JPH0242439B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は原子炉技術に関するものである。この
技術分野においては、原子炉プラントは使用済み
燃料貯蔵設備、特に、相当な深さの水中で使用済
み燃料を貯蔵するためのラツクを有する使用済み
燃料貯蔵プールを備えている。本発明は特に使用
済み燃料の貯蔵及びかかる燃料を貯蔵するための
ラツクに関するものである。

原子炉プラントは大量の使用済み燃料を出す。
過去においては、使用済み燃料を再処理して核分
裂可能のウラン及びプラトニウムを更生燃料とし
て取り出そうとしていた。しかし、アメリカ合衆
国が関係している核不拡散協定は、プルトニウ
ム、即ち再処理製品が兵器材料として利用される
可能性があるので、燃料の再処理を禁じているも
のと解釈されていた。それで、原子炉プラントに
おいて連続的に生ずる使用済み燃料を安全に取り
扱う問題に対処することが必要になつている。使
用済み燃料は、核廃棄物として安全に処理可能に
なるまで多年にわたつて貯蔵しておかねばならな
い。使用済み燃料問題の解決はこの多年の間使用
済み燃料を貯蔵することに関係している。

使用済み燃料は、検出可能ではあるが原子炉で
経済的に使用するには不十分な反応度、即ち中性
子放射能力をある程度保持している。そのため、
貯蔵された質量が臨界に達しないような方法で使
用済み燃料を貯蔵する必要がある。原子炉の燃料
交換をする際、原子炉の特定領域にある燃料集合
体を数年の間隔で置き換える。除去した燃料集合
体の残留反応度は燃料交換の各領域全体にわたつ
て一様ではない。そこで、使用済み燃料を貯蔵す
る際、高残留反応度を有する燃料集合体の存在に
よる核的臨界を防止する必要がある。先行技術に
よれば、適当に隔置されたセルを有するラツクを
提供することによつて上述の臨界を防止してい
る。また、使用済み燃料が貯蔵されているラツク
のセルにある量の中性子吸収材即ち毒物を入れて
おくことにより臨界を防止することができる。こ
れ等の方法のうち最初のものは、ラツクの占める
容積が非常に大きい必要がある。また、両方法と
もコストが高い。

本発明は、一様に隔置されたセルからなるラツ
クへの使用済み燃料の貯蔵に関係している。セル
寸法及び実際の中心間の間隔は、ラツクに貯蔵さ
れるべき種々のタイプの燃料に適応するよう設定
されている。燃料貯蔵ラツクは領域１、領域２と
呼ぶ２つの領域に細分されている。領域１は小さ
い方の領域であり、使用済み燃料集合体を原子炉
から取り出したときに、燃焼度に関係なく、使用
済み燃料集合体を一時的に装荷するため、即ち炉
心外に装荷するために用意されている。代表的に
は、領域１は、利用しうる貯蔵部の一部、通常半
分を使用する低燃料集合体密度で、約200体の燃
料集合体を装荷する機能がある。領域２は、少な
くとも所定の最小燃焼度を持続したことが分かつ
た領域１からの燃料集合体を、所要の長期間にわ
たつて貯蔵するために用意されている。この明細
書で使用される“貯蔵部”という表現は、燃料集
合体が貯蔵される場所を意味している。特に、こ
の表現は、複数のセル間に形成しうるセル又は場
所を含む意味がある。

領域１において、貯蔵部はハニカム構造のチエ
ツカー盤状のパターンになつている。このハニカ
ム構造の１組の貯蔵部は燃料集合体の挿入を妨ぐ
ためにキヤツプがかぶせられており、他の組には
キヤツプがない。典型的なチエツカー盤状パター
ンにおいては、例えば黒色の正方形が例えば赤色
の別の色の正方形と交互していて、黒色正方形の
総面積が赤色正方形の総面積に等しい。本発明を
実施する場合、領域１のチエツカー盤状パターン
又はハニカム構造はこの形態をとりうる。しか
し、多数の隣接セルがセル表面の一様に隔置され
た諸領域においてキヤツプでふさがれている構造
でもよい。この構造は臨界の可能性を軽減するた
めに必要である。本願明細書において“ほぼチエ
ツカー盤状”のパターンと言う記載はこの構造と
同様に、実際のチエツカー盤をシミユレートする
ものも含む。領域１におこる使用済み燃料集合体
の反応度K_effは0.95以下に維持する必要がある。
そのため、セルに中性子吸収材を設けるとよい。
ラツクが沈んでいる水は、ホウ素化合物又は別の
中性子吸収元素の化合物の溶液によつて適切な中
性子吸収性に維持される。

領域１の使用済み燃料集合体は燃焼度を測定す
るため行政管理により検査される。所定の燃焼度
を続けたこれ等の使用済み燃料集合体は領域２へ
移送され、該領域２において、プールからの取り
出しその他の処置をしてよい値にその放射能強度
が減少するまで、貯留される。

使用済み燃料貯蔵プールを使用する場合、ラツ
クを据え付ける前又は据え付けた後のどちらかの
時点で、ラツク内に中性子吸収毒物を入れておく
選択が与えられることが望ましい。先行技術の使
用済み燃料設備においては、このような選択はな
かつた。中性子毒物が必要なら、ラツクをプール
内に据え付ける前に中性子毒物を入れておかねば
ならない。先行技術の使用済み燃料設備の別の欠
点は、貯蔵セルの中心間距離を格子等の構成部材
によつて維持することである。これは、望ましく
ない、スペースを無駄に使う複雑化につながる。

本発明の主な目的は、ラツクをプール内に据え
付ける前に又は直後に中性子毒物を収納すると共
に、使用に際しては、中心間距離が空間的に経済
的に且つ隔置用格子を用いることなく確実に維持
されるだけでなく、耐震特性の優れた使用済み燃
料貯蔵設備を提供することである。

上記目的を達成するため、本発明によると、基
板と、複数の使用済み燃料貯蔵部の配列とを備え
る核燃料集合体の貯蔵ラツクにおいて、前記複数
の貯蔵部の各々には、容易に変形可能な金属板で
形成されると共に、燃料集合体を受け容れる寸法
の体積を有する中空本体が含まれており、前記基
板に装着された前記中空本体の各々は、隣接する
複数の中空本体に、該複数の中空本体の長手方向
に延びる複数の溶接部で形成される溶接継手に沿
つて、固定されており、前記複数の溶接部は、前
記貯蔵ラツクが設置されている地上領域の予想さ
れる地震加速度特性に同貯蔵ラツクがさらされた
時に同貯蔵ラツクの応答が最小となるように配列
された、軸方向の複数の離間箇所において、隣接
する中空本体の縁部間に長手方向に配置された複
数の溶加ワイヤー部分により形成されており、ま
た、前記溶接部は、前記離間箇所間に開放領域を
画定していて、前記貯蔵部を画成する前記中空本
体の少なくとも幾つかは、その周囲を取り巻いて
中性子吸収材料を入れるための複数のポケツトを
有しており、各ポケツトは、対応する中空本体の
体積を区画する前記金属板の外表面と、同外表面
に取着された被覆板との間に形成されると共に、
隣接する貯蔵部に対して共通である。

上述のように中空本体は基板に装着されるが、
その際、各中空本体は、ラツクの周囲に沿うもの
を除いて、隣接する中空本体に取着され、取着
は、互いに取着された中空本体に共通の溶接継手
に沿つて行なわれる。この溶接継手は、互いに取
着された中空本体に沿う該溶接継手で長手方向に
隔置している溶接部によつて形成される。各溶接
部の間隔は、ラツクが据え付けられる地上領域に
特有の地震加速度によつて生ずる応答を小さくす
るため、ラツクの固有振動数を最適にするように
なつている。中空本体の横方向断面が多角形であ
る場合、各中空本体は隣接する中空本体に、その
側辺によつて形成される頂端に沿つて取着され
る。

各ポケツトは前述した外表面と、この外表面に
取着された被覆板との間に形成されている。中空
本体が多角形の断面のものである場合、１つのポ
ケツトが、１つの中空本体の各側辺と被覆板との
間に形成される。また、各中空本体又はセルと、
それに続く隣接中空本体又はセルとの間にも使用
済み燃料貯蔵部が追加的に形成される。この貯蔵
部は、それを間に形成する中空本体と共通に、壁
部分と、後者の中空本体のポケツトとを有する。
ラツク内の各中空本体に関して対称であり、そし
て１つの中空本体及び該中空本体に取着される中
空本体の上述した選択はラツク内のどんな組合せ
の中空本体にも適用しうることに留意されたい。
ラツク内のどんな中空本体も同時に、隣接する中
空本体が取着される１つの中空本体か、互いに取
着された中空本体の１つか、又は隣接する中空本
体が取着された中空本体に共通の壁を有する追加
の中空本体の１つかである。

ポケツトは様々な利点を有する。即ち、ポケツ
トは、使用済み燃料貯蔵部に入れられる燃料集合
体間に、格子を必要とすることなく所要のセル中
心間距離を維持する。また、ポケツトは、臨界を
避ける必要性によつて燃料集合体の間隔が制限さ
れている場合に、より密接した間隔を許容する分
離状態に燃料集合体同志を保持する。燃料集合体
はその運動が制限されるようにセル内に配設され
る。代表的にはセルの壁からの燃料集合体の間隔
は6.35mm（1/4in）である。

本発明は、添付図面に例示したその好適な実施
例に関する以下の記載から一層容易に明らかとな
ろう。

第１図において、使用済み燃料を貯蔵するラツ
ク３１は基板３２に取着された貯蔵部２９，３
３，３５及び７５の列から構成されている。該ラ
ツク３１は、パツド３８から延びるボルト３６
で、深い水プールの床３４上に支持されており、
パツド３８は特開昭58−28697号公報に記載され
た形式のものである。該パツド３８は基板３２の
下側に取着されており、前記公報に開示されてい
るようにラツクの水平出しのための装置を備えて
いる。パツド３８とパツド３８との中間に配置さ
れた突起４０は、ラツク３１の昇降用クレーン
（図示しない）から延びる吊り上げ棒（図示しな
い）に係合可能である。

セル２９及び３５は、貯蔵部３３がセル２９及
び３５の区画壁間に形成されるように、配設され
ている。“貯蔵部”と言う用語は、燃料集合体収
容部材である“３３”を、据え付けたセルである
燃料集合体収容部材の“２９”，“３５”及び
“７５”から区別するために、燃料集合体収容部
材３３に対して使用するものとする。セル２９，
３５，７５及び貯蔵部３３は実質的に同一の横断
面積を有し、ラツクが据え付けられている原子炉
プラントからの使用済み燃料集合体を収容するよ
うな寸法に形成されている。

各セルは、多角形、円形その他の横断面形状の
ものでよい細長い中空本体４２である（第２図）。
一般的には、中空本体４２は頂部及び底部に開放
端３７，３９を有する細長い直方体の形態をして
いる。該本体は、第１２図及び第１３図に示すよ
うに、代表的には304ステンレス鋼（SUS304鋼）
製の長い板４１をプレス加工して、凸形の溝状中
央部４５によつて結合された２つの凹形の溝状部
分４３からなる構造にしたものから形成される。
この構造を中央部４５の長手方向中心線４６を中
心として矢印４７及び４９の方向に直角に折り曲
げて、中空本体の２つの側辺又は側壁４８、即ち
半部分５０（第４図、第４Ａ図）を形成する。こ
のような１対の半部分をそれ等の縁（縁部）５１
に沿つて衝合させ、衝合縁に沿つて溶接して１つ
の中空本体４２を形成する。本体の側壁４８は溝
状部分４３に沿つて凹入している。縁５１に沿つ
た溶接継手及び半部分５０の直角折曲部での縁又
は継手（縁部）５３（第４図、第４Ａ図）は外方
に突出して、中空本体の横断面の頂点を形成す
る。本体の半部分を形成する板４１は頂部の開放
端３７近くに切欠き５５（第１２図）を有する。

代表的な場合では、板４１即ち本体４２は約４
ｍの長さ即ち高さを有することがある。板４１の
幅は53cmでよく、厚さは1.57mmでよい。別の場合
には、長さが4.5ｍ、幅49cm、厚さ1.9mmである。

複数のセル２９は結合されて、中央にあるセル
の縁５１及び５３の各々から別のセルが延長する
１つのグループになると考えることができる。中
央のセルの各縁５１又は５３は半径方向に延びる
セルの縁５１及び５３に対して接触している。接
触縁はその長さに沿つて、溶加ワイヤー６１を溶
融することにより形成される一連の溶接部５９で
接続されている（第７図）。溶接部５９は、ラツ
クが設置される地上領域におけるラツクの想定地
震加速度に対するラツクの反応が可能な限り小さ
くなるように、隔置される。

この特徴は第１１図に示したグラフから理解で
きる。原子炉プラントの領域の特性を示す、ラツ
クの地震振動数は横軸にヘルツ（Hz）でプロツト
され、重力定数である加速度ｇは縦軸にプロツト
されている。図から分かるように、曲線は約10Hz
で最大値を有する。溶接部５９は振動数が低くな
るように隔置すべきである。低振動数では加速度
が小さく、地震によるラツクの損傷が防止され
る。また、溶接部は、地震振動数が大であるよう
に、即ちラツクが頑丈となるように隔置してもよ
く、その場合、加速度が低減する。

本体４２の各側辺には被覆板６３が外側から溶
接されている（第４図、第４Ａ図、第１４〜１６
図等）。該被覆板６３は、細長い溝６５の形態を
持つようにプレス加工された304ステンレス鋼製
薄板である。この被覆板は目的に応じて種々の寸
法にすることができ、代表的な寸法を次の第１表
に示す。

第１表 基板３２に垂直な長さ又は高さ（ｍ） 幅（cm） 厚さ（mm） 4.1 25.0 1.57 4.75 23.0 1.90 4.12 29.2 1.57 4.92 27.0 1.90 被覆板６３はその先端縁６７で本体４２の各側
壁４８に溶接され、該側壁の凹入空所に対峙する
溝６５によつて空所が形成される。そのため、各
側壁４８及び各被覆板がポケツト６９を形成す
る。該ポケツト６９は、必要が生じたら中性子吸
収物質を収容するための機能を有する。ポケツト
６９は、ラツク３１をプール内に据え付ける前又
は後にラツク３１内に中性子毒物を半径方向に収
容しうる。

貯蔵部３３は、四つで１組をなすセル２９の各
組の中間に形成される。四つのセルは、中央のセ
ル２９と、この中央セルに溶接される二つの半径
方向セル２９と、隣接する溶接済みセル組の一つ
の半径方向又は中央セル２９とからなる。貯蔵部
３３の壁は、隣接するセル２９の各各の側壁４８
に溶接された被覆板６３である。貯蔵部３３は隣
接する四つのセル２９の各々と共通のポケツト６
９を有する。

各貯蔵部２９，３３及び３５には四つのポケツ
ト６９がある。ポケツトは各貯蔵部において、貯
蔵された使用済み燃焼集合体（図示しない）と、
前記貯蔵部と共通の壁を有する隣接貯蔵部内の燃
料集合体との間の各側辺に間挿されている。ポケ
ツト６９は、貯蔵部間に格子のようなスペーサを
必要とせずに、燃料集合体間に所要の中心間距離
を維持する。また、ポケツト６９は燃料集合体同
志を分離状態に維持する。これにより、臨界の問
題によつて制限されていた燃料集合体のより近接
した間隔が可能になる。

セル３５はラツクの周辺沿いにある。各セル３
５は三つの隣接セル２９の間に形成されている
（第５図）。各セル３５の残りの側辺はカバー板７
１によつて形成する。カバー板７１は、該カバー
板７１と縁５３との間の長手方向の継手部に沿つ
て溶接部７３（第９図）により隣接セルの端（コ
ーナー部）に結合される。溶接部７３は溶接部５
９と同様に隔置される。ラツクコーナー部のセル
７５（第８図）は、セル２９を形成するため結合
された半部分５０と同様の半部分７７によつて閉
じてある。該半部分の端は、隔置された溶接部７
９によつて隣接セルの縁又は継手部５１の端に溶
接されている（第１０図）。

貯蔵部２９，３３，３５及び７５は、側壁４８
の下端を基板に接合する隅肉溶接部８１によつて
基板３２に固定される。実施可能な限りにおい
て、各セルの四つの側壁４８を第４図及び第５図
に示すように基板に溶接する。側壁の一つにアク
セスできない場合、第４Ａ図及び第５図に示すよ
うに、三つの側壁のみを基板３２に溶接する。水
は基板３２にある孔８３及び８５を通り、セルに
沿つて上方へ流れ、そしてポケツト６９を通る。

燃料貯蔵ラツク３１は小領域である領域１と、
大領域である領域２とに細分されている。領域１
は、一時的に炉心外に出た使用済み燃料集合体を
収容し、領域２は、規定の最小燃焼度を有する燃
料集合体を収容する。領域１の燃料集合体は臨界
状態を避けるために相当な間隔で離されていなけ
ればならない。そのため、領域１のあるセルには
キヤツプ１０１（第１７図）が設けられていて、
燃料集合体を余りにも近接した間隔で不注意によ
り収容してしまうのを防止している。キヤツプ１
０１は、チエツカー盤状又はハニカム状パターン
の領域１内のセルの頂部開口を閉じる（第１図、
第３図）。しかし、キヤツプのない複数のセルを
一つづつのセルで囲む代りに、キヤツプのない一
つのセルを数個のキヤツプ付きセルのグループに
よつて囲んでもよい。

各キヤツプ１０１は頭部１０３及び胴部１０５
を有する。頭部１０３は、大体において長方形の
横断面を有し、頂部にある開口１０７から平らな
枠状表面１０９まで下方に傾斜している。胴部１
０５もほぼ長方形の横断面を有する。胴部の互い
に対向する面１１１からは、指状部１１３が内方
へある角度で延びている。キヤツプ１０１はセル
２９，３３，３５又は７５上に、胴部がセル内に
嵌合し、表面１０９がポケツト６９上に延びると
共に該セルを形成する側壁の上部リム及び被覆板
６５の上部リムに係合した状態で、置かれてい
る。キヤツプ１０１は、指状部１１３が弾性を有
するように、ステンレス鋼その他の適当な金属で
形成されている。キヤツプ１０１をセルの開口に
押し込む時、指状部１１３の先端が切欠き５５に
ばね力で入り込み、セル内にキヤツプ１０１をロ
ツクする。キヤツプは、ポケツト６９に入り込み
指状部１１３を引つ込ませる特別な工具でなけれ
ば除去できない。

本発明の好適な実施例を開示したが、その様様
な変形が可能であつて、本発明は、先行技術の概
念から当然のことを除いて、限定されるべきでは
ない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による使用済み燃料集合体の貯
蔵ラツクを示す斜視図、第２図は第１図に示した
貯蔵ラツクの側面図、第３図は第２図の−線
方向から、セルの相対位置のみを簡略にして示す
平面図、第４図は、第３図の円の位置にあるセ
ルを拡大して示す平面図、第４Ａ図は第３図の円
Ａ内にあるセルを拡大して示す平面図、第５図
は第３図の領域を拡大して示す平面図、第６図
は第５図の円内の部分を拡大して示す平面図、
第７図は、第１図に示したラツクのセル本体のコ
ーナー部を接合する溶接部の位置を示すため、第
６図の−線に沿つて切断した断面図、第８図
は第３図の円内の部分を拡大して示す平面図、
第９図は第５図の−線方向から拡大して見た
側面図、第１０図は第８図の−線方向から拡
大して見た側面図、第１１図は、第１図に示した
ラツクのセル本体間の溶接部の間隔を決める際に
使用される、ラツクの地震振動と加速度との間の
関係を示すグラフを表わす図、第１２図はセル本
体の半部分を形成するための板材の平面図、第１
３図は第１２図の板材の端面図、第１４図は第１
３図の板材と共にポケツトを形成する被覆板の平
面図、第１５図は第１４図の被覆板の端面図、第
１６図は第１４図の−線断面図、第１７
図は本発明によるラツクのキヤツプ構造を示す縦
断面図である。 図中、３１は貯蔵ラツク、３２は基板、２９，
３３，３５及び７５は貯蔵部、４２は中空本体、
４８は側壁（金属板）、５１，５３は縁（縁部）、
５９は溶接部、６１は溶加ワイヤー、６３は被覆
板、６９はポケツトである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 基板と、複数の使用済み燃料貯蔵部の配列と
   を備える核燃料集合体の貯蔵ラツクであつて、前
   記複数の貯蔵部の各々には、容易に変形可能な金
   属板で形成されると共に、燃料集合体を受け容れ
   る寸法の体積を有する中空本体が含まれており、
   前記基板に装着された前記中空本体の各々は、隣
   接する複数の中空本体に、該複数の中空本体の長
   手方向に延びる複数の溶接部で形成される溶接継
   手に沿つて、固定されており、前記複数の溶接部
   は、前記貯蔵ラツクが設置されている地上領域の
   予想される地震加速度特性に同貯蔵ラツクがさら
   された時に同貯蔵ラツクの応答が最小となるよう
   に配列された、軸方向の複数の離間箇所におい
   て、隣接する中空本体の縁部間に長手方向に配置
   された複数の溶加ワイヤー部分により形成されて
   おり、また、前記溶接部は、前記離間箇所間に開
   放領域を画定していて、前記貯蔵部を画成する前
   記中空本体の少なくとも幾つかは、その周囲を取
   り巻いて中性子吸収材料を入れるための複数のポ
   ケツトを有しており、各ポケツトは、対応する中
   空本体の体積を区画する前記金属板の外表面と、
   同外表面に取着された被覆板との間に形成される
   と共に、隣接する貯蔵部に対して共通である、核
   燃料集合体の貯蔵ラツク。