JPH0458199A - 核物質輸送用容器 - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明はたとえば原子炉などに使用される燃料集合体な
どを輸送するための核物質輸送用容器に関する。

（従来の技術） 核物質輸送用容器、例えば燃料集合体を輸送するための
容器は原子炉で使用する新燃料または使用済み燃料を工
場から原子炉あるいは原子炉から再処理工場へ移送する
ためのものである。使用済み燃料は炉内で放射化されて
おり、燃料輸送中、環境に放射性物質の漏洩および輸送
用容器を透過して周囲に漏洩する放射線を低減する必要
がある。

使用済み燃料だけでなく、新燃料の場合でも、再処理の
回収プルトニウム（Ｐｕ）を混合した燃料では放射能を
有し使用済み燃料と同様に放射線漏洩を防止する必要が
ある。このため、燃料集合体の輸送用容器は通常の輸送
時はもとより、輸送中に起きることが想定される事故時
にも放射能が漏洩しない密封、放射能吸収および遮蔽機
能を有し、かつ強固な構造であることが必要である。

第４図から第６図に示したように、従来の核物質輸送用
容器１は内筒２内に核物質保持用バスケット３が挿入さ
れ、前記内筒２にはその外面を包囲するようにして中性
子吸収材４．放射線じゃへい材５および緩衝材６からな
る三層構造体が設けられ、かつ前記緩衝材６の外面には
外筒７が設けられ、全体としてバスケット３を含み五層
構造になっている。

バスケット３内は長手方向に沿って仕切り板８で格子状
に区画されており、各々の区画部１０内には核物質たと
えば燃料集合体９が挿入され保持される。

なお、第４図中管号１１は吊り下げ用フック、　１２は
脚部を示している。

しかして、被輸送物である燃料集合体９の複数体はバス
ケット３内の各々の区画部１０に収納され固定される。

バスケット３は輸送前後の燃料取扱い作業時には輸送容
器１から取り外せるようになっている。燃料集合体９を
収納したバスケット３は強固な外筒７によって燃料集合
体９から放出される放射能を吸収し、かつ、輸送中の衝
突、火災等の事故時にも密封性が損われることがないよ
うに維持される。緩衝材６および外筒７はバスケット３
を収納した内筒２と、中性子吸収材４、放射線じゃへい
材５に生じるあらゆる力、衝撃を吸収する。

ところで、使用済み燃料及び新燃料の一部には核物質ま
たは放射化された燃料構成部品から核反応による崩壊熱
（発熱）を有している。前述したように輸送用外筒７は
輸送中の外力から燃料集合体９の損傷を防止するために
緩衝材６として、木材、発泡コンクリート、発泡ガラス
、ゴム、樹脂フオーム等の多孔質物質の層を用シ）、ま
た、放射能漏洩防止のために鉛またはボロン等の中性子
吸収物質を含んだ厚い層が内筒２を包囲するようしこ設
けられている。これらの材質は非常に熱を伝え難く、容
器内の温度を上昇させる要因となる。第６図に輸送用容
器の断面図を示し、これに対応して内筒の径方向位置と
温度との関係を第７図ｔこ示す。内筒の熱伝達式から内
ｗＪ２の内面ｔｗと外筒７の周囲温度ｊ００との内外温
度差ΔＴ１５は■式で表される。ここで、ｔｇは容器１
の内部の封入気体温度、α□は外筒７つまり容器１の外
面の熱伝達率である。またλ４．λ２．λ１．λ。はそ
れぞれ外筒７．緩衝材６．中性子吸収材４および内筒２
の各熱伝導率、Ｒｏ、Ｒ，、Ｒ３，Ｒ４，Ｒ，は前記各
層の境界位置の半径である。

△Ｔ□５＝（ｑ’／２ｚ）Ｘ（（１／α、ｄ、）＋［１
ｎ（Ｒ，、／Ｒｚ）］／λ１］十［１ｎ（Ｒｚ／Ｒ３）
］／λｚ　］　＋　［ｉ　ｎ　（Ｒ３／　Ｒ４）］／λ
３］＋［１ｎ（Ｒ，／　Ｒｓ）］／λ、１）　’Ｃ−・
■同様に熱伝達式から内筒２の内面ｔｗとバスケット３
の表面温度ｔＢとの温度差へＴｇ８Ｐは０式で表される
。ここで、ｔｇは容器１の内部の封入気体温度、α２は
内筒２の内面の熱伝達率、α、はバスケット３の外面の
熱伝達率である。

ｑ′二α２刈ｔｇ−ｔｗ）、ｑ’＝＝α３Ｘ（ｔＢ　　
ｔｇ）、°、△Ｔｇａｐ＝ｑ’　Ｘ（１／α２＋１／α
３）℃　　　　　・・・■従って、バスケット３と環境
温度の差はΔＴ＝△Ｔｇａｐである。

ΔＴ０．は熱を伝え難い材料でできた緩衝材層、遮蔽材
層での温度差が大部分を占める。これは容器１の遮蔽設
計、強度設計に左右され収納物仕様によりほぼ決まる値
である。一方、△Ｔｇａｐは気体の対流により熱が伝わ
る部分で、温度差は数１０度あり、輸送用容器１の除熱
性能を高める上で重要な部分である。従来、内筒の内面
−バスケット間ギャップを小さくしたり、気体を撹拌し
、対流を強めることで温度差の低減がはかられるが改善
度合は小さい。

（発明が解決しようとする課題） 使用済み燃料では燃料被覆管の破損防止の観点から燃料
被覆管の温度の上限温度目安（約３００℃）を設けてい
る。新燃料集合体では品質保障の観点から被覆管の最高
温度の制限値を設けている。これは、燃料被覆管の酸化
温度あるいは、材料の許容応力の制限値に相当する温度
である。従来のバスケット３では前述の様に外筒７の温
度分布が決まっているうえに、内筒２とバスケット３と
の間に内筒２からバスケット３を取り出す時のために間
隙が設けられている。一般に輸送用容器内には気体が封
入されているが、外筒７とバスケット３との間に生じる
狭い間隙では対流が生じ難く、バスケット３から外筒へ
の熱の移動は気体の伝導と両表面間の熱放射によって行
われる。気体は熱を伝えにくいため、外筒７とバスケッ
ト３との間隙には比較的大きな温度差が生じる。もとも
と熱を伝えにくい材料でできた厚い緩衝材６および中性
子吸収材４で覆われているため内外の温度差が大きく、
したがって内筒２の内壁温度も高くなる。

制限値までの余裕も１００（’Ｃ）以下である。　した
がって、バスケット３と内筒２の内壁との温度差により
、燃料の中心部分まで達するまでに被覆管の最高温度の
制限値を越える恐れがあり、燃料の品質保証上問題とな
る課題がある。

本発明は上記課題を解決するためになされたもので、被
輸送物たとえば燃料集合体の温度と内筒の内壁温度の温
度差を低減することができる核物質輸送用容器を提供す
ることにある。

〔発明の構成〕

（ｍ１題を解決するための手段） 本発明は内筒内に核物質保持用バスケットが挿入され、
前記内筒の外面が中性子吸収材、放射線じゃへい材およ
び緩衝材からなる三層構造体が設けられ、前記緩衝材の
外面が外筒が設けられてなる核物質輸送用容器において
、前記バスケットの表面に弾性を有する複数の金属製突
起を設け、かつ輻射率を高めてなることを特徴とする。

（作用） バスケットの表面に設けた突起を内筒の内面に押しつけ
ることによって燃料集合体から放出される熱はバスケッ
ト、突起および内筒と伝導で伝わり環境に放出される。

内筒とバスケット間の熱移動が金属内の伝導になり、熱
の移動量が大きくなるので、温度差が低減できる。

すなわち、次式に示したように一定の発生熱Ｑに対する
バスケットと内筒の内面の温度差ΔＴ　ｇａｐを効果的
に低減できる。

Ｑ＝ΔＴ／Ｒただし、Ｒは内筒の半径 （実施例） 第１図から第３図を参照しながら本発明に係る核物質輸
送用容器の一実施例を説明する。

各図中、第５図と同一部分には同一符号で示し、重複す
る部分の説明は省略する。

第１図中、符号１３は第５図で示した内筒２内に収納さ
れる本発明で使用する核物質保持用バスケットを示して
いる。このバスケット１３の周面には円周方向にわたっ
て複数の長方形状開口１４が点在的に設けられている。

この間口１４には第２図に部分的に拡大して断面で示し
たように一端に突起１５を回動自在に枢着する回転軸１
６を保持する小片部１７を有し、また他端にコイルスプ
リングなどの弾性体１８を保持する弾性体保持部材１９
が取着されている。突起１５の表面には回転軸１６側に
金属製帯２０が、保持部材１９側に金属製ブラシ２１が
植毛されている。

バスケット１３の表面には輻射熱を高めるためにたとえ
ば異色亜鉛メツキが施されており、バスケット１３と内
筒２との間隙は３１±１１に保たれている。

しかして、上記構成に係るバスケット１３は燃料集合体
を区画部１０内に収納した後、クレーン等で吊り上げら
れて、輸送用容器の内筒２内に挿入される。前記突起１
５はバスケット１３に吊り込まれる前は、突起１５のス
トッパ作用により制限される角度に拡がった状態である
（第１図）。バスケット１３が内筒２内に挿入される場
合には弾性体１８を押し下げることにより内筒２の内径
に合わせて高さが変化する。内筒２内に挿入後は、突起
１５は弾性体１８により内筒２の内面に圧接される。こ
のとき。

燃料集合体からの熱は、大部分が仕切り板８の構造部材
を伝導により移動し、バスケット１３の外周の構造部材
に至る。外周からはバスケット１３の表面からの熱放射
、自然対流に加えて、バスケット１３に設置された突起
１５を通しての熱伝導により内筒２の表面に熱は移動す
る。突起１５の部分の熱伝導は突起１５とバスケット１
３を結合する金属製帯２０を伝わってバスケット１３か
ら突起に熱が移動し、突起１５と内筒２との接触面を通
して内筒２に熱が移動する。突起１５の表面に設けた金
属製ブラシ２１により接触面積が増加できる。また、バ
スケット１３と内筒２との間の熱放射を除いた熱移動は
１本発明のバスケット１３ではバスケット１３と内筒２
との間隙を約３１としているため、第３図に矢印で示す
様に自然対流のバスケット１３の表面の流れと内筒２の
内面との流れは逆向きの流れとなる。しかし、相互に干
渉することなく冷却能力は前記間隙の場合よりも高まる
。また、バスケット１３の表面および内筒２の内面に亜
鉛メツキ（黒色）を施すことにより放射率Ｅが大きくな
り、同一温度差（バスケラトル内筒内表面）で比較した
場合、熱放射によりバスケット１３から内筒２への熱移
動量は増加する。本発明で使用するバスケット１３では
仕切り板８で形成する燃料収納部からバスケット１３の
外面までは主に熱は前述のように構造部材の伝ぶて移動
する。バスケット１３をアルミニウム合金等の熱を伝え
やすい材質で形成した場合には燃料被覆管とバスケット
１３の表面の温度差は小さくなる。また、突起１５を通
しての熱伝導量が対流および放射の熱移動量に比較して
大きいため、バスケット１３と内筒２との温度差も小さ
くなる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、バスケットと内筒とを伝導により結ぶ
伝熱パスが形成され、従来の容器内封入気体の対流およ
び表面放射に加えて、熱の移動量の大きい熱伝導の効果
により、内筒の内面から燃料集合体に組込まれた燃料被
覆管までの熱抵抗を減少させる。これにより一定の発生
熱量に対するバスケットと内筒の内面との温度差を効果
的に低減できる。

【図面の簡単な説明】

第１図から第３図までは本発明に係る核物質輸送用容器
の一実施例を説明するためのもので、第１図はバスケッ
トの要部を示す斜視図、第２図は内筒とバスケットとの
関係を示す部分断面図、第３図は容器の縦断面図、第４
図から第７図までは従来例を説明するためのもので、第
４図は容器の斜視図、第５図は第４図の一部を縦断面で
示す斜視図、第６図は第５図の縦断面図、第７図は第６
図に対応した径方向位置と温度との関係を示す特性図で
ある。 １・・・核物質輸送用容器（従来例）、２・・・内筒、 ３・・・核物質保持用バスケット（従来例）、４・・・
中性子吸収材、　５・・・放射線じゃへい材、６・・・
緩衝材、　　　　７・・・外筒。 ８・・・仕切り板、　　　９・・・燃料集合体、１０・
・・区画部、 １２・・・脚部、 １４・・・開口。 １６・・・回転軸、 １８・・・弾性体、 ２０・・・金属製帯。 １１・・・吊り下げ用フック、 １３・・・バスケット（本発明）、 １５・・・突起、 １７・・・小片部、 １９・・・保持部材、 ２１・・・金属製ブラシ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 内筒内に核物質保持用バスケットが挿入され、前記内筒
   の外面に中性子吸収材、放射線しやへい材および緩衝材
   からなる三層構造体が設けられ、前記緩衝材の外面に外
   筒が設けられてなる核物質輸送用容器において、前記バ
   スケットの表面に弾性を有する複数の金属製突起を設け
   、かつ輻射率を高めてなることを特徴とする核物質輸送
   用容器。