JPH0238996A - 使用済燃料貯蔵ラック - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、原子力発電所の使用済燃料貯蔵ラックに係り
、特に高密度に使用済燃料を貯蔵するに好適な使用済燃
料貯蔵ラックに関する。

〔従来の技術〕

原子力発電所にて使用済となった燃料は、再処理あるい
は永久保管貯蔵等の後続処理に供するまでの間１発電所
内の使用済燃料貯蔵プール内に。

−旦貯蔵される。上記使用済燃料貯蔵プール内には、角
筒体である断面矩形の角管を主要構成部材とした使用済
燃料貯蔵ラックが、使用済燃料を計画どおりに貯蔵した
上に、さらに炉心の全燃料を受は入れられる貯蔵容量を
備えて整然と設置されている。

ところで、使用済燃料の前記後続処理の能力は有限であ
るから、それらの作業を余裕をもって行うためには１発
電所の使用済燃料貯蔵容量を、最大限に確保しておく必
要がある。そのためには、与えられた使用済燃料貯蔵プ
ール寸法に対して、その中の使用済燃料貯蔵ラックの燃
料貯蔵ピッチをできるだけ小さくし、貯蔵効率を向上さ
せることが有効である。

一方、使用済燃料は、わずかながら中性子を放出してい
るので、隣接する燃料体から放出される中性子による核
分裂が生ずると、燃料体の発熱量が増加し、燃料体が高
温になる恐れがあるから。

隣接する燃料体から放出される中性子の影響を避けるに
は、燃料体相互の中性子を遮蔽する必要がある。従来の
使用済燃料貯蔵ラックを構成する角筒はステンレス鋼で
形成されており、中性子に対する遮蔽効果は主として燃
料体相互間の水によっていたが、米国特許第４１１９８
５９号には、第５図に示すように、ホウ素を含むアルミ
ニウム合金１０をステンレス板２０でサンドイッチ状に
挾んで、軸方向断面が正方形の角筒体を形成し、二〇角
筒体を軸方向をほぼ鉛直に、かつ前記正方形断面が市松
模様となるように配列し、鉛直方向の角筒体の角部と、
対角線方向に隣接する角筒体の角部を、Ｌ字形あるいは
７字形に形成された金属片３０を用いて、該金属片の端
部と前記角筒体の側面とで形成される開先をすみ肉溶接
することにより連結して、使用済燃料貯蔵ラックを形成
する技術が開示されている。

上記米国特許に開示された方法によれば、角筒体に中性
子吸収能力の大きいホウ素を含むアルミニウム合金が用
いられているので、前記角筒体の辺方向から入射する中
性子が遮蔽される。

〔発明が解決しようとするＲＭ） しかし、上記米国特許においては、ホウ素を含むアルミ
ニウム合金が曲げると割れやすいため。

平板でサンドインチされており、角筒の角部には前記合
金１０がなく、この部分から隣接する燃料体から放出さ
れる中性子が入射するため、隣接する燃料体との間隔が
充分に短縮できない。

また、角筒体の材料として、中性子の吸収能力と曲げ加
工性とを備えたボロン含有ステンレス鋼を用いると、そ
の溶接熱影響部に粗大化したポライド（Ｆｅ、Ｃｒ）、
Ｂが晶出し、靭性が低下する懸念がある。特に、貯蔵ラ
ック形成のために、隣り合う角筒体相互を、Ｌ字形ある
いは２字形の金１１片を用いて溶接固着しているので、
地震等によりラックに力が作用した際には、上記溶接部
に曲げ荷重が加わることが予想される。すなわち、溶接
部にポライドの粗大化による母材より靭性に劣る部分が
生じ、溶接部の耐！Ｉ撃性が低下する。

本発明の課題は、溶接部の靭性低下が生ずることなく、
かつ燃料体全周に互って中性子吸収能力が大きい、角筒
体を用いた使用済燃料貯蔵ラックを提供するにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記の課題は、角筒体が、その軸に直角な平面での断面
が市松模様となる様に複数個配置され。

前記°断面の対角線方向に相互に隣接する角筒体が、直
接あるいは金属片を介して連結されてなる使用済燃料貯
蔵ラックにおいて、前記角筒体が、外周部に溶接性の良
い連続する金属層を備え、内周部に中性子吸収能力の大
きい連続する金属層を備えた、少なくとも２層の金属層
からなることを特徴とする使用済燃料ＩＩ？藏ラシラツ
クり達成される。

また、角筒体の外周部に備えた金属層が１８Ｃｒ−８Ｎ
ｉ系ステンレス鋼であり、その内側の金属層がホウ素を
添加した１　８０ｒ−８Ｎｉ系ステンレス鋼であること
を特徴とする請求項１に記載の使用済燃料貯蔵ラックに
よっても達成される。

さらに、角筒体が、一方の金属を溶接性の良い金属とし
、他方の金属を中性子吸収能力の大きい金属とするクラ
ッド鋼からなり、前記溶接性の良い金属を外面にして形
成されていることを特徴とする請求頂上に記載の使用済
燃料貯蔵ラックによってもよく、外面にした溶接性の良
い金属が１８Ｃｒ−８Ｎｉ系ステンレス鋼であり、その
内面に接する金属層がホウ素を添加した１　８　Ｃｒ−
８Ｎｉ系ステンレス鋼であることを特徴とする請求項３
に記載の使用済燃料貯蔵ラックとしてもよい。

上記課題はまた、角筒体が、外周部に備えた溶接性の良
い金属と該金属に接する内周側の金属とを機械的に締結
されてなるものであることを特徴とする請求項１に記載
の使用済燃料貯蔵ラックによっても、達成され、角筒体
が外周部に備えた溶接性の良い金属が１８　Ｃｒ−８Ｎ
ｉ系ステンレス鋼であり、該金属に接する内周側の金属
がホウ素を添加した１　８　Ｃｒ−８Ｎｉ系ステンレス
鋼であることを特徴とする請求項５に記載の使用済燃料
貯蔵ラックとしてもよい。

ホウ素の添加量が、０．５乃至１．０重量％であること
を特徴とする請求項２，４．６に記載の使用済燃料貯蔵
ラックとすると好適である。

〔作用〕

角筒体は、使用済燃料貯蔵ラックの強度を維持するとと
もに、使用済燃料が放射する中性子の減衰の一端を担っ
ている。前記角筒体を構成する複数の金属層のうち角筒
体最外周を構成する金属層には溶接性の良い金属が配置
され、その内側の暦に中性子吸収能力の大きい金属層が
配置される。

上記最外周を構成する連続する金ｇＬ層は、それ自身中
性子を吸収する他、角筒体を相互に連結する際の、溶接
方法により異なる溶は込み量に応じて角筒体の製造工程
においてその厚さを調整することにより、溶接する熱影
響をその内側に接する金属層に与えないようにする。

また、角筒体の内周側を構成する連続する金属層は、使
用済燃料から放射される中性子を燃料体の全周に互って
減衰するので、使用済燃料の貯蔵ラック内での配列の間
隔を小さくしても、燃料体の中性子による核分裂に伴う
発熱量の増加を抑制する。

角筒体相互を連結固定するための溶接は、溶接性の良い
最外周部の金属層に対して行われ、内周側の金属には、
溶接による熱影響は及ばないから、内周部側の金属の溶
接熱影響による靭性低下、耐衝撃性の低下は生じない。

角筒体の外周部の金属に１８Ｃｒ−８Ｎｉ系ステンレス
鋼を用いると、良好な溶接性が得られ、内周部の金属と
してボロンを含む１８　Ｃｒ−８Ｎｉ系ステンレス鋼を
用いれば、大きい中性子吸収能力をもっているので、隣
接する燃料体から入射する中性子数を減少させる。

溶接性の良い金ｇＬ層と、中性子吸収能力の大きい全４
層とを、クラッド鋼として形成すると、双方の金属が一
体の強度部材として機能し、複数の金属層とすることに
よる強度の低下が少なくなる。

また、クラッド鋼とする場合に、一方の金属を１８　Ｃ
ｒ−８Ｎｉ系ステンレス鋼とし、他方の金属をボロンを
含有する１８Ｃｒ−８Ｎｉ系ステンレス鋼とすれば、双
方の金属とも充分な曲げ加工性を備えているので、角筒
を形成する際に割れを生じにくい。

外周側となる溶接性のよい金属と、内周側となる中性子
吸収能力の大きい金属とを、クラッド鋼でなく機械的な
方法で締結しても、両者を一体の強度部材とすることが
できる。

ホウ素を添加した１　８　Ｃｒ−８Ｎｉ系ステンレス鋼
としては、ホウ素の添加量を０．５〜１．０重量％とす
ると、中性子吸収能力、靭性の両面で好適である。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図乃至第３図により説明
する１本実施例は角筒体（以下角管という）の材料に、
１８Ｃｒ−８Ｎｉ系ステンレス鋼と。

１８　Ｃｒ−８Ｎｉ系ステンレス鋼に中性子吸収断面積
の大きい元素としてホウ素を含有させた鋼（以下ボロン
含有ステンレス鋼という）をクラツデイングした材料を
用いたものである。

上記角管の製造工程を以下に示す。

高炉にて製銑を適量分配し、それぞれ１８Ｃｒ８Ｎｉ系
ステンレス鋼とボロン含有ステンレス鋼の製鋼工程へ送
る。製鋼工程では、それぞれスラブを形成するが、特に
ボロン含有ステンレス鋼においては、ラックを構成した
際の所定の使用済燃料間ピッチを考慮して、ボロン量は
０．５〜１．０重量％が適切である。

前記スラブをそれぞれ圧延し、重ね合せクラッド鋼スラ
ブに組立てる。その後、更に熱間圧延し。

所定の板厚のクラッド鋼板とする。このようにして製造
されたクラッド鋼板は、超音波探傷検査を受け、健全性
が確認される。

次に、上記クラッド鋼板をプレス、あるいはロール成形
により円筒とし、固溶体化熱処理及び歪取りを行った後
、引抜きにより角成形する。この際、１８Ｃｒ−８Ｎｉ
系ステンレス鋼が管の外殻となるように造管する。

上記角管の肉厚は、使用済燃料貯蔵ラックの構造物とし
ての強度及び必要な中性子吸収能力から定められ、特に
１８　Ｃｒ−８Ｎｉ系ステンレス鋼２は、溶接による溶
は込み量と熱影響範囲を考慮すると、２ｍｍ程度が適当
である。

第１図は、上記角管１を用いた使用済燃料貯蔵ラック５
の平面図の一部を示す。前記角管１は使用済燃料の貯蔵
密度を高くするため、その水平断面における角管の正方
形断面が市松模様となるように配列される。この際、使
用済燃料貯蔵ラックが構造体として強度を有するように
、前記角管１の前記水平断面における角部１ａと、市松
模様配列において前記正方形断面の対角線方向に相対す
る角管１の角部１ｂを、Ｌ字形の金属片４を用いて、前
記金属片４の端面４ａを前記角管１の側面１０にすみ肉
溶接で固定する。上記金属片４は、上ユ己角管１の最外
周を構成する材料２と同様１８Ｃｒ−８Ｎｉ系ステンレ
ス鋼表で、厚みは３ｒｎｍである。

第２図は、角管１と余尺片４の位置関係を示す第１図の
部分詳細図である。溶接はティグ溶接により行い、溶加
材にはＴＯ３０，８Ｌを用いる。このため、溶着金属６
の溶は込みは２ｍｍ以内となり、熱影響部ＨＡＺ７は１
８　Ｃｒ−８Ｎｉ系ステンレス鋼２内にとどまるため５
この溶接により前記角管１の内周側を構成するボロン含
有ステンレス鋼３にポライド（Ｆｅ、Ｃｒ）２Ｂが溶融
する温度である１２８８℃となるような熱影響は生じな
い。

これにより、ボロン含有ステンレスＷＩａ内でのポライ
ドの粗大化は起らず、＊ｍなまま鋼中に存在するため１
局部的な靭性の低下が防止される。第３図は、上記溶接
部をマクロ的に示した概念図である。

本実施例によれば、１８Ｃｒ−８Ｎｉ系ステンレス鋼を
溶接するので、溶接による靭性の低下は起らず、使用済
燃料貯蔵ラックの溶接部の耐衝撃性を向上できる。

また、本実施例によるクラッド鋼を用いた角管の場合、
中性子吸収性能の高いボロン含有ステンレス鋼層が、上
記角管により製作された使用済燃料貯蔵ラックの使用状
態における水平断面内のいかなる方向に対しても、連続
的に形成されているため、角管は上記の方向に対して等
しい中性子吸収特性を有する。このように、ボロン含有
ステンレス鋼層に構造的な欠損がないため、使用済燃料
貯金ラック製作上必要な余裕及びホウ素添加景と材料の
靭性低下の関係を考慮した範囲内で、燃料廿蔵密度を可
能な限り高くできるという効果がある。

次に本発明の他の実施例について説明する。

第４図は、１８　Ｃｒ−８Ｎｉ系ステンレス鋼Ｆｉ、２
と、ボロン含有ステンレス鋼３とを、リベット８で締結
して形成した角管１の構造を示す１本角管を用いても、
前記実施例と同様の効果が得られる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、使用済燃料貯蔵ラックを構成する角管
と角管を連結するための溶接を、前記角管の最外殻を構
成する溶接性の良い金３を母材として行うことにより、
ボロン含有ステンレス鋼に１２８８℃以上の熱影響を与
えないため、ボロン含有ステンレス鋼の靭性を低下させ
る要因となる粗大ポライドの晶出を防止できるので、使
用済燃料貯蔵ラックの溶接部の耐衝撃性を向上できると
いう効果がある。

請求項２に記載の本発明によれば、請求項１に記載の本
発明と同等の効果が得られる。

請求項３に記載の本発明によれば、請求項１に記載の発
明と同等の効果を奏するとともに、溶接性の良い金属性
と中性子吸収能力の大きい金属層とがクラッド鋼からな
っているので１両金属層が一体の強度部材として作用し
、角筒体を複数の金属層から形成することによる強度の
低下が防止される。

請求項４に記載の本発明によれば、請求項３に記載の発
明と同等の効果が得られる。

請求項５に記載の本発明によれば、請求項３に記載の発
明と同等の効果が得られる。

請求項６に記載の本発明によれば、請求項３に記載の発
明と同等の効果が得られる。

請求項７に記載の本発明によれば、燃料体の貯蔵を高密
度化する効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の部分を示す平面図、第２図
は第１図の部分詳細図、第３図は第２図のＢ部の角筒体
の軸に直角な平面での断面の詳細を示す部分断面図、第
４図は本発明の他の実施例を示す部分破砕正面図であり
、第５図は従来技術の例を示す部分断面図である。 １・・・角筒体（角管）、２・・・溶接性の良い連続す
る金ｌ１Ｎ（１８Ｃｒ−８Ｎｉ系ステンレスＩ）、３−
・・中性子吸収能力の大きい連続する金属層（ボロン含
有ステンレス鋼）、４・・・金属片。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、角筒体が、その軸に直角な平面での断面が市松模様
   となる様に複数個配置され、前記断面の対角線方向に相
   互に隣接する角筒体が、直接あるいは金属片を介して連
   結されてなる使用済燃料貯蔵ラックにおいて、前記角筒
   体は、外周部に溶接性の良い連続する金属層を備え、内
   周部に中性子吸収能力の大きい連続する金属層を備えた
   、少なくとも２層の金属層からなることを特徴とする使
   用済燃料貯蔵ラック。 ２、角筒体の外周部に備えた金属層が１８Ｃｒ−８Ｎｉ
   系ステンレス鋼であり、その内側の金属層がホウ素を添
   加した１８Ｃｒ−８Ｎｉ系ステンレス鋼であることを特
   徴とする請求項１に記載の使用済燃料貯蔵ラック。 ３、角筒体が、一方の金属を溶接性の良い金属とし、他
   方の金属を中性子吸収能力の大きい金属とするクラッド
   鋼からなり、前記溶接性の良い金属を外面にして形成さ
   れていることを特徴とする請求項１に記載の使用済燃料
   貯蔵ラック。 ４、外面にした溶接性の良い金属が１８Ｃｒ−８Ｎｉ系
   ステンレス鋼であり、その内面に接する金属層がホウ素
   を添加した１８Ｃｒ−８Ｎｉ系ステンレス鋼であること
   を特徴とする請求項３に記載の使用済燃料貯蔵ラック。 ５、角筒体が、外周部に備えた溶接性の良い金属と該金
   属に接する内周側の金属とを機械的に締結されてなるも
   のであることを特徴とする請求項１に記載の使用済燃料
   貯蔵ラック。 ６、角筒体が外周部に備えた溶接性の良い金属が１８Ｃ
   ｒ−８Ｎｉ系ステンレス鋼であり、該金属に接する内周
   側の金属がホウ素を添加した１８Ｃｒ−８Ｎｉ系ステン
   レス鋼であることを特徴とする請求項５に記載の使用済
   燃料貯蔵ラック。 ７、ホウ素の添加量が、０．５乃至１．０重量％である
   ことを特徴とする請求項２、４、６に記載の使用済燃料
   貯蔵ラック。