JP7568544B2 - 放射性物質収納容器の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、放射性物質収納容器の製造方法に関する。

この種の技術として、例えば特許文献１に記載のものがある。特許文献１に記載の放射性物質収納容器の製造方法では、まず、周方向に分割された複数の外筒分割体を準備する。そして、伝熱部材の一端部を外筒分割体の内面に固定するとともに、互いに隣り合う２つの伝熱部材の間にブロック状の中性子遮蔽体を配置することなどで、外筒分割体、伝熱部材、および中性子遮蔽体が一体化された分割体ユニットを製作する。その後、分割体ユニット同士を内筒の周りで連結させる。

特開２０１６－２１７８９３号公報

特許文献１に記載の製造方法によると、周方向に分割された複数の外筒分割体として外筒が準備されることで、伝熱部材、および中性子遮蔽体の放射性物質収納容器への組み込み作業が容易となり、放射性物質収納容器の生産効率を向上させることが可能となる。

しかしながら、特許文献１に記載の放射性物質収納容器の製造方法には、次のような解決すべき課題が残されていた。前記のとおり、特許文献１に記載の放射性物質収納容器において、伝熱部材の一端部は外筒分割体（外筒）の内面に固定される。一方、伝熱部材の他端部（特許文献１において第２突出部と記載）は内筒の外周面に溶接されることなく圧接される。伝熱部材の他端部は内筒に固定されず、内筒に接触した状態とされる。

ここで、放射性物質収納容器の温度変化や事故時の衝撃などにより、例えば外筒など放射性物質収納容器を構成する部材に変形が生じたと仮定する。当該部材の変形が、伝熱部材の他端部が内筒に押し付けられるような変形の場合は、伝熱部材と内筒との接触状態が維持されるので伝熱部材の除熱機能が損なわれることは特にない。しかしながら、伝熱部材の他端部が内筒から離れるような部材の変形の場合には、伝熱部材と内筒との接触状態が直ちに失われ、伝熱部材の除熱機能が損なわれることが懸念される。

本発明の目的は、伝熱部材が内筒から離れるような変形が放射性物質収納容器に生じたとしても、伝熱部材と内筒との接触状態が失われることを抑制することができる放射性物質収納容器の製造方法を提供することである。

本発明は、放射性物質が内部に収納される内筒と、前記内筒の外側に間隔を空けて設けられる外筒との間の空間に、前記内筒および前記外筒に接触する略Ｌ字断面形状の板状伝熱部材が周方向に複数設けられるとともに、互いに隣り合う２つの前記板状伝熱部材の間にブロック状の中性子遮蔽体が設けられる放射性物質収納容器の製造方法であって、前記板状伝熱部材の一端部を前記外筒の内周面に固定する伝熱部材固定工程と、前記外筒の内周面に前記一端部が固定された前記板状伝熱部材の他端部を前記内筒の外周面に押し付けることで、前記他端部を曲げ変形させつつ前記外周面に接触させる伝熱部材組付け工程と、を備える。

本発明の製造方法によれば、伝熱部材が内筒から離れるような変形が放射性物質収納容器に生じたとしても、伝熱部材と内筒との接触状態が失われることを抑制することができる。

放射性物質収納容器の縦断面図である。 図１のＡ－Ａ断面図である。 図２のＢ部詳細図である。 板状伝熱部材の断面図である。

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～図４を参照しつつ、本発明の一実施形態に係る放射性物質収納容器１００の構造、およびその製造方法について説明する。

放射性物質収納容器１００は、使用済燃料などの放射性物質を収納して、輸送、貯蔵するために用いられるものであって、図１に示すように、放射性物質が内部に収納される有底円筒形状の容器本体１と、容器本体１の上部開口にボルトなどで着脱可能に取り付けられる一次蓋２、二次蓋３、および三次蓋４という複数の蓋とを備えている。一次蓋２は、容器本体１の開口を密封する蓋であり、一次蓋２の外側に設置される二次蓋３は、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の内筒５とともに保持する蓋である。また、二次蓋３の外側に設置される三次蓋４は、放射性物質収納容器１００を輸送する際に取り付けられる蓋であって、放射性物質収納容器１００を所定の貯蔵場所へ輸送した後は特別な場合を除いて外される。

容器本体１は、放射性物質を収納するための内部空間を有する有底円筒形状の内筒５と、内筒５の外側に間隔をあけて設けられる円筒形状の外筒６とを有する。内筒５は、円筒形状の筒材７の下端部に底板８が溶接されることで有底円筒形状に構成されている。

容器本体１（内筒５）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の外周部には、側部中性子遮蔽体１０が設置され、容器本体１の底部、および二次蓋３には、それぞれ、底部中性子遮蔽体１１、および蓋部中性子遮蔽体１２が設置される。各中性子遮蔽体１０～１２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を主材とする遮蔽体、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を主材とする遮蔽体である。

なお、容器本体１、一次蓋２、二次蓋３、および三次蓋４は、ガンマ線遮蔽機能と構造強度とを確保するため、例えば炭素鋼からなる。

本実施形態の上記側部中性子遮蔽体１０は、容器本体１の側部の環状空間に設置されるものであり、例えば、複数のブロック状に分割されて所定の形状、寸法にプレ成型加工されたものである。図２に示すように、ブロック状の各側部中性子遮蔽体１０は、内筒５と外筒６との間の上記環状空間に閉じ込められた状態とされる。なお、後述するように、側部中性子遮蔽体１０（中性子遮蔽体）は鋳込みにより成形されてもよい。

内筒５と外筒６との間の環状空間には、側部中性子遮蔽体１０に加えて複数の板状伝熱部材９が周方向に設置される。これら板状伝熱部材９は、収納された放射性物質の崩壊熱を外部に逃がすための部材である。中性子遮蔽体は、金属部材と比べて熱伝導率が低く、断熱材のように機能してしまうことから、内筒５と外筒６とを接続するように複数の板状伝熱部材９を内筒５と外筒６との間に周方向に設置することで、放射性物質収納容器１００の除熱性能を確保することができる。

図３、図４などに示すように、上記板状伝熱部材９は、断面形状が略Ｌ字形状の部材である。この板状伝熱部材９は、内筒５と外筒６とを接続するように配置される板状の伝熱部材本体部９ｂと、伝熱部材本体部９ｂの一方の端部に設けられる板状の第１連結部９ａと、伝熱部材本体部９ｂの他方の端部に設けられる板状の第２連結部９ｃとを有する。このような板状伝熱部材９が、内筒５と外筒６との間の環状空間に周方向に並んだ状態とされる。

板状伝熱部材９は、その第１連結部９ａ（板状伝熱部材９の一端部）が外筒６の内周面に溶接により固定されるとともに、第２連結部９ｃ（板状伝熱部材９の他端部）が内筒５の外周面に接触される。これによって、内筒５内で発生する放射性物質の崩壊熱が、内筒５、板状伝熱部材９、および外筒６を伝い、外部へ除熱される。板状伝熱部材９を構成する材料は、熱伝導率が高い材料であることが好ましく、例えば、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金などが使用される。

放射性物質収納容器１００の製造方法の一例について説明する。上記板状伝熱部材９および側部中性子遮蔽体１０の内筒５と外筒６との間への組み込み方法は、例えば次の通りである。なお、外筒６は、特開２０１６－２１７８９３号公報に記載されているような、周方向に２分割されてなる１組の半割形状のもの（周方向に分割された１組の複数の外筒分割体）であってもよいし、円筒形状のものであってもよい。外筒６は、例えば鋼板を曲げ加工することによって製作される。

板状伝熱部材９は、例えば銅板を曲げ加工することによって製作される。銅板の曲げ加工により、板状伝熱部材９の第１連結部９ａおよび第２連結部９ｃが形成される。第２連結部９ｃは、伝熱部材本体部９ｂに対して第１連結部９ａとは反対側に曲げられる。なお、内筒５の外周面と第２連結部９ｃとを確実に接触させるために、第２連結部９ｃは、第１連結部９ａよりも長いものとされる。

本実施形態では、伝熱部材本体部９ｂと第１連結部９ａとのなす角度αが、略９０°（例えば８９°）となるように第１連結部９ａは製作される。また、伝熱部材本体部９ｂと第２連結部９ｃとのなす角度βが、例えば９４°以上、１００°以下の鈍角となるように第２連結部９ｃは製作される。

準備した外筒６の内側に、その周方向に沿って複数の板状伝熱部材９および複数の側部中性子遮蔽体１０を設置していく。手順の詳細は例えば次の通りである。

（伝熱部材固定工程）
まず、１つ目の板状伝熱部材９の第１連結部９ａの先端部を、外筒６の内周面に溶接することで、外筒６に１つ目の板状伝熱部材９を固定する。なお、図３に符号１３を付して第１連結部９ａ先端部の溶接部を図示している。続いて、板状伝熱部材９の第１連結部９ａが突出している側に、ブロック状の側部中性子遮蔽体１０を配置し、さらにこの側部中性子遮蔽体１０に対して１つ目の板状伝熱部材９の反対側に２つ目の板状伝熱部材９を配置する。

このとき、１つ目と２つ目の板状伝熱部材９によって側部中性子遮蔽体１０が挟まれ、側部中性子遮蔽体１０の両側面が、１つ目と２つ目の板状伝熱部材９の伝熱部材本体部９ｂにそれぞれ密着するように、板状伝熱部材９および側部中性子遮蔽体１０は配置される。また、第２連結部９ｃによって、内筒５の外周面がほとんど隙間なく覆われるように、互いに隣接する２つの板状伝熱部材９の第２連結部９ｃ同士が、周方向に略連続するように配置される。

その後、２つ目の板状伝熱部材９の第１連結部９ａの先端部を、外筒６の内周面に溶接することで、外筒６に２つ目の板状伝熱部材９を固定する。そして、上記工程を繰り返すことにより、複数の板状伝熱部材９および複数の側部中性子遮蔽体１０は、外筒６の内側にその周方向に沿って設置される。

（伝熱部材組付け工程）
別工程で製作された内筒５を準備する。そして、複数の板状伝熱部材９および複数の側部中性子遮蔽体１０が内側に設置されてなる外筒６を、板状伝熱部材９の第２連結部９ｃを内筒５の外周面に押し付けるようにして、内筒５の外側に嵌め込む。第２連結部９ｃを内筒５の外周面に押し付けることで、第２連結部９ｃを伝熱部材本体部９ｂ側に曲げ変形させつつ内筒５の外周面に接触させる。これにより、伝熱部材本体部９ｂと伝熱部材本体部９ｂから延在する第２連結部９ｃとのなす角度βは、第２連結部９ｃが伝熱部材本体部９ｂ側に曲げ変形することで、伝熱部材組付け工程の前よりも伝熱部材組付け工程の後のほうが小さくなる。例えば、伝熱部材組付け工程の前、すなわち板状伝熱部材９の製作時、角度βは９４°以上であるのに対し、伝熱部材組付け工程の後は、角度βは、例えば９３°（９４°未満）となる。

上記により、内筒５と外筒６との間の環状空間に、板状伝熱部材９および側部中性子遮蔽体１０が周方向に交互に複数設けられた放射性物質収納容器１００が完成する。なお、放射性物質収納容器１００を構成する容器本体１の底部への底部中性子遮蔽体１１の組み込み、二次蓋３への蓋部中性子遮蔽体１２の組み込み、ならびに一次蓋２、二次蓋３、および三次蓋４の製作などの説明は割愛する。

（効果）
本実施形態では、外筒６の内周面に第１連結部９ａが固定された板状伝熱部材９の第２連結部９ｃを内筒５の外周面に押し付けることで、第２連結部９ｃを曲げ変形させつつ内筒５の外周面に接触させている。言い換えれば、板ばねを圧縮するように板状伝熱部材９の第２連結部９ｃを内筒５の外周面に接触させている。

ここで、放射性物質収納容器１００の温度変化や事故時の衝撃などにより、例えば外筒６など放射性物質収納容器１００を構成する部材に変形が生じたと仮定する。当該部材の変形が、内筒５の外周面から板状伝熱部材９が離れようとする方向の変形の場合、本実施形態によると、板状伝熱部材９の第２連結部９ｃは、その弾性力にて内筒５の外周面側へ変形する。そのため、板状伝熱部材９が内筒５から離れるような変形が放射性物質収納容器１００に生じたとしても、板状伝熱部材９と内筒５の外周面との接触状態が失われることは抑制される。その結果、事故時などにおいても、放射性物質収納容器１００の除熱機能を維持することが可能となる。

なお、伝熱部材組付け工程時における伝熱部材本体部９ｂに対する第２連結部９ｃの曲げ変形は、弾性変形内での変形であってもよいし、塑性変形を伴う変形であってもよい。塑性変形を伴う変形であったとしても、内筒５の外周面から板状伝熱部材９が離れようとする方向の変形の場合、第２連結部９ｃは完全に元の角度まで戻らない（広がらない）にしても内筒５の外周面側へ変形する。

なお、従来、外筒６の内周面および内筒５の外周面に、伝熱部材の一端部および他端部がそれぞれ溶接にて固定されている放射性物質収納容器もある。すなわち、伝熱部材の両端部がいずれも完全に拘束されている放射性物質収納容器もある。この場合、事故時などに生じた変形によって伝熱部材が破断すると、その途端に内筒５から外筒６への伝熱経路が断たれ放射性物質収納容器１００の除熱機能が損なわれる。一方で、本実施形態では、板状伝熱部材９の外筒６側のみが溶接され、内筒５側は溶接されていないので、伝熱部材が簡単に破断するようなことはない。そして、上記のように、第２連結部９ｃが内筒５の外周面側へ変形可能なので、事故時などにおいても、放射性物質収納容器１００の除熱機能を維持することが可能である。

また、本実施形態では、伝熱部材本体部９ｂと伝熱部材本体部９ｂから延在する第２連結部９ｃとのなす角度βは、伝熱部材組付け工程の前よりも伝熱部材組付け工程の後のほうが小さくされる。したがって、事故時などにおいて、内筒５と外筒６との間での板状伝熱部材９の拘束力が弱まったとしても、第２連結部９ｃは、その弾性力にて内筒５の外周面側へ変形し、板状伝熱部材９と内筒５との接触状態が失われることは抑制される。

上記の実施形態は次のように変更可能である。

上記実施形態では、板状伝熱部材９の製作時、伝熱部材本体部９ｂと第１連結部９ａとのなす角度αが略９０°（例えば８９°）とされ、伝熱部材本体部９ｂと第２連結部９ｃとのなす角度βが例えば９４°（９４°以上）とされ、その後の伝熱部材組付け工程により、角度βが例えば９３°（９０°に近い角度）とされている。これに代えて、第２連結部９ｃを曲げ変形させつつ内筒５の外周面に接触させることを伝熱部材組付け工程における条件として、上記角度αおよび角度βは、板状伝熱部材９の製作時（伝熱部材組付け工程の前）においても伝熱部材組付け工程の後においても、鋭角とされてもよい。言い換えれば、伝熱部材組付け工程の前の角度βが、伝熱部材組付け工程の後の角度βよりも大きいことを条件として、角度αおよび角度βは鋭角とされてもよい。

上記実施形態では、板状伝熱部材９の第１連結部９ａは、外筒６の内周面に溶接により固定されている。これに代えて、板状伝熱部材９の第１連結部９ａは、ボルトなどにより外筒６の内周面に固定されてもよい。

上記実施形態では、ブロック状の側部中性子遮蔽体１０（中性子遮蔽体）として、所定の形状、寸法にプレ成型加工されたものを例示した。これに代えて、板状伝熱部材９の第１連結部９ａが外筒６の内周面に固定されるとともに、板ばねを圧縮するように第２連結部９ｃが内筒５の外周面に接触されてなる、内筒５と外筒６との間の２つの板状伝熱部材９で区画された空間に、ゲル状エポキシ樹脂などの材料を流し込んで固める鋳込みにより、ブロック状の側部中性子遮蔽体１０（中性子遮蔽体）が成形されてもよい。

上記実施形態では、板状伝熱部材９は、外筒６側に配置される端部に、曲げ加工されてなる第１連結部９ａを有する。これに対して、板状伝熱部材９は、外筒６側に配置される端部が曲げ加工されていなくてもよい。すなわち、板状伝熱部材９を構成する伝熱部材本体部９ｂの端部が、外筒６の内周面に溶接などの方法で直接固定されてもよい。本実施形態のように、曲げ加工されてなる第１連結部９ａを伝熱部材が有する場合、板状伝熱部材９は略Ｌ字断面形状となる。これに対して、外筒６側に配置される端部が曲げ加工されていない場合、板状伝熱部材９はＬ字断面形状となる。

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。

５：内筒
６：外筒
９：板状伝熱部材
９ａ：第１連結部（板状伝熱部材の一端部）
９ｂ：伝熱部材本体部
９ｃ：第２連結部（板状伝熱部材の他端部）
１０：側部中性子遮蔽体（中性子遮蔽体）
１００：放射性物質収納容器
β：伝熱部材本体部と第２連結部（板状伝熱部材の他端部）とのなす角度

Claims (1)

1. 放射性物質が内部に収納される内筒と、前記内筒の外側に間隔を空けて設けられる外筒との間の空間に、前記内筒および前記外筒に接触する略Ｌ字断面形状の板状伝熱部材が周方向に複数設けられるとともに、互いに隣り合う２つの前記板状伝熱部材の間にブロック状の中性子遮蔽体が設けられる放射性物質収納容器の製造方法であって、
   前記板状伝熱部材の一端部を前記外筒の内周面に固定する伝熱部材固定工程と、
   前記外筒の内周面に前記一端部が固定された前記板状伝熱部材の他端部を前記内筒の外周面に押し付けることで、前記他端部を曲げ変形させつつ前記外周面に接触させる伝熱部材組付け工程と、
   を備え、
   前記板状伝熱部材は、前記内筒と前記外筒とを接続するように配置される板状の伝熱部材本体部を有し、
   前記伝熱部材本体部と前記伝熱部材本体部から延在する前記他端部とのなす角度が、前記伝熱部材組付け工程の前よりも前記伝熱部材組付け工程の後のほうが小さく、
   前記角度が、前記伝熱部材組付け工程の前は９４°以上である、
   放射性物質収納容器の製造方法。

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