JP7317097B2 - 放射性物質収納容器および放射性物質収納容器の設計方法 - Google Patents

Description

本開示は、放射性物質を収納して搬送や貯蔵を行う放射性物質収納容器、放射性物質収納容器の設計方法に関するものである。

原子力施設にて、原子炉などで発生した使用済燃料などの放射性廃棄物は、放射性物質収納容器（キャスク）に収納され、貯蔵施設や再処理施設などに輸送され、貯蔵または再処理される。放射性物質収納容器は、上部が開口した底付きの円筒形状をなす胴部と、胴部の上部に固定されて開口を閉止する蓋部とから構成される。また、放射性物質収納容器は、胴部内に複数の放射性廃棄物を収納可能なバスケットが設けられる。

特開２０１９－１３５４９６号公報

放射性物質収納容器は、設計上想定される事象に対して安全機能（臨界防止、遮蔽、除熱、閉じ込め）を維持すると共に、安全機能を担保する構造強度を有する設計とする必要がある。一方で、放射性物質収納容器は、より多くの使用済燃料を収納することができるものであること、または、使用済燃料の収納体数を減少させることなく、小型化させることが望ましい。多くの放射性物質収納容器の設計においては、収納する使用済燃料の燃焼度や冷却期間等の仕様を緩和することなく、放射性物質収納容器の形状や質量が取扱上の制限範囲内となるように、できる限り小型化した上で、燃料の収納体数を増加させたいという要望がある。

本開示は、上述した課題を解決するものであり、小型化を可能にするかまたは燃料の収納体数を増加可能とする放射性物質収納容器および放射性物質収納容器の設計方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための本開示の放射性物質収納容器は、円筒形状をなして内部に円柱形状をなすキャビティが設けられると共に軸方向の一方に開口部が設けられる胴部と、前記キャビティに配置されて複数の収納部が区画されるバスケットと、前記開口部に着脱可能に装着される蓋部と、を備え、前記バスケットは、前記キャビティの径方向に沿う中心線に対して非線対称形状をなす。

また、本開示の放射性物質収納容器の設計方法は、円筒形状をなして内部に円柱形状をなすキャビティが設けられると共に軸方向の一方に開口部が設けられる胴部と、前記キャビティに配置されて複数の収納部が区画されるバスケットと、前記開口部に着脱可能に装着される蓋部と、を備える放射性物質収納容器において、前記キャビティの中心と前記バスケットの中心とが一致した状態で前記バスケットにおける前記複数の収納部を区画設計する工程と、前記キャビティの中心に対して前記バスケットの中心を前記キャビティの径方向に所定距離だけずらす工程と、中心が径方向に所定距離だけずれた前記バスケットにおける前記複数の収納部を区画補正する工程と、を有する。

本開示の放射性物質収納容器および放射性物質収納容器の設計方法によれば、小型化することができるか、または、燃料の収納体数を増加させることができる。

図１は、放射性物質収納容器の内部構成を表す一部切欠概略図である。 図２は、放射性物質収納容器の水平断面図である。 図３は、放射性物質収納用バスケットの組立斜視図である。 図４は、燃料の収容体数に対するキャビティ径を表すグラフである。 図５は、従来のバスケットを表す配置図である。 図６は、本実施形態のパターンＡのバスケットを表す配置図である。 図７は、従来のバスケットを表す配置図である。 図８は、本実施形態のパターンＢのバスケットを表す配置図である。 図９は、従来のバスケットを表す配置図である。 図１０は、本実施形態のパターンＣのバスケットを表す配置図である。 図１１は、従来のバスケットを表す配置図である。 図１２は、本実施形態のパターンＣのバスケットを表す配置図である。 図１３は、他のパターンＡのバスケットを表す配置図である。 図１４は、他のパターンＢのバスケットを表す配置図である。 図１５は、他のパターンＣのバスケットを表す配置図である。 図１６は、他のパターンＣのバスケットを表す配置図である。 図１７は、他のパターンＣのバスケットを表す配置図である。 図１８は、他のパターンＣのバスケットを表す配置図である。 図１９は、他のパターンＣのバスケットを表す配置図である。 図２０は、他のパターンＣのバスケットを表す配置図である。 図２１は、他のパターンＣのバスケットを表す配置図である。 図２２は、他のパターンＣのバスケットを表す配置図である。 図２３は、他のパターンＣのバスケットを表す配置図である。 図２４は、他のパターンＣのバスケットを表す配置図である。 図２５は、他のパターンＣのバスケットを表す配置図である。 図２６は、他のパターンＣのバスケットを表す配置図である。 図２７は、他のパターンＣのバスケットを表す配置図である。 図２８は、他のパターンＣのバスケットを表す配置図である。 図２９は、他のパターンＣのバスケットを表す配置図である。 図３０は、他のパターンＣのバスケットを表す配置図である。 図３１は、他のパターンＣのバスケットを表す配置図である。 図３２は、他のパターンＣのバスケットを表す配置図である。 図３３は、他のパターンＣのバスケットを表す配置図である。 図３４は、他のパターンＣのバスケットを表す配置図である。 図３５は、他のパターンＣのバスケットを表す配置図である。 図３６は、他のパターンＣのバスケットを表す配置図である。 図３７は、他のパターンＣのバスケットを表す配置図である。

以下に図面を参照して、本開示の好適な実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本開示が限定されるものではなく、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て構成するものも含むものである。また、実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。

＜放射性物質収納容器＞
図１は、放射性物質収納容器の内部構成を表す一部切欠概略図、図２は、放射性物質収納容器の水平断面図、図３は、放射性物質収納用バスケットの組立斜視図である。

図１および図２に示すように、放射性物質収納容器としてのキャスク１１は、胴部１２と、蓋部１３とを備える。胴部１２は、容器本体２１を有する。容器本体２１は、筒状（本実施形態では、円筒形状）の上端に開口部２２が形成され、下端が閉塞する。容器本体２１は、内部にキャビティ２３を有し、キャビティ２３にバスケット２４が配置される。バスケット２４は、放射性物質（例えば、使用済燃料集合体）を個々に収納可能な複数のセル（収納部）２５が設けられる。容器本体２１は、γ線遮蔽機能を有する炭素鋼製の鍛造品である。但し、容器本体２１は、炭素鋼の代わりにステンレス鋼を用いてもよい。また、容器本体２１は、球状黒鉛鋳鉄や炭素鋼鋳鋼などの鋳造品を用いてもよい。

胴部１２は、容器本体２１の外周面に隙間を開けて外筒２６が配置される。容器本体２１は、外周面と外筒２６の内周面との間に、熱伝導を行う銅製の伝熱フィン２７が周方向に間隔を空けて複数設けられる。胴部１２は、容器本体２１と外筒２６と伝熱フィン２７とで囲まれる空間部に中性子遮蔽体としてのレジン２８が配置される。レジン２８は、水素を多く含有する高分子材料であって、中性子遮蔽機能を有するボロンまたはボロン化合物を含有する。

胴部１２は、容器本体２１の閉塞された下端の下側に突出する底部２９が設けられる。底部２９は、容器本体２１の外径よりも小さく形成される。底部２９は、容器本体２１の閉塞された下端とで囲まれる空間部を有し、空間部にレジン（中性子遮蔽体）が配置される。

胴部１２は、容器本体２１にキャスク１１を吊上げるためのトラニオン３０がキャスク１１の上部および下部に９０度ピッチまたは１８０度ピッチで設けられる。トラニオン３０は、容器本体２１から外筒２６を貫通して設けられる。トラニオン３０は、キャスク１１における最も外周側に突出する。

蓋部１３は、容器本体２１の開口部２２に配置される。蓋部１３は、開口部２２を閉塞して容器本体２１（胴部１２））を密閉する。蓋部１３は、一次蓋３１と、二次蓋３２と、三次蓋３３を有する。一次蓋３１は、γ線を遮蔽する炭素鋼やステンレス鋼を材料として円盤形状に形成される。二次蓋３２は、一次蓋３１を覆ってキャスク１１の外側に表れるものであり、一次蓋３１と同様に、γ線を遮蔽する炭素鋼やステンレス鋼を材料として円盤形状に形成される。一次蓋３１と二次蓋３２との間は、レジン（中性子遮蔽体）２８が設けられていてもよい。三次蓋３３は、二次蓋３２の外側に設けられるものであるが、三次蓋３３をなくしてもよい。三次蓋３３は、一次蓋３１および二次蓋３２と同様に、γ線を遮蔽する炭素鋼やステンレス鋼を材料として円盤形状に形成される。

一次蓋３１は、容器本体２１の開口部２２に形成された第一段部２２ａに対し、炭素鋼やステンレス鋼を材料とするボルト（図示せず）により固定される。二次蓋３２は、容器本体２１の開口部２２に形成された第二段部２２ｂに対し、炭素鋼やステンレス鋼を材料とするボルト（図示せず）により固定される。なお、図示しないが、一次蓋３１と第一段部２２ａとの間および二次蓋３２と第二段部２２ｂとの間に、金属ガスケットが設けられる。金属ガスケットにより、一次蓋３１と第一段部２２ａとの間、および二次蓋３２と第二段部２２ｂとの間の密封性が確保される。三次蓋３３は、容器本体２１の開口部２２に形成された第一段部２２ｃに対し、炭素鋼やステンレス鋼を材料とするボルト（図示せず）により固定される。

キャスク１１は、原子力発電設備において、例えば、複数の使用済燃料集合体が容器本体２１のバスケット２４の各セル２５に収納され、蓋部１３によって密閉される。キャスク１１は、例えば、原子力発電設備から貯蔵設備に輸送される。キャスク１１は、輸送時、輸送用緩衝体（図示略）が装着される。輸送用緩衝体は、胴部１２の上部および下部に装着される。キャスク１１は、輸送用車両の荷台に横倒し状態で搭載され、貯蔵設備まで輸送される。

＜バスケット＞
上述したように、容器本体２１は、内部に円柱形状をなす空間部を形成するキャビティ２３が設けられる。なお、キャビティ２３は、完全な円柱形状に限らず、周囲に切欠などが設けられていてもよい。バスケット２４は、キャビティ２３に配置される。バスケット２４は、例えば、複数の使用済燃料集合体を収納可能な複数のセル２５が設けられる。バスケット２４は、図３に示すように、複数の板状部材４１，４２を格子状に組み合わせて構成される。すなわち、バスケット２４は、板厚方向に間隔をあけ配置された複数の板状部材４１と、板厚方向に間隔をあけて配置された複数の板状部材４２とが、直交する方向に組み合わされて構成される。これにより、バスケット２４は、横方向に平行かつ所定間隔で上下方向に延在する複数のセル２５が区画形成される。複数のセル２５は、キャビティ２３の径方向に沿うと共に互いに直交するＸ軸方向およびＹ軸方向に配列される。

複数の板状部材４１，４２は、強度部材となる剛板材５１と、機能性部材となる機能性板材５２とを板厚方向に重ね合わせて構成される。なお、機能性部材とは、中性子吸収性または剛板材５１以上の熱伝導性のいずれか１つ以上の機能を有するものである。各板材５１，５２は、上端部および下端部に切欠部５３，５４が形成され、相互の切欠部５３，５４が嵌合するように組み合わされる。そして、剛板材５１は、炭素鋼、ステンレス鋼またはアルミニウム合金からなる。機能性板材５２は、中性子吸収材として炭化ホウ素を含むセラミック層をステンレス鋼板またはアルミニウム合金板で包んだ構成である。また、機能性板材５２は、アルミニウムまたはアルミニウム合金の中性子吸収材としてボロン、またはボロン化合物を添加したアルミニウム複合材またはアルミニウム合金により構成されてもよい。なお、機能性板材５２は、ボロンの他にガドリニウムを用いることができる。また、機能性板材５２は、アルミニウムまたはアルミニウム合金の他にステンレス鋼を用いることができる。なお、板状部材４１，４２は１枚の板材から構成される場合や、３枚以上の板材から構成される場合もある。

キャスク１１は、より多くの使用済燃料を収納することができることが望ましい。使用済燃料は、容器本体２１のキャビティ２３に配置されたバスケット２４の各セル２５に収納される。キャスク１１は、安全機能（臨界防止、遮蔽、除熱、閉じ込め）の維持と、安全機能を担保する構造強度の確保の必要から、キャビティ２３の形状を変更することは好ましくない。そのため、キャビティ２３の形状を変更することなく、キャビティ２３の内径を小さくしたり、より多くの使用済燃料を収納したりすることのできるバスケット２４が必要になる。但し、バスケット２４は、収納する各燃料集合体の間に適切な間隔を保持すると共に、使用済燃料から発生する中性子を吸収することで臨界を防止する機能を確保する必要がある。そこで、本実施形態では、基本的な安全機能を確保した上で、収納可能な燃料集合体の数を減少させることなく小型化可能なキャスク１１、または、キャビティ２３の内径を大きくすることなく収納可能な燃料集合体の数を増加可能なキャスク１１を提供する。

すなわち、本実施形態のキャスク１１において、バスケット２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃは、キャビティ２３における径方向の中心を通ってキャビティ２３の径方向に沿って互いに直交する２本の中心線（Ｘ軸およびＹ軸）の一方（本実施形態では、Ｘ軸）に対して非線対称形状をなす。この場合、バスケット２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃは、中心線（Ｘ軸）に対して、径方向の一方側のセル２５の総面積と、径方向の他方側のセル２５の総面積とが相違する。なお、バスケット２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃは、中心線に対して、径方向の一方側のセル２５の個数と、径方向の他方側のセル２５の個数とが相違してもよい。

また、複数のセル２５は、互いに直交するＸ軸方向およびＹ軸方向に沿って配列される格子形状をなし、バスケット２４の中心としての複数のセル２５の中心と、キャビティ２３の中心としての円柱形状をなす空間部における径方向の中心とが相異する。そして、バスケット２４の中心とキャビティ２３の中心とは、セル２５の配列方向にずれる。

ここで、バスケット２４の中心とは、複数のセル２５の中心である。すなわち、平面視（図２）において、最も数が多いセル２５の列のセル２５の数が偶数であるとき、中心線は、その列の中央位置で隣接するセル２５同士の境界を通り、最も数が多いセル２５の列の収納部の数が奇数であるとき、中心線は、その列の中央位置に位置するセル２５の中心を通る。また、キャビティ２３の中心とは、円柱形状をなす容器本体２１の内部の空間部における径方向の中心である。

＜燃料の収容体数とキャビティ径との関係＞
図４は、燃料の収容体数に対するキャビティ径を表すグラフである。図４にて、キャビティ２３の中心とバスケット２４の中心が一致したキャスク１１は、白丸（〇）で表され、キャビティ２３の中心とバスケット２４の中心がずれたキャスク１１は、白三角（△）で表される。なお、キャビティ２３の中心とは、円柱形状をなす空間部における径方向の中心である。バスケット２４の中心とは、複数のセル２５の中心である。すなわち、図５及び図７に示す配置図において、最も数が多い収納部の列の収納部の数が偶数であるとき、中心線は、その列の中央位置で隣接する収納部間の境界を通り、最も数が多い収納部の列の収納部の数が奇数であるとき、中心線は、その列の中央位置に位置する収納部の中心を通る。また、キャビティ２３の中心とバスケット２４の中心のずれ量は、正方形をなすセル２５の１辺の長さＬの長さに対して、５％から５５％の範囲が望ましい。

図４に示すように、燃料（燃料集合体）の収容体数が増加すると、キャビティ径（キャビティ２３の内径）が増加する。キャビティ２３の中心とバスケット２４の中心が一致した従来のキャスクでは、例えば、燃料の収容体数Ｎ１１のとき、キャビティ径Ｒ１３であり、収容体数Ｎ１４のとき、キャビティ径Ｒ１５であり、収容体数Ｎ１５のとき、キャビティ径Ｒ１６である。従来のキャスクでは、収容体数Ｎ１２，Ｎ１３のものは成立しないので、収容体数Ｎ１４のときのセル２５の配置のまま、すなわち、キャビティ径Ｒ１５のままセル２５のうちいくつかの区画には燃料を収容しないことになる。

一方、キャビティ２３の中心とバスケット２４の中心がずれた本実施形態のキャスク１１では、例えば、燃料の収容体数Ｎ１１のとき、キャビティ径Ｒ１１であり、収容体数Ｎ１２のとき、キャビティ径Ｒ１２であり、収容体数Ｎ１３のとき、キャビティ径Ｒ１４である。すなわち、収容体数Ｎ１１のときにキャビティ径Ｒ１３である従来のキャスクに対して、本実施形態では、収容体数Ｎ１２のときにキャビティ径Ｒ１２になるパターンＡのキャスク１１になる。また、本実施形態では、収容体数Ｎ１１のときにキャビティ径Ｒ１１になるパターンＢのキャスク１１になる。また、収容体数Ｎ１３のときにキャビティ径Ｒ１５である従来のキャスクに対して、本実施形態では、収容体数Ｎ１３のときにキャビティ径Ｒ１４になるパターンＣのキャスク１１になる。

ここで、パターンＡのキャスク１１は、従来のキャスクに対して、燃料の収容体数が増加してキャビティ径が減少する。パターンＢのキャスク１１は、従来のキャスクに対して、燃料の収容体数が同じでキャビティ径が減少する。パターンＣのキャスク１１は、従来のキャスクでは成立しないので、セル２５のうちいくつかの区画に燃料を収容しないキャスクに対してキャビティ径が減少する。以下、各パターンのキャスク１１について詳細に説明する。

＜パターンＡのバスケット＞
図５は、従来のバスケットを表す配置図、図６は、本実施形態のパターンＡのバスケットを表す配置図である。以下の説明にて、キャビティ２３は、真円であり、中心線（Ｘ軸）は、キャビティ２３の中心Ｏ１を通るキャビティ２３の径方向に沿うものである。中心線（Ｙ軸）は、キャビティ２３の中心Ｏ１を通るキャビティ２３の径方向に沿うものであり、中心線（Ｘ軸）と直交する。なお、中心線（Ｘ軸）と中心線（Ｙ軸）は、バスケット２４の格子の方向にそれぞれ平行であり、互いに直交する。

図５に示すように、キャビティ２３の中心Ｏ１とバスケット２４の中心Ｏ２が一致した従来のキャスクにて、バスケット２４は、中心線（Ｘ軸）に対して、上下が線対称形状であり、中心線（Ｙ軸）に対して、左右が線対称形状である。このとき、Ｘ軸方向に沿った複数のセル２５は、９個と奇数列であることから、中心線（Ｙ軸）は、中間位置に位置するセル２５の中心を通る。また、Ｙ軸方向に沿った複数のセル２５は、１０個の偶数列であることから、中心線（Ｘ軸）は、隣接するセル２５同士の境界を通る。この場合、キャビティ２３の内径は、セル２５の１辺の長さＬ＝１．０としたときに、１０．０４９８７５６２であり、燃料の収容体数であるセル２５の個数は、６２個である。

一方、図６に示すように、キャビティ２３の中心Ｏ１とバスケット２４の中心Ｏ２が一致せずにずれた本実施形態のキャスク１１にて、バスケット２４Ａは、中心線（Ｘ軸）に対して、上下が非線対称形状であり、中心線（Ｙ軸）に対して、左右が線対称形状である。この場合、キャビティ２３の内径は、セル２５の１辺の長さＬ＝１．０としたときに、１０．０３０５６５５３であり、燃料の収容体数であるセル２５の個数は、６３個である。

本実施形態のキャスクを設計する場合、まず、キャビティ２３の中心Ｏ１とバスケット２４の中心Ｏ２とが一致した状態でバスケット２４における複数のセル２５を区画設計する。セル２５の大きさは、収納する燃料集合体の大きさに応じて設定される。バスケット２４の外周部がキャビティ２３の内壁面に干渉しない複数のセル２５を区画する。この場合、従来のキャスクと同様に、バスケット２４は、中心線（Ｘ軸）および中心線（Ｙ軸）に対して線対称形状である。次に、キャビティ２３の中心Ｏ１に対して、バスケット２４の中心Ｏ２をキャビティ２３の径方向にずらす。本実施形態では、バスケット２４の中心Ｏ２をセル２５の配列方向、つまり、中心線（Ｙ軸）の一方（図６の下方）にずらす。

そして、中心Ｏ２が径方向にずれたバスケット２４における複数のセル２５を区画補正する。すなわち、キャビティ２３の中心Ｏ１に対してバスケット２４の中心Ｏ２がずれると、バスケット２４の外周部がキャビティ２３の内壁面に干渉し、成立しない１つのセル２５ａ（図５参照）が発生する一方、バスケット２４の外周部とキャビティ２３の内壁面との間に隙間が発生し、新たに成立する２つのセル２５ｂ，２５ｃが発生する。そのため、本実施形態のバスケット２４Ａは、従来のバスケット２４に対して、セル２５が１つ増加する。その結果、キャビティ２３の中心Ｏ１とバスケット２４の中心Ｏ２とは、中心線（Ｙ軸）方向の一方に所定距離（Ｙａ）だけずれる。複数のセル２５が区画補正されたバスケット２４Ａは、６３個のセル２５を有するものとなる。

その結果、バスケット２４Ａは、中心線（Ｙ軸）に対して対称形状をなすが、中心線（Ｘ軸）に対して非線対称形状をなすものとなる。そして、バスケット２４Ａは、中心線（ＹＸ）に対して、一方側のセル２５の総面積と他方側のセル２５の総面積とが相違するものとなる。つまり、バスケット２４Ａは、中心線（Ｘ軸）に対して、一方側のセル２５の個数と他方側のセル２５の個数とが相違する。

＜パターンＢのバスケット＞
図７は、従来のバスケットを表す配置図、図８は、本実施形態のパターンＢのバスケットを表す配置図である。

図７に示すように、キャビティ２３の中心Ｏ１とバスケット２４の中心Ｏ２が一致した従来のキャスクにて、バスケット２４は、中心線（Ｘ軸）に対して、上下が線対称形状であり、中心線（Ｙ軸）に対して、左右が線対称形状である。この場合、キャビティ２３の内径は、セル２５の１辺の長さＬ＝１．０としたときに、１０．６３０１４５８１であり、燃料の収容体数であるセル２５の個数は、７０個である。

一方、図８に示すように、キャビティ２３の中心Ｏ１とバスケット２４の中心Ｏ２が一致せずにずれた本実施形態のキャスク１１にて、バスケット２４Ｂは、中心線（Ｘ軸）に対して、上下が非線対称形状であり、中心線（Ｙ軸）に対して、左右が線対称形状である。このとき、Ｘ軸方向に沿った複数のセル２５は、１０個の偶数列であることから、中心線（Ｙ軸）は、隣接するセル２５同士の境界を通る。また、Ｙ軸方向に沿った複数のセル２５は、１０個の偶数列であることから、中心線（Ｘ軸）は、隣接するセル２５同志の境界を通る。この場合、キャビティ２３の内径は、セル２５の１辺の長さＬ＝１．０としたときに、１０．４９２３７８１９であり、燃料の収容体数であるセル２５の個数は、７０個である。

本実施形態のキャスク１１を設計する場合、まず、キャビティ２３の中心Ｏ１とバスケット２４の中心Ｏ２とが一致した状態でバスケット２４における複数のセル２５を区画設計する。この場合、従来のキャスクと同様に、バスケット２４は、中心線（Ｘ軸）および中心線（Ｙ軸）に対して線対称形状である。次に、バスケット２４全体をセル２５の配列方向である中心線（Ｘ軸）の一方（図７の左方）または他方（図７の右方）にセル２５の寸法の１／２だけずらす。このとき、バスケット２４は、中心線（Ｙ軸）に対して線対称形状であり、中心線（Ｘ軸）の方向の中心Ｏ２は変わらない。続いて、キャビティ２３の中心Ｏ１に対して、バスケット２４の中心Ｏ２をキャビティ２３の径方向にずらす。本実施形態では、バスケット２４の中心Ｏ２をセル２５の配列方向、つまり、中心線（Ｙ軸）の一方（図８の上方）にずらす。

そして、中心Ｏ２が径方向にずれたバスケット２４における複数のセル２５を区画補正する。すなわち、キャビティ２３の中心Ｏ１に対してバスケット２４の中心Ｏ２がずれると、バスケット２４の外周部がキャビティ２３の内壁面に干渉して成立しないセルが発生する一方、バスケット２４の外周部とキャビティ２３の内壁面との間に隙間が発生して新たに成立するセルが発生する。この場合、成立しないセルと新たに成立するセルが同数である。その結果、キャビティ２３の中心Ｏ１とバスケット２４の中心Ｏ２とは、中心線（Ｙ軸）方向の一方に所定距離（Ｙｂ）だけずれる。

その結果、バスケット２４Ｂは、中心線（Ｙ軸）に対して対称形状をなすが、中心線（Ｘ軸）に対して非線対称形状をなすものとなる。そして、バスケット２４Ｂは、中心線（ＹＸ）に対して、一方側のセル２５の総面積と他方側のセル２５の総面積とが相違するものとなる。つまり、バスケット２４Ｂは、中心線（Ｘ軸）に対して、一方側のセル２５の個数と他方側のセル２５の個数とが相違する。

＜パターンＣのバスケット＞
図９は、従来のバスケットを表す配置図、図１０は、本実施形態のパターンＣのバスケットを表す配置図である。

図９に示すように、キャビティ２３の中心Ｏ１とバスケット２４の中心Ｏ２が一致した従来のキャスクにて、バスケット２４は、中心線（Ｘ軸）に対して、上下が線対称形状であり、中心線（Ｙ軸）に対して、左右が線対称形状である。このとき、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に沿った複数のセル２５は、７個と奇数列であることから、中心線（Ｙ軸）および中心線（Ｘ軸）は、中間位置に位置するセル２５の中心を通る。この場合、キャビティ２３の内径は、セル２５の１辺の長さＬ＝１．０としたときに、７．０７１０６７８１であり、燃料の収容体数であるセル２５の個数は、２９個であり、１個のセル２５に燃料を収容しないので２８個となる。

一方、図１０に示すように、キャビティ２３の中心Ｏ１とバスケット２４の中心Ｏ２が一致せずにずれた本実施形態のキャスク１１にて、バスケット２４Ｃ１は、中心線（Ｘ軸）に対して、上下が非線対称形状であり、中心線（Ｙ軸）に対して、左右が線対称形状である。この場合、キャビティ２３の内径は、セル２５の１辺の長さＬ＝１．０としたときに、６．８９６３７５８６であり、燃料の収容体数であるセル２５の個数は、２９個であり、１個のセル２５に燃料を収容しないので２８個となる。

本実施形態のキャスク１１を設計する場合、まず、キャビティ２３の中心Ｏ１とバスケット２４の中心Ｏ２とが一致した状態でバスケット２４における複数のセル２５を区画設計する。この場合、従来のキャスクと同様に、バスケット２４は、中心線（Ｘ軸）および中心線（Ｙ軸）に対して線対称形状である。次に、キャビティ２３の中心Ｏ１に対して、バスケット２４の中心Ｏ２をキャビティ２３の径方向にずらす。本実施形態では、バスケット２４の中心Ｏ２をセル２５の配列方向、つまり、中心線（Ｙ軸）の一方（図９の下方）にずらす。

そして、中心Ｏ２が径方向にずれたバスケット２４における複数のセル２５を区画補正する。すなわち、キャビティ２３の中心Ｏ１に対してバスケット２４の中心Ｏ２がずれると、バスケット２４の外周部がキャビティ２３の内壁面に干渉して成立しないセルが発生する一方、バスケット２４の外周部とキャビティ２３の内壁面との間に隙間が発生して新たに成立するセルが発生する。また、バスケット２４全体をセル２５の配列方向である中心線（Ｘ軸）の一方（図１０の左方）または他方（図９の右方）にセル２５の寸法の１／２だけずらす。なお、バスケット２４全体を中心線（Ｘ軸）の方向にずらしても、バスケット２４は、中心線（Ｙ軸）に対して線対称形状であり、中心線（Ｘ軸）の方向の中心Ｏ２は変わらない。この場合、成立しないセルと新たに成立するセルが同数である。その結果、キャビティ２３の中心Ｏ１とバスケット２４の中心Ｏ２とは、中心線（Ｙ軸）方向の一方に所定距離（Ｙｃ１）だけずれる。

その結果、バスケット２４Ｃ１は、中心線（Ｙ軸）に対して対称形状をなすが、中心線（Ｘ軸）に対して非線対称形状をなすものとなる。そして、バスケット２４Ｃ１は、中心線（ＹＸ）に対して、一方側のセル２５の総面積と他方側のセル２５の総面積とが相違するものとなる。つまり、バスケット２４Ｃ１は、中心線（Ｘ軸）に対して、一方側のセル２５の個数と他方側のセル２５の個数とが相違する。

図１１は、従来のバスケットを表す配置図、図１２は、本実施形態のパターンＣのバスケットを表す配置図である。

図１１に示すように、キャビティ２３の中心Ｏ１とバスケット２４の中心Ｏ２が一致した従来のキャスクにて、バスケット２４は、中心線（Ｘ軸）に対して、上下が線対称形状であり、中心線（Ｙ軸）に対して、左右が線対称形状である。このとき、Ｘ軸方向に沿った複数のセル２５は、８個の偶数列であることから、中心線（Ｘ軸）は、隣接するセル２５同志の境界を通る。また、Ｙ軸方向に沿った複数のセル２５は、９個と奇数列であることから、中心線（Ｙ軸）は、中間位置に位置するセル２５の中心を通る。この場合、キャビティ２３の内径は、セル２５の１辺の長さＬ＝１．０としたときに、９．８４８８５７８０であり、燃料の収容体数であるセル２５の個数は、６０個であり、１個のセル２５に燃料を収容しないので５９個となる。

一方、図１２に示すように、キャビティ２３の中心Ｏ１とバスケット２４の中心Ｏ２が一致せずにずれた本実施形態のキャスク１１にて、バスケット２４Ｃは、中心線（Ｘ軸）に対して、上下が非線対称形状であり、中心線（Ｙ軸）に対して、左右が線対称形状である。この場合、キャビティ２３の内径は、セル２５の１辺の長さＬ＝１．０としたときに、９．７２４３２５１７であり、燃料の収容体数であるセル２５の個数は、５９個である。

本実施形態のキャスク１１を設計する場合、まず、キャビティ２３の中心Ｏ１とバスケット２４の中心Ｏ２とが一致した状態でバスケット２４における複数のセル２５を区画設計する。この場合、従来のキャスクと同様に、バスケット２４は、中心線（Ｘ軸）および中心線（Ｙ軸）に対して線対称形状である。次に、キャビティ２３の中心Ｏ１に対して、バスケット２４の中心Ｏ２をキャビティ２３の径方向にずらす。本実施形態では、バスケット２４の中心Ｏ２をセル２５の配列方向、つまり、中心線（Ｙ軸）の一方（図１２の下方）にずらす。

そして、中心Ｏ２が径方向に所定距離（Ｙｃ２）だけずれたバスケット２４における複数のセル２５を区画補正する。すなわち、キャビティ２３の中心Ｏ１に対してバスケット２４の中心Ｏ２がずれると、バスケット２４の外周部がキャビティ２３の内壁面に干渉して成立しないセルが発生する一方、バスケット２４の外周部とキャビティ２３の内壁面との間に隙間が発生して新たに成立するセルが発生する。その結果、キャビティ２３の中心Ｏ１とバスケット２４の中心Ｏ２とは、中心線（Ｙ軸）方向の一方に所定距離（Ｙｃ２）だけずれる。

その結果、バスケット２４Ｃ２は、中心線（Ｙ軸）に対して対称形状をなすが、中心線（Ｘ軸）に対して非線対称形状をなすものとなる。そして、バスケット２４Ｃ２は、中心線（ＹＸ）に対して、一方側のセル２５の総面積と他方側のセル２５の総面積とが相違するものとなる。つまり、バスケット２４Ｃ２は、中心線（Ｘ軸）に対して、一方側のセル２５の個数と他方側のセル２５の個数とが相違する。

本実施形態におけるパターンＡ，Ｂ，Ｃ（Ｃ１，Ｃ２）の代表的なバスケット２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃ（２４Ｃ１，２４Ｃ２）について説明したが、本発明のキャスク１１は、上述したものに限定されない。バスケット２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃの構成は、キャビティ２３やセル２５（燃料集合体）の寸法、セル２５の数などに応じて適宜設定可能である。以下に、本実施形態におけるその他のパターンＡ，Ｂ，Ｃのバスケット２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃについて説明する。

＜その他のパターンＡのバスケット＞
図１３は、他のパターンＡのバスケットを表す配置図である。

図１３に示すパターンＡのバスケット２４Ａは、７２個のセル２５を有し、キャビティ２３の内径は、セル２５の１辺の長さＬ＝１．０としたときに、１０．６１８６２０５３である。いずれのバスケット２４Ａも、中心線（Ｘ軸）に対して、上下が非線対称形状であり、中心線（Ｙ軸）に対して、左右が線対称形状である。そして、従来のキャスクに対してセル２５の数が増加していると共に、キャビティ２３の内径が減少している。

＜その他のパターンＢのバスケット＞
図１４は、他のパターンＢのバスケットを表す配置図である。

図１４に示すパターンＢのバスケット２４Ｂは、７０個のセル２５を有し、キャビティ２３の内径は、セル２５の１辺の長さＬ＝１．０としたときに、１０．５４０９２５５３である。いずれのバスケット２４Ｂも、中心線（Ｘ軸）に対して、上下が非線対称形状であり、中心線（Ｙ軸）に対して、左右が線対称形状である。そして、従来のキャスクに対してキャビティ２３の内径が減少している。

＜その他のパターンＣのバスケット＞
図１５から図３７は、他のパターンＣのバスケットを表す配置図である。

図１５に示すパターンＣのバスケット２４Ｃは、３３個のセル２５を有し、キャビティ２３の内径は、セル２５の１辺の長さＬ＝１．０としたときに、７．４６７２６１８８である。また、図１６に示すパターンＣのバスケット２４Ｃは、１４個のセル２５を有し、キャビティ２３の内径は、セル２５の１辺の長さＬ＝１．０としたときに、５．２７０４６２７７である。いずれのバスケット２４Ｃも、中心線（Ｘ軸）に対して、上下が非線対称形状であり、中心線（Ｙ軸）に対して、左右が線対称形状である。そして、従来のキャスクに対してキャビティ２３の内径が減少している。

図１７から図３７に示すパターンＣのバスケット２４Ｃは、詳細に説明しないが、いずれも、中心線（Ｘ軸）に対して、上下が非線対称形状であり、中心線（Ｙ軸）に対して、左右が線対称形状である。そして、従来のキャスクに対してキャビティ２３の内径が減少している。

なお、上述の説明にて、バスケット２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃは、中心線（Ｘ軸）に対して非線対称形状であり、中心線（Ｙ軸）に対して対称形状であるが、この構成に限定されるものではない。バスケットは、中心線（Ｘ軸）に対して対称形状であり、中心線（Ｙ軸）に対して非線対称形状であってもよい、また、バスケットは、中心線（Ｘ軸）と中心線（Ｙ軸）の両方に対して非線対称形状であってもよい。また、キャビティ２３の中心Ｏ１に対してバスケット２４の中心Ｏ２をセル２５の対角方向に平行な中心線（Ｙ軸）や中心線（Ｘ軸）に対して非線対称形状であってもよい。

［本実施形態の作用効果］
第１の態様に係る放射性物質収納容器は、円筒形状をなして内部に円柱形状をなすキャビティ２３が設けられると共に軸方向の一方に開口部２２が設けられる胴部１２と、キャビティ２３に配置されて複数のセル（収納部）２５が区画されるバスケット２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃと、開口部２２に着脱可能に装着される蓋部１３とを備え、バスケット２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃは、キャビティの径方向に沿う中心線（Ｘ軸）に対して非線対称形状をなす。

第１の態様に係る放射性物質収納容器によれば、バスケット２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃをキャビティ２３の中心線（Ｘ軸）に対して非線対称形状とすることで、基本的な安全機能を確保した上で、収納可能な燃料集合体の数を減少させることなく小型化することができる。また、キャビティ２３の内径を大きくすることなく収納可能な燃料集合体の数を増加することができる。

第２の態様に係る放射性物質収納容器は、バスケット２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃは、中心線（Ｘ軸）に対して、径方向の一方側のセル２５の総面積と、径方向の他方側のセル２５の総面積とが相違する。これにより、収納可能な燃料集合体の数を減少させることなく小型化したり、キャビティ２３の内径を大きくすることなく収納可能な燃料集合体の数を増加したりすることができる。

第３の態様に係る放射性物質収納容器は、複数のセル２５は、互いに直交する中心線（Ｘ軸）方向および中心線（Ｙ軸）方向に沿って配列される格子形状をなし、バスケット２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃは、中心線（Ｘ軸）に対して非線対称形状をなし、中心線（Ｙ軸）に対して対称形状をなす。これにより、キャビティ２３に対して対称形状をなすセル２５を容易に設定することができる。

第４の態様に係る放射性物質収納容器は、複数のセル２５は、互いに直交するＸ軸方向およびＹ軸方向に沿って配列される格子形状をなし、バスケット２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃの中心としての複数のセル２５の中心Ｏ２と、キャビティ２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃの中心としての円柱形状をなす空間部における径方向の中心Ｏ１とが相異する。これにより、小型化することができたり、収納可能な燃料集合体の数を増加することができたりする。

第５の態様に係る放射性物質収納容器は、バスケット２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃの中心Ｏ２とキャビティ２３の中心Ｏ１とは、セル２５の配列方向にずれる。これにより、小型化することができたり、収納可能な燃料集合体の数を増加することができたりする。

第６の態様に係る放射性物質収納容器は、バスケット２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃは、複数の板状部材を格子状に組み合わせて構成されることで、複数のセル（収納部）２５が区画される。これにより、セル２５を容易に形成することができる。

第７の態様に係る放射性物質収納容器の設計方法は、キャビティ２３の中心Ｏ１とバスケット２４の中心Ｏ２とが一致した状態でバスケット２４における複数のセル２５を区画設計する工程と、キャビティ２３の中心に対してバスケット２４の中心Ｏ２をキャビティ２３の径方向に所定距離だけずらす工程と、中心Ｏ２が径方向に所定距離だけずれたバスケット２４における複数のセル２５を区画補正する工程とを有する。これにより、基本的な安全機能を確保した上で、収納可能な燃料集合体の数を減少させることなく小型化可能なキャスク１１を設計することができる。また、キャビティ２３の内径を大きくすることなく収納可能な燃料集合体の数を増加可能なキャスク１１を設計することができる。

１１ キャスク（放射性物質収納容器）
１２ 胴部
１３ 蓋部
２１ 容器本体
２２ 開口部
２３ キャビティ
２４，２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃ，２４Ｃ１，２４Ｃ２ バスケット
２５ セル（収納部）
２６ 外筒
２７ 伝熱フィン
２８ レジン
２９ 底部
３０ トラニオン
３１ 一次蓋
３２ 二次蓋
３３ 三次蓋
４１，４２ 板状部材
５１ 剛板材
５２ 機能性板材
５３，５４ 切欠部

Claims (6)

1. 円筒形状をなして内部に円柱形状をなすキャビティが設けられると共に軸方向の一方に開口部が設けられる胴部と、
   前記キャビティに配置されて複数の収納部が区画されるバスケットと、
   前記開口部に着脱可能に装着される蓋部と、
   を備え、
   前記複数の収納部は、互いに直交するＸ軸方向およびＹ軸方向に沿って配列される格子形状をなし、
   前記バスケットは、前記キャビティの径方向に沿う中心線に対して非線対称形状をなすと共に、
   前記バスケットの中心としての前記複数の収納部の中心と、前記キャビティの中心としての円柱形状をなす空間部における径方向の中心とが相異する、
   放射性物質収納容器。
2. 前記バスケットの中心と前記キャビティの中心とは、前記収納部の配列方向にずれる、
   請求項１に記載の放射性物質収納容器。
3. 前記バスケットは、前記中心線に対して、径方向の一方側の前記収納部の総面積と、径方向の他方側の前記収納部の総面積とが相違する、
   請求項１または請求項２に記載の放射性物質収納容器。
4. 前記バスケットは、前記キャビティにおける径方向の中心を通って前記Ｘ軸方向に平行なＸ軸中心線に対して非線対称形状をなし、前記キャビティにおける径方向の中心を通って前記Ｙ軸方向に平行なＹ軸中心線に対して対称形状をなす、
   請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の放射性物質収納容器。
5. 前記バスケットは、複数の板状部材を格子状に組み合わせて構成されることで、前記複数の収納部が区画される、
   請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の放射性物質収納容器。
6. 円筒形状をなして内部に円柱形状をなすキャビティが設けられると共に軸方向の一方に開口部が設けられる胴部と、
   前記キャビティに配置されて複数の収納部が区画されるバスケットと、
   前記開口部に着脱可能に装着される蓋部と、
   を備える放射性物質収納容器において、
   前記キャビティの中心と前記バスケットの中心とが一致した状態で前記バスケットにおける前記複数の収納部を区画設計する工程と、
   前記キャビティの中心に対して前記バスケットの中心を前記キャビティの径方向に所定距離だけずらす工程と、
   中心が径方向に所定距離だけずれた前記バスケットにおける前記複数の収納部を区画補正する工程と、
   を有する放射性物質収納容器の設計方法。
   

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