンブリ用の密閉キャニスターを容器カバーのチャネル４内に取り付けることができるため、放射性物質を環境に拡散させることなく、標準以下の使用済み燃料アセンブリをTUKに輸送できる。これにより、使用済み核燃料の輸送と保管の安全要件が保証される。

各チャネルの丸い形状、容器カバーのベースにあるキャニスター用の溝７およびフック８により、キャニスターを容器カバー内に配置し、操作中のキャニスターの損傷を排除できる。

一つのセクションで構成された容器カバーは、設計を簡素化し、チャネル４の穴の位置合わせを確実にし、高さ方向に沿ってスチールディスクと熱放散ディスクが均一に分布するため、使用済み燃料アセンブリからの熱除去が改善される。

繋ぎ材６の追加の列は、中央パイプの代替品であり、最適な数の標準以下の使用済み燃料アセンブリをそれらの間の距離を縮めて配置できるようにし、既存のTUKの寸法を維持し、操作中および緊急時にカバーに必要な強度特性を提供する。

したがって、提案されたTUKは、既存のTUKの寸法に適合する容器カバーのコンテナにおいて、VVER-1000/1200リアクターからの最適な数（１０個）の標準以下の使用済み燃料アセンブリの輸送と保管を保証するとともに、輸送安全パラメーター、特に放射線安全性、核安全性、およびSFAからの熱除去を保証する。

Claims (4)

1. 加圧水反応器の使用済み核燃料の輸送および保管用の容器を収容するための容器カバーであって、
   ベースと、
   ベース上において高さが固定された複数のスチールディスクと、
   スチールディスク間に相互に等間隔に配置された複数のアルミニウムディスクと、
   スチールディスクとアルミニウムディスクを接続する複数の垂直固定要素と、
   を含み、
   それぞれのディスクには、その軸に対して２列の穴として内側の列を構成する２つの穴と外側の列を構成する８つの穴がそれぞれ開けられており、各穴にチャネルが設けられ、
   各垂直固定要素は、各ディスクの外周に沿って配置され、
   容器カバーが一つのセクションで構成され、
   追加の複数の垂直固定要素のそれぞれが、各ディスクにおける内側の穴の列と外側の穴の列との軸線間の円周に沿って配置され、
   各穴と各チャネルは、使用済み燃料アセンブリ用のキャニスターを配置する可能性を有する丸い形状に形成され、
   ベースには、キャニスター用の溝とフックが設けられていること
   を特徴とする容器カバー。
2. さらに、追加のスチールディスクを備え、当該スチールディスクが前記アルミニウムディスクから等距離にあることを特徴とする請求項１に記載の容器カバー。
3. 前記アルミニウムディスクと前記スチールディスクとが前記ベース上で前記ベースから数えて次のような枚数、すなわち4-1-4-1-3-1-3-1-3-1-3-1になるように交互に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の容器カバー。
4. 前記垂直固定要素が繋ぎ材の形態で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の容器カバー。

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