JP7339178B2 - キャスク - Google Patents

Description

本発明は、放射性物質を収容して、輸送、貯蔵する容器であるキャスクに関する。

例えば特許文献１に開示されているように、キャスクは、放射性物質を収容する容器本体と、容器本体の開口を密封する一次蓋と、一次蓋の外側に設置される二次蓋とを備えている。

上記キャスクでは、一次蓋の密封機能が万が一損なわれたとしても、放射性物質が容器本体の外部に放出しないように、容器本体内の圧力は、負圧（大気圧よりも低い圧力）とされる。これに対して、一次蓋と二次蓋との間の空間の圧力は正圧（大気圧よりも高い圧力）とされる。万が一、一次蓋の密封機能が損なわれたとしても、一次蓋と二次蓋との間の空間から容器本体内へ、当該空間のガスが流出する（インリークする）ことで、放射性物質が容器本体の外部に放出することを防止している。

管理者は、一次蓋と二次蓋との間の空間の圧力が所定の圧力よりも低下していないか監視することで、一次蓋の密封機能が正常に維持されているかを監視する。特許文献１に記載のキャスクでは、二次蓋に設置された圧力センサを有する密封監視装置を用いて上記空間の圧力を連続監視することで、一次蓋の密封機能が維持されているかを監視する。

特開２０１９－２７８７０号公報

特許文献１に記載のキャスクには、次のような改善すべき点がある。

特許文献１には開示されていないが、放射性物質が容器本体の外部に放出しないことをより確実なものとするため、キャスクを輸送する際には、二次蓋の外側に密封機能を有する三次蓋が設置される。

特許文献１に記載のキャスクでは、放射性物質を収容して輸送してきたキャスクを貯蔵施設で受け入れする際、一次蓋と二次蓋との間の空間の圧力が健全に維持されていることを確認する前に三次蓋を開放しなければならない。二次蓋と三次蓋との間に放射性物質が漏洩しない設計（一次蓋の密封機能が万が一損なわれても、容器本体内が負圧なのでインリークする）とされているが、より安全性の高い運用を行うという観点では、三次蓋を開放する前に一次蓋と二次蓋との間の空間の圧力を確認することで、一次蓋および二次蓋の密封機能の健全性をチェックすることが望ましい。

本発明の目的は、三次蓋を開放することなく、一次蓋と二次蓋との間の空間の圧力を確認することができる構成のキャスクを提供することである。

本発明に係るキャスクは、放射性物質を収容する容器本体と、前記容器本体の開口を密封する一次蓋と、前記一次蓋の外側に設置され、前記一次蓋との間の空間の圧力を前記一次蓋および前記容器本体とともに保持する二次蓋と、前記二次蓋に設置された、前記空間の圧力を測定するための圧力監視装置と、前記二次蓋の外側に設置される三次蓋と、を備える。前記圧力監視装置で検出された圧力信号を前記三次蓋の外部に取り出すための三次蓋圧力信号アダプタが前記三次蓋に設置されている。

本発明によれば、三次蓋を開放することなく、一次蓋と二次蓋との間の空間の圧力を確認することができる。また、三次蓋圧力信号アダプタが三次蓋に設置されていることで、圧力監視装置で検出された圧力信号の取り出しを容易に行うことができる。

本発明の一実施形態に係るキャスクの縦断面図である。 図１のＡ部拡大図である。 図１に示すキャスクの軸方向の端部に、物体との衝突によって生じる衝撃を吸収する緩衝体が取り付けられた状態のキャスクの一部縦断面図である。

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を参照しつつ、本発明の一実施形態に係るキャスク１００について説明する。キャスク１００は、使用済燃料などの放射性物質を収容して、輸送、貯蔵するために用いられるものであって、放射性物質を収容する有底円筒形状の容器本体１と、容器本体１の開口を密封する一次蓋２と、一次蓋２の外側に設置され、一次蓋２との間の空間Ｓ１の圧力を一次蓋２および容器本体１とともに保持する二次蓋３と、二次蓋３の外側に設置される三次蓋４とを備えている。三次蓋４は、キャスク１００を輸送する際に容器本体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の貯蔵状態では、特別な場合を除いて、当該三次蓋４は外される。容器本体１の外周部には、ハンドリング用の複数のトラニオン（不図示）が取り付けられる。キャスク１００は、縦置き設置されてもよいし、横置き設置されてもよい。

容器本体１内から外部への中性子の放出を抑えるために、容器本体１の外周面側には、側部中性子遮蔽層８が設けられ、容器本体１の底側、および二次蓋３には、それぞれ、底部中性子遮蔽層９、および上部中性子遮蔽層１０が設けられる。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を構成する容器本体１、一次蓋２、二次蓋３、および三次蓋４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、ある程度の中性子をも遮蔽するものが好ましい。

放射性物質の密封を維持するため、容器本体１と一次蓋２の外周縁部との間にシール部材としての金属ガスケット５が設置される。また、一次蓋２と二次蓋３との間の空間Ｓ１の圧力を保持するため、容器本体１と二次蓋３の外周縁部との間にシール部材としての金属ガスケット６が設置される。また、キャスク１００輸送時の密封境界を三次蓋４で形成するため、容器本体１と三次蓋４の外周縁部との間にシール部材としてのＯリング７が設置される。

図２に拡大して示すように、一次蓋２と二次蓋３との間の空間Ｓ１の圧力を測定するための圧力監視装置１１が二次蓋３に設置される。本実施形態では、凹部１２ａを有する台座プレート１２が二次蓋３に設けられており、当該凹部１２ａに圧力監視装置１１が設置されている。

金属ガスケット５の不具合などにより、一次蓋２の密封機能が万が一損なわれたとしても、放射性物質が外部に放出しないように、容器本体１内の圧力は、負圧（大気圧よりも低い圧力）とされる。これに対して、一次蓋２と二次蓋３との間の空間Ｓ１の圧力は正圧（大気圧よりも高い圧力）とされる。万が一、一次蓋２の密封機能が損なわれると、空間Ｓ１から容器本体１内へ、当該空間Ｓ１のガスが流入し、その結果、空間Ｓ１の圧力は低下することになる。管理者は、空間Ｓ１の圧力が所定の圧力よりも低下していないかを、圧力監視装置１１を用いて監視することで、一次蓋２の密封機能が正常に維持されているかを確認することができる。なお、一次蓋２と二次蓋３との間の空間Ｓ１、および容器本体１内には、ヘリウムガスなどの不活性ガスが充填される。

圧力監視装置１１は、空間Ｓ１の圧力を測定する圧力センサ１１ａ、ならびに、配管およびバルブなどの付属品から構成される。台座プレート１２の凹部１２ａの底には、空間Ｓ１に連通する細孔１３（ガス圧導入路）が設けられ、圧力監視装置１１を構成する配管は、この細孔１３に接続される。空間Ｓ１の圧力（ガス）は、細孔１３および配管を介して、圧力センサ１１ａに導かれる。圧力センサ１１ａは、センサ自体が外部電源に接続されていなくても圧力を測定することができる圧力センサである。

圧力センサ１１ａの信号（圧力信号）を外部に取り出すためのケーブル１４（１４ａ、１４ｂ）は、次のように配設される。

圧力監視装置１１を保護するための二次蓋カバープレート１５が、二次蓋３を構成する台座プレート１２に係止部材としてのボルト１６にて取り付けられる。二次蓋カバープレート１５は、外部からの落下物などから圧力監視装置１１を保護するための部材であり、その材質は、例えば炭素鋼、ステンレス鋼などの金属である。二次蓋カバープレート１５が金属製とされることで、二次蓋カバープレート１５の上方における放射線遮蔽効果は、他の部位と遜色のない、同じ効果を備えることができる。

上記二次蓋カバープレート１５に、圧力監視装置１１で検出された圧力信号を二次蓋３の外部に取り出すための二次蓋圧力信号アダプタ１７が設置される。圧力センサ１１ａからのケーブル１４ａは、二次蓋圧力信号アダプタ１７に接続される。ケーブル１４ａを二次蓋カバープレート１５に埋め込み引き出すことで、二次蓋圧力信号アダプタ１７を省略することもできるが、本実施形態のように、二次蓋圧力信号アダプタ１７が設置されることで、ケーブル１４ｂの脱着が可能となり三次蓋４を着脱する作業を行いやすい。

本実施形態では、二次蓋カバープレート１５は、二次蓋３の外面３ａと面一となるように二次蓋３に取り付けられているので、二次蓋３の外側に三次蓋４を容易に着脱することができる。

上記三次蓋４に、圧力監視装置１１（圧力センサ１１ａ）で検出された圧力信号を三次蓋４の外部に取り出すための三次蓋圧力信号アダプタ１８が設置される。三次蓋圧力信号アダプタ１８と二次蓋圧力信号アダプタ１７とはケーブル１４ｂにて接続され、二次蓋圧力信号アダプタ１７からのケーブル１４ｂは、三次蓋圧力信号アダプタ１８の入力側部分１８ａに接続される。この入力側部分１８ａは、三次蓋４の二次蓋３と対向する側の面に形成された凹部４ａに設置される。当該凹部４ａは、三次蓋４の軸方向に対して二次蓋圧力信号アダプタ１７側へ斜めに延びるので、入力側部分１８ａ近傍においてケーブル１４ｂの屈曲を僅かなものとすることができるとともに、二次蓋３と三次蓋４との間の隙間を従来と同じ程度に抑えることができる。

三次蓋４において、上記凹部４ａとは反対側には、三次蓋圧力信号アダプタ１８の出力側部分１８ｂが設置される設置空間Ｓ２が三次蓋４内に形成される。

上記設置空間Ｓ２を覆う三次蓋カバープレート１９が、三次蓋４に係止部材としてのボルト２０にて取り付けられる。三次蓋カバープレート１９は、外部からの落下物などから三次蓋圧力信号アダプタ１８を保護するための部材であり、その材質は、例えば炭素鋼、ステンレス鋼などの金属である。三次蓋カバープレート１９が金属製とされることで、三次蓋カバープレート１９の上方における放射線遮蔽効果は、他の部位と遜色のない、同じ効果を備えることができる。

上記三次蓋カバープレート１９と三次蓋４との間には、設置空間Ｓ２を密封するための環状のシール部材としてのＯリング２１が、所定の間隔をあけて複数設置される。設置空間Ｓ２を密封するためだけの目的であると１つのＯリング２１が設置されればよい。本実施形態のように複数のＯリング２１が設置されると、Ｏリング２１間の隙間を利用して設置空間Ｓ２の気密性を検査することができる。そのため、三次蓋圧力信号アダプタ１８の三次蓋４設置部貫通部の気密性を検査で保証する必要がなくなる。三次蓋カバープレート１９のＯリング２１間の部分に細孔２２が設けられ、通常時、細孔２２はプラグ２３で閉止される。この細孔２２を用いて、加圧法または真空法により気密試験を行うことで、設置空間Ｓ２の気密性を検査することができる。

キャスク１００を貯蔵施設で受け入れする際の一次蓋２と二次蓋３との間の空間Ｓ１の圧力確認は、次のようにして行われる。

キャスク１００を縦起こしする。三次蓋カバープレート１９を取り外し、三次蓋圧力信号アダプタ１８の出力側部分１８ｂにケーブル（不図示）を接続する。当該ケーブルは圧力検査機器（不図示）に接続されており、検査員は、圧力検査機器を用いて空間Ｓ１の圧力を確認（検査）する。

本実施形態のキャスク１００によると、三次蓋４を開放することなく、一次蓋２と二次蓋３との間の空間Ｓ１の圧力を確認することができる。また、三次蓋圧力信号アダプタ１８が三次蓋４に設置されていることで、ケーブルの脱着を容易に行うことができ、圧力監視装置１１で検出された圧力信号の取り出しを容易に行うことができる。

一次蓋２と二次蓋３との間の空間Ｓ１の圧力確認が完了すると、三次蓋４を取り外す。貯蔵施設内の貯蔵エリアへキャスク１００を移動させる。二次蓋圧力信号アダプタ１７には、監視盤（不図示）からのケーブルが接続され、圧力監視装置１１（圧力センサ１１ａ）の信号は、ケーブルを介して監視盤に入力される。なお、上記空間Ｓ１の圧力に異常があった場合は、元の発電所にキャスク１００は返送される。

図３は、図１に示すキャスク１００の軸方向の端部に、物体との衝突によって生じる衝撃を吸収する緩衝体２４が取り付けられた状態のキャスク１００の一部縦断面図である。

キャスク１００を輸送する際、万が一のキャスク１００の落下に備えて、キャスク１００の軸方向の端部には木材などから構成される緩衝体２４が取り付けられる。図３に示すように、緩衝体２４は、木材２５と、木材２５を覆う金属カバー２６とで構成される。

原子力発電所でのキャスク１００の貯蔵方法の一つとして、三次蓋４および緩衝体２４を取り付けた横置き状態でのキャスク１００の貯蔵があり得る。また、貯蔵施設におけるキャスク１００の貯蔵においても、三次蓋４および緩衝体２４を取り付けた横置き状態でのキャスク１００の貯蔵があり得る。

本実施形態では、三次蓋４の外側に緩衝体２４が取り付けられたままの状態で、三次蓋カバープレート１９および三次蓋圧力信号アダプタ１８に接近することができるように、緩衝体２４が構成されている。

金属カバー２６を構成する外側カバー２６ａに第１アクセスプレート２７が着脱自在に設置され、内側カバー２６ｂに第２アクセスプレート２８が着脱自在に設置される。第１アクセスプレート２７および第２アクセスプレート２８は、三次蓋カバープレート１９および三次蓋圧力信号アダプタ１８に接近するためのプレートであって、三次蓋カバープレート１９に対向する位置に設置される。

上記構成によると、第１アクセスプレート２７および第２アクセスプレート２８を取り外すことで、三次蓋カバープレート１９および三次蓋圧力信号アダプタ１８に接近することができるので、キャスク１００（三次蓋４）に緩衝体２４が取り付けられたままの状態で、一次蓋２と二次蓋３との間の空間Ｓ１の圧力を確認することができる。

上記の実施形態は次のように変更可能である。

三次蓋カバープレート１９と三次蓋４との間にＯリング２１（シール部材）が１つだけ設置されてもよい。この場合、三次蓋圧力信号アダプタ１８の出力側部分１８ｂが設置される設置空間Ｓ２の気密性を検査することが難しい。上記のようにＯリング２１を１つだけとする場合は、三次蓋圧力信号アダプタ１８の三次蓋４への設置において、ハーメチックシールと呼ばれるシール方法にて三次蓋圧力信号アダプタ１８が設置されることが好ましい。また、二次蓋圧力信号アダプタ１７の二次蓋カバープレート１５への設置においてもハーメチックシール方法が用いられることが好ましい。ハーメチックシールは、外気を完全に遮断する気密封止構造を有し、ガラス・セラミック・銀ろう・金属が用いられる。三次蓋圧力信号アダプタ１８および二次蓋圧力信号アダプタ１７の設置にハーメチックシール方法を用いることで、三次蓋４の密封境界、二次蓋３の圧力監視境界の気密性を確保しながら、圧力監視装置１１から圧力信号を取り出すことができる。

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勿論可能である。

１：容器本体
２：一次蓋
３：二次蓋
４：三次蓋
４ａ：凹部
１１：圧力監視装置
１４：ケーブル
１５：二次蓋カバープレート
１７：二次蓋圧力信号アダプタ
１８：三次蓋圧力信号アダプタ
１８ａ：入力側部分
１８ｂ：出力側部分
１９：三次蓋カバープレート
２１：Ｏリング（シール部材）
２４：緩衝体
２７：第１アクセスプレート（アクセスプレート）
２８：第２アクセスプレート（アクセスプレート）
１００：キャスク
Ｓ１：空間（一次蓋と二次蓋との間の空間）
Ｓ２：設置空間

Claims (5)

1. 放射性物質を収容する容器本体と、
   前記容器本体の開口を密封する一次蓋と、
   前記一次蓋の外側に設置され、前記一次蓋との間の空間の圧力を前記一次蓋および前記容器本体とともに保持する二次蓋と、
   前記二次蓋に設置された、前記空間の圧力を測定するための圧力監視装置と、
   前記二次蓋の外側に設置される三次蓋と、
   を備え、
   前記圧力監視装置で検出された圧力信号を前記三次蓋の外部に取り出すための三次蓋圧力信号アダプタが前記三次蓋に設置されており、
   前記三次蓋圧力信号アダプタの入力側部分が、前記三次蓋の前記二次蓋と対向する側の面に形成された凹部であって、前記三次蓋の軸方向に対して斜めに延びる凹部に設置されている、キャスク。
2. 請求項１に記載のキャスクにおいて、
   前記三次蓋圧力信号アダプタの出力側部分が設置される前記三次蓋内の設置空間を覆う三次蓋カバープレートをさらに備える、キャスク。
3. 請求項２に記載のキャスクにおいて、
   前記設置空間を密封するための複数の環状のシール部材が、前記三次蓋カバープレートと前記三次蓋との間に所定の間隔をあけて設置されている、キャスク。
4. 請求項１～３のいずれかに記載のキャスクにおいて、
   物体との衝突によって生じる衝撃を吸収する緩衝体が前記三次蓋の外側に設置されており、
   前記三次蓋圧力信号アダプタに接近するためのアクセスプレートが前記緩衝体に設置されている、キャスク。
5. 請求項１～４のいずれかに記載のキャスクにおいて、
   前記圧力監視装置を保護するための二次蓋カバープレートが、前記二次蓋に取り付けられており、
   前記三次蓋圧力信号アダプタとケーブルにて接続される二次蓋圧力信号アダプタであって、前記圧力監視装置で検出された圧力信号を前記二次蓋の外部に取り出すための二次蓋圧力信号アダプタが前記二次蓋カバープレートに設置されている、キャスク。

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