JPH0476595B2

JPH0476595B2 -

Info

Publication number: JPH0476595B2
Application number: JP60193294A
Authority: JP
Inventors: Antonii Dooteii Deuitsudo; Jon Joojizu Nikorasu; Edowaado Furandaasu Junia Harii; Jooji Mashadoo Okutauio
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1984-09-04
Filing date: 1985-09-03
Publication date: 1992-12-04
Also published as: ZA856435B; ES8703048A1; DE3569848D1; EP0175140B1; KR860002832A; BE903159A; ES546540A0; EP0175140A1; JPS6166194A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、原子炉から取り出された使用済み燃
料を長期間貯蔵する技術に関し、特に、使用済み
燃料を支持し且つ該使用済み燃料から発生した熱
を散逸させる格子状の連続バスケツト組立体を有
する使用済み燃料貯蔵キヤスクに関するものであ
る。

このようなキヤスクに課される要求はどちらか
と言えば厳しいものである。キヤスクは長期間貯
蔵中の化学作用に対して抵抗性がなければならな
い。また、キヤスクは、手荒な扱いを受けたり落
下のような事故に会つたりしても、長期間の貯蔵
中に及び搬送中に小さな裂開或は割れ目といえど
も生じないように、機械的に十分頑丈でなければ
ならない。更に、キヤスクは使用済み燃料によつ
て発生された熱を周囲の環境に伝達しうることが
必要であり、且つそれにも拘わらず使用済み燃料
によつて発生する放射線から周囲の環境を遮蔽し
なければならない。ジルコニウム合金製のハウジ
ングの劣化を防ぐために、使用済みの燃料棒の温
度は例えば375℃というような最高温度以下に維
持しておく必要がある。また、キヤスク内で連鎖
反応が維持できないように確保にするため、即ち
実効臨界係数Keffを１以下に保つて自己持続反
応が確実に起きないようにするための措置が講じ
られていなければならない。

従つて、本発明の主な目的は、核分裂生成物及
び放射線が周囲の環境に逃げるのを防止すると共
に、内部に収容した使用済み燃料から発生する熱
を散逸させる、機械的に頑丈な貯蔵キヤスクを提
供することである。

上述の目的を達成するため、使用済み燃料を長
期間貯蔵するための貯蔵キヤスクは、本発明によ
ると、内部に空所を有すると共に、頂部と、床部
を画定する底部と、該頂部及び底部間に延在する
側壁とを有する容器、並びに前記空所内に配設さ
れる格子状のバスケツト組立体から構成され、該
バスケツト組立体が、垂直状態に互いに一緒に接
合されて細長い平行な貯蔵スペースのマトリツク
スを造る複数の平らな金属板と、前記使用済み燃
料を収容するため前記貯蔵スペース内に配設され
た収容手段と、温度変化に応動して前記バスケツ
ト組立体が前記側壁に関して動くのを許容しなが
ら、熱を前記バスケツト組立体から前記側壁に伝
達するための伝達手段とを含み、前記収容手段の
各々が、フランジで終端する側部を有する４枚の
細長いパネル部分と、該パネル部分にそのフラン
ジ間で取着されたラツパー部分と、前記パネル部
分及び前記ラツパー部分の間に設けられた中性子
毒物のシートと、前記床部に関して実質的に直角
をなして前記貯蔵スペースの壁体に取着された複
数の細長いタブとを備え、前記フランジを前記貯
蔵スペースの前記壁体と前記タブとの間に受け入
れるようにしている。

上述のように収容手段を構成して貯蔵スペース
内に取着することによつて、該収容手段の隅部領
域に沿つて、良好な熱伝達を可能にする緊密な接
触状態を収容手段と貯蔵スペースを画成する金属
板との間に保持しながら、諸部分の膨張差を吸収
することができる。

セルの壁の少なくとも幾つかは、ラツパー部分
によつて支持された炭化ホウ素その他の“中性子
毒物”からなるシートを有しており、該ラツパー
部分には、中性子毒物が存在することを目視で確
認しうるように、また、使用済み燃料をキヤスク
内に装荷する時にほう酸水の排水が容易なように
開口を設けることができる。貯蔵スペースが減容
化された形態の燃料を貯蔵するのに使用されるの
なら、燃料集合体を受け容れるセルの代わりに、
燃料棒を収容する減容容器を貯蔵スペース内に置
くことができる。

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

第１図は原子炉に核燃料を供給するための代表
的な燃料集合体２０を示している。この燃料集合
体２０は下部ノズル２２及び上部ノズル２４を有
しており、両ノズル間に細長い燃料棒２６が設け
られている。各燃料棒２６は、商業的に入手しう
る「ジルカロイ−４」のようなジルカロイ合金か
ら造られた円筒形ハウジングを有しており、Ｕ−
235が濃縮された核分裂性燃料のペレツトが装填
されている。燃料棒２６のアツセンブリ内には、
下部ノズル２２及び上部ノズル２４間において管
状の案内体（図示せず）が配設されており、可動
に装着された制御棒（図示せず）、計装器具（図
示せず）を収容している。これ等の管状案内体の
両端は下部ノズル２２及び上部ノズル２４に取着
されていて、下部ノズル２２及び上部ノズル２４
に固着されるのではない燃料棒２６の支持骨組体
を形成している。格子部材２８はセルを有し、該
セルを通つて燃料棒２６及び管状案内体が延長し
一緒に束ねられている。加圧水型原子炉用に商業
的に入手しうる燃料集合体は、特定の設計に応じ
て179〜264本の燃料棒を含んでいる。代表的な燃
料集合体は長さが約4.1m、幅が約19.7cm、重量が
約585Kgであるが、これ等の諸元は燃料集合体の
設計毎に変わるものであることを理解されたい。

加圧水型原子炉中における約３年の供用寿命
後、燃料集合体２０のＵ−235濃縮度は劣化して
いる。更に、種々の半減期を有する多種の核分裂
生成物が燃料棒２６中に存在する。これ等の核分
裂生成物は、燃料集合体２０を原子炉から取り出
した時に強い放射線と熱とを出すので、短期間の
貯蔵のため、水に溶解したホウ素塩（以下、ほう
酸水という）を含むプールに移される。このプー
ルは第２図において符号３０で表されている。

プール３０は代表的には深さが12.2mである。
プール３０の底部で位置決めされた多数の使用済
み燃料ラツク３２は、燃料集合体２０を垂直に収
容する貯蔵スペース３４を備えている。

燃料集合体２０がプール３０内に貯蔵されてい
る期間中、燃料棒２６内の使用済み燃料の組成が
変化する。短い半減期を有する同位元素が崩壊
し、その結果、相対的に長い半減期を有する核分
裂生成物の割合が増加する。従つて、燃料集合体
２０によつて発生される放射線及び熱のレベルが
ある期間の間に比較的急速に低減し、最終的に
は、熱及び放射線が非常にゆつくり減じる状態に
達する。しかし、この低減レベルであつても、そ
の後、燃料棒２６は信頼性ある態様で不定期間環
境から隔離されていなければならない。

乾式貯蔵キヤスクは使用済み燃料の長期間貯蔵
の一つの形式である。各燃料集合体２０から発生
される熱が、多分プール３０内において10年貯蔵
した後、１燃料集合体当たり0.5〜1.0キロワツト
というような所定量に低下したら、開放している
キヤスクを受台３６まで降ろす。遠隔制御によつ
て使用済み燃料をキヤスクまで搬送し、その後キ
ヤスクを封止し、ほう酸水を排水する。しかる
後、キヤスクをプール３０から取り出して、長期
間貯蔵のため地上の貯蔵区域に運ぶ。

第９図を参照すると、本発明のキヤスク３８は
内部に格子状のバスケツト組立体４２を配設せし
めたほぼ円筒形の容器４０から構成されている。
格子状のバスケツト組立体４２は、垂直に配置さ
れた整理棚のマトリツクスに似た形状に作られ
た、貯蔵スペース４４の配列を有しており、各貯
蔵スペース４４がセル収容手段４６を収容してい
る。燃料集合体２０は貯蔵のためセル４６内に置
かれる。

続いて第９図を参照して、容器４０は、蓋５０
を受け入れるような形状に作られた頂部を有する
本体部４８を含んでいる。本体部４８内に設けら
れた空所５１は、長期間貯蔵の間実質的に水平で
ある底部５５から立ち上がる実質的に円筒形の側
壁５３を有する。本体部４８及び蓋５０は炭素鋼
部分５２を有し、そこにステンレス鋼からなる被
覆層５４が取着されている。炭素鋼部分５２は厚
さが約25cmであり、周囲の環境をガンマ線から守
るように機能する。被覆層５４は本体部４８に例
えば次のようにして取着することができる。即
ち、本体部４８をターンテーブル上に置き、ター
ンテーブルを回転させながら、ステンレス鋼溶接
棒を使用して内部の回りに連続的なスパイラル路
を溶接することにより、本体部４８の底部５５及
び側壁５３を完全に覆うステンレス鋼表面を形成
する。炭素鋼部分５２、本体部４８及び蓋５０の
外側には、樹脂でよい7.0cmの厚さの中性子吸収
物質からなる層５６が設けられている。この中性
子吸収物質５６として使用するのに適当な樹脂は
原料番号N.S.−３としてアメリカ合衆国のビス
コ・プロダクツ社（Bisco Products Inc.）から
商業的に入手できる。中性子吸収物質５６を囲ん
でいるのは、周囲の環境からキヤスク３８を保護
するためのステンレス鋼外層５８である。また、
キヤスク３８は、周囲の環境による化学作用から
保護するように処理されているのが好ましい炭素
鋼からなる冷却フイン６０を有する。冷却フイン
６０は炭素鋼部分５２に溶接されており、中性子
吸収物質５６及び外層５８を貫いて延びている。
この実施例においては、キヤスク３８は高さが約
4.8mであり、冷却フイン６０を除く外径が約
2.5mである。使用済み燃料が装填されている時
には、キヤスク３８は10万Kg以上の重量を有す
る。図示していないが、取り扱いを容易にするた
めに本体部４８の頂部及び底部に一対のトラニオ
ンを取着しておくことが有利である。

第３図において、格子状のバスケツト組立体４
２は大きな金属性の主板６２，６４，６６，６
８，７０，７２，７４，７６，７８及び８０（貯
蔵スペースの壁体）を有する。これ等の板は、高
さが約3.7m、厚さが約2.0cmのアルミニウム板か
ら製作しうる。第４図を参照すると、例えば板６
６の底部には下向きに配向された５つのスロツト
８２が設けられていて、該スロツト８２が板６６
の底部を６つの部分に分割しており、これ等の部
分の各々が１つの貯蔵スペース４４の４つの側壁
８３（第３図）の一つの一部分を形成する。同じ
ような仕方で、例えば板７６の上方部分は上方に
延びる５つのスロツト８４を有する。板６６にあ
るスロツト８２も、板７６にあるスロツト８４も
約26.3cm離れており、明らかなように、このよう
な寸法にすると中心間が約26.3cm離れた貯蔵スペ
ース４４が作られる。組み立ての間、板６２，６
４，６６，６８及び７０を板７２，７４，７６，
７８及び８０に対して90°の角度に保持し、次い
でスロツト８２をスロツト８４中に挿入して、板
の全長に亙つて延びる交差部が造られる。これ等
の板は交差部の両側に沿つて全長すみ肉溶接によ
つて接合されるので、各交差部に沿つて延びる２
本の溶接部が存在する。これは第５図に最も良く
示されており、第５図においては、例えば溶接部
８６が板６８及び７８によつて形成された交差部
に沿つて対向して設けられている。

第３図に戻つて、小さな副板８８は主板６６の
一端に溶接され、副板９０は他端に溶接されてい
る。同様に、副板９２は主板７６の一端に溶接さ
れ、副板９４は他端に溶接されている。副板９６
は主板６２及び７２の交差部で溶接され、副板９
８は主板６２及び８０の交差部で溶接され、副板
１００は主板８０及び７０の交差部で溶接され、
副板１０２は主板７０及び７２の交差部で溶接さ
れ、副板１０３は主板６４，６８，７４及び７８
に溶接されている。

次に第５図及び第６図を参照してセル４６につ
いて説明する。セルのパネルを支持するため、タ
ブ１０４が交差部の近くで板に溶接されている。
厚さが約．25cmのステンレス鋼からなるパネル部
分１０６は湾曲していて、タブ１０４間を滑動可
能に延びるセル壁１０７及びフランジ１０８を造
つている。貯蔵中、燃料集合体２０間の間隔を維
持するために、セル壁１０７は燃料集合体２０の
側辺に接触して同燃料集合体２０を貯蔵スペース
４４内の所定位置に位置決めさせている。好適な
実施例においては、燃料集合体２０は貯蔵スペー
ス４４内の中央に位置決めされており、また、便
宜上、燃料集合体はセル壁１０７によつて貯蔵ス
ペース４４内の中央に位置されていると言うが、
これは他の一様な位置決めパターンを排除するも
のではない。燃料集合体を中央に位置させるため
にセル壁１０７が貯蔵スペース４４中に突入する
距離は、セル４６に囲まれる特定の燃料集合体の
寸法によつて決定される。厚さが約．076cmのス
テンレス鋼ラツパー部分１１０は炭化ホウ素のよ
うな中性子毒物のシート１１２を支持するための
パネル部分１０６に溶接されている。幅が約19
cm、厚さが約．19cmのシート１１２は、燃料集合
体をキヤスク３８に装荷している間キヤスク３８
がプール３０内にある時に、燃料集合体２０から
放出される中性子を減速するために存在する。こ
のシート１１２は、連鎖反応の可能性を減少させ
るべく臨界係数Keffを１以下に維持するように
助成している。即ちシート１１２及び間隔は、原
子炉内に在る時には連鎖反応を促進するように勿
論設計されている燃料集合体２０間の核的相互作
用を制限する。装荷過程中にキヤスク３８からほ
う酸水を排水した後にシート１１２がその目的を
遂行したことに気付くのは価値がある。何故な
ら、その後は連鎖反応の可能性が減少するからで
ある。諸ステンレス鋼部材の厚さ及び中性子毒物
質に関する上述した詳細はここに開示した他のセ
ル実施例の特徴であり、繰り返す必要はない。

所望ならば、ラツパー部分１１０に開口１１４
を設けて、シート１１２が存在することを目視で
確認したり、キヤスク３８を排水する時にほう酸
水が出易いようにすることができる。排水中、キ
ヤスク３８内の温度はほう酸水の沸騰温度まで上
昇するので、長い乾燥時間は必要ない。

続いて第６図を参照して、パネル部分１０６は
延長部１１６を有する。該延長部１１６は、パネ
ル部分１０６を据え付けた時に格子状のバスケツ
ト組立体４２を越えて延長し、湾曲してフランジ
１１８を造る。

第７図を参照して、ブレース部材１２０は格子
状バスケツト組立体４２を越えて延長するセル４
６の部分を支持するために延長部１１６に溶接さ
れている。第７図から諒解されるように、フラン
ジ１１８はキヤスク３８を装荷する時に燃料集合
体２０をセル４６内に案内するため漏斗状に造ら
れている。

第８図は格子状のバスケツト組立体４２内に据
え付けられたセル４６を示す。セル４６はバスケ
ツト組立体４２の下方部分１２２においてのみ該
バスケツト組立体４２に機械的に取着されている
ので、バスケツト組立体４２及びセル４６の上方
部分は、セル４６及びバスケツト組立体４２間の
熱膨張係数の差を吸収するために、互いに関して
動きうる。バスケツト組立体４２及びセル４６間
の膨張差は、キヤスク３８の使用中における温度
範囲内において２cmもしくはそれ以上の量に達す
る。第８図から分かるように、中性子毒物質のシ
ート１１２及びラツパー部分１１０のないパネル
部分１０６は、板７４，７８及び６２間の２つの
セル４６の各々の１つの壁を造る。この理由はセ
ルの壁がバスケツト組立体４２の周囲にあるから
であり、その結果、臨界質量を避けるために、こ
れ等のセルで発生し容器４０へ直接に飛走する中
性子を減速する必要がない。同様の仕方で、板６
４，６８及び７２によつて境界されたセル４６の
外壁と、板７４，７８及び７０によつて境界され
たセル４６の外壁と、板６４，６８及び８０によ
つて境界されたセル４６の外壁とをラツパー部分
１１０及び中性子毒物質のシート１１２のないパ
ネル部分１０６によつて造ることができる。

第１０図はキヤスク３８内に装着される格子状
のバスケツト組立体４２を示しており、該バスケ
ツト組立体４２内には、燃料集合体２０を受け入
れる貯蔵スペース４４を与えるためにセル４６が
据え付けられている。本発明に従つて、キヤスク
３８及びバスケツト組立体４２は別個に製作され
ている。（ラツパー部分１１０又はシート１１２
なしにパネル部分１０６のみによつて形成され
る、バスケツト組立体４２の周囲にある８つのセ
ル壁を除いて）セル４６は格子状のバスケツト組
立体４２内に据え付けられており、そしてバスケ
ツト組立体４２がキヤスク３８内に挿入される前
に、後述するステンレス鋼のチヤンネル部分が板
６４，６６，６８，７４，７６，７８及び９６，
９８，１００及び１０２の突出端に取着される。
チヤンネル部分を受け入れるステンレス鋼被覆層
５４の部分は平滑な表面を与えるように機械仕上
げし、その後、チヤンネル部分が取り付けられて
いるが永久的には接合されていないバスケツト組
立体４２がキヤスク３８に挿入される。次いで全
長すみ肉溶接（溶接口ボツトによつて付けるのが
好ましい）を使用してチヤンネル部分をキヤスク
３８に永久的に取着し、その後からパネル部分１
０６のみによつて形成された８つの周辺セル壁を
据え付ける。チヤンネル部分を溶接するためのス
ペースがあるように、これ等の８つのセル壁の据
え付けはこのような仕方で遅らされている。バス
ケツト組立体４２を据え付ける前というより、む
しろ後にチヤンネル部分を溶接することは、関連
した精密公差のため、部分的に据え付けている間
にバスケツト組立体４２が上に浮いてしまう可能
性を排除する。

第１１図、第１２図及び第１３図を参照して、
チヤンネル部分によるキヤスク３８へのバスケツ
ト組立体４２の結合について詳細に説明する。こ
れ等の図面は３個のかかる結合のみを示している
が、実際には合計16個の結合が存在しており、こ
れ等の結合の各々が第１１図〜第１３図の一つに
従つて行なわれる。

第１１図において、細長いチヤンネル部分（伝
達手段）１２４は全長すみ肉溶接部１２６を介し
てキヤスク３８の側壁５３に取着されている。チ
ヤンネル部分１２４は、板６６の厚さよりも若干
幅が広いほぼＵ形のチヤンネル１２８を有してい
て、狭い隙間１３０を与えており、該隙間１３０
は各側で等しければ多分．025〜．05cmの幅であ
る。しかし、隙間１３０は対称である必要はな
く、板６６がチヤンネル１２８の一方の側に接触
していても、何等悪い結果は生じない。キヤスク
３８を封止する前に、熱を狭い隙間を通して伝達
するヘリウムのような不活性ガスでフラツデイン
グすることが好ましい。しかし、窒素のようなそ
の他の不活性ガスを使用することができ、また、
キヤスクの特性は空気でも利用可能である。ま
た、チヤンネル１２８の端にはスペース１３２が
あり、これによりチヤンネル部分１２４が種々の
温度でのキヤスク３８及びバスケツト組立体４２
の膨張差による板６６の寸法変化を吸収できるよ
うにしている。

第１２図は、板６４の縁を収容するためキヤス
ク３８の内壁５３に溶接された細長いチヤンネル
部分１３４を示しており、第１３図は、板９６を
吸収するためキヤスク３８の内壁５３に溶接され
た細長いチヤンネル部分１３６を示している。第
１１図の場合のように、板とチヤンネル部分との
間には狭い隙間１３０があつて、これ等の隙間が
特にヘリウム雰囲気中における熱伝達に対して殆
ど障害にならず、また、諸要素間の膨張差を吸収
するスペース１３２がある。

使用済み燃料をキヤスク内に貯蔵の準備をして
いるときのほう酸水の除去を容易にするために
は、キヤスク３８の底部又は床部５５より上方に
バスケツト組立体４２を持ち上げることが望まし
い。この持ち上げを行うために、第１４図は、板
６６を持ち上げるべくチヤンネル部分１２４の下
方部分１３８がソリツドであるとして図示してい
る。勿論、その他のチヤンネル部分の下方部分も
同様な形状に造られている。或は、格子状のバス
ケツト組立体４２の板は排水用の切欠きを備えて
いてよい。第１５図は、排水用の切欠き１４３を
備える板１４０及び１４２を図示しており、この
板はそれぞれ第４図の板６６及び７６に相当す
る。

第１６図及び第１７図はセルの参考例を示して
いる。前述の実施例と違つて、第１６図及び第１
７図の参考例はタブ１０４を必要としない。これ
は、貯蔵スペース４４における利用可能な空間が
効果的に増大され、燃料集合体２０の貯蔵に使用
される同じバスケツト組立体４２を使用して燃料
を減容化した状態で貯蔵できるので、有利であ
る。減容貯蔵のためキヤスク３８を使用すること
については以下に説明する。

第１６図及び第１７図を参照して、セル１４４
は、隅角部１５０によつて結合された壁部１４８
を有する中空のステンレス鋼シエル部材１４６を
含んでいる。他のセル実施例のように、セル１４
４内に貯蔵すべき特定の燃料集合体に応じて、壁
部１４８により画成される横断面積が決まる。隅
角部１５０はバスケツト組立体４２のその板の交
差部近くで接触する。中性子毒物のシート１５４
を支持するため、４枚のステンレス製ラツパー部
分１５２が隅角部１５０間のシエル部材１４６に
溶接されている。所望ならば、ほう酸水の排水を
容易にするように、及びシート１５４が存在する
ことを確証するように、ラツパー部分１５２は開
口を有していてよい。第１６図及び第１７図の参
考例においては、バスケツト組立体４２より上方
に延びるセル１４４の部分を支持するためにブレ
ース部材１２０は必要ないが、その理由は、この
領域における支持が隅角部１５０によつて与えら
れるからである。しかし、壁部１４８の上端は外
側に湾曲してフランジ１５６を形成しており、該
フランジが燃料集合体２０をセル内に案内するた
めの漏斗状通路として機能している。前述の実施
例の場合のように、セル１４４は底端１２２でバ
スケツト組立体４２に取着され、種々の温度での
バスケツト組立体４２に関するセル１４４の膨張
差を許容することができる。

しかし、セル１４４をバスケツト組立体４２に
取着する代わりに、セル底部を床部５５上に直接
置くことによつても膨張差を許容することができ
る（この場合、第１５図の切欠き１４３に類似す
る排水用切欠きを設けるべきである）。この代替
例には勿論利点があり、それは、バスケツト組立
体４２が容器４０内に据え付けられる前にバスケ
ツト組立体４２内にセル１４４を入れなくてよい
ので、製造の際にキヤスク３８を特定の寸法を有
する燃料集合体２０の貯蔵専用にする必要がない
ことである。特定の燃料集合体２０に適する内部
寸法を有するセル１４４はキヤスク３８を製作し
た後に据え付けることができ、或は、燃料を後述
するように減容化した状態で貯蔵すべきなら全く
省略することができる。従つて、キヤスク３８は
特定の貯蔵用途のために製作する必要はなく、こ
れは明らかにキヤスクの融通性に貢献する因子で
ある。

便宜上、燃料を統合状態で受けるようにキヤス
ク３８を製作できるように、キヤスク３８を製作
した後にキヤスク内に容易に据え付けることがで
きるセル、或は燃料集合体２０の貯蔵後にキヤス
ク３８から容易に取り出せるセルは、“取り出し
自在”のセルと見なすことにする。セル１４４は
貯蔵スペース４４の中へ或は外へ容易に滑動させ
ることができるので、製造の際にバスケツト組立
体４２に永久的に据え付けられていなければ、該
セル１４４は取り出し自在のセルである。

次に第１８図及び第１９図を参照して、別の取
り出し自在のセルの実施例について説明する。こ
の実施例では、貯蔵スペース４４内においてセル
を中心に位置決めするために、セル壁面上にスペ
ーサ部材を有している。これ等の図において、セ
ル１５８は４つの側壁を有するステンレス鋼製胴
部１６０を含んでおり、この胴部１６０の上端に
は燃料集合体２０をセル内に案内するフランジ１
６１が設けられている。胴部１６０にはステンレ
ス鋼製ラツパー部分１６２が溶接されていて、胴
部１６０とラツパー部分１６２との間に中性子毒
物のシート１６６を支持するようになつている。
この実施例のスペーサ部材は、胴部１６６の上端
近くにあるデインプル部分１６８と、ラツパー部
分１６２に沿つて種々の高さに配置されたデイン
プル部分１７０とから形成されている。セル１５
８の底端は前述した態様でバスケツト組立体４２
の下端１２２にボルト締め或は溶接により取着す
ることができ、或は第２２図及び第２３図に示す
ように支持部材上に単に載置してもよい。

第２２図及び第２３図において、ステンレス鋼
支持部材１７２は、バスケツト組立体４２の板の
底部を収容するため、交差する通路１７３を備え
ている。第２２図において、板６６及び７６はそ
れ等の交差部で支持されており、また、板の他の
交差部も支持を与えられていることは明らかであ
る。支持部材１７２はキヤスク３８の床部５５で
はなくバスケツト組立体３８に溶接されており、
これにより、バスケツト組立体３８に関するキヤ
スク３８の膨張差を許容するにも拘わらず、使用
済み燃料を装荷している時のキヤスク３８からの
ほう酸水の排水を容易にするためにキヤスク３８
の床部の上方にバスケツト組立体４２を支持す
る。支持部材１７２はフランジ１７４を備え、該
フランジ１７４に、貯蔵スペース４４に挿入され
た後のセル１５８の下端が載つており、また、支
持部材１７２は傾斜壁１７５を備えていて、該傾
斜壁１７５が、セルを挿入する時に該セルを中心
に位置決めすると共に下端をフランジ１７４に向
かつて案内する。このようにして、デインプル部
分１６８、デインプル部分１７０及びフランジ１
７４がボルト締めや、溶接や、クランプ止めをす
ることなくセル１５８をバスケツト組立体４２内
に適切に位置決めする。

第２０図の実施例は、デインプル部分１６８が
胴部１７８に溶接されたスペーサ部材１７６に代
わつている点を除いて、第１８図及び第１９図の
実施例に類似している。第２０図には図示してい
ないが、スペーサ部材もステンレス鋼製ラツパー
部分１７９に溶接されている。勿論、スペーサ部
材１７６の厚さは、セルの横方向の支持を与えな
がらバスケツト組立体４２内へのセルの組み込み
を容易にするように、ラツパー部分１７８に溶接
された諸部材より厚くなつている。

第１８図〜第２０図の実施例とは異なつて、第
２１図に示した取り出し自在のセルの実施例は支
持部材１７２又は床部５５の上には載らない。代
わりに、フツク部１８２を有するステンレス鋼製
スペーサ部材１８０がステンレス鋼胴部１８４に
溶接されている。スペーサ部材１８０は、第２０
図の実施例におけるスペーサ部材１７６の態様
で、セルを貯蔵スペースの壁８３から離して中心
に位置決めするだけでなく、セルをその頂部近く
で支持するので、セルは底部から支持されるとい
うよりもむしろ頂部から吊り下げられる。前述の
実施例と同様に、この実施例がバスケツト組立体
４２に関するセルの膨張差を吸収することは明ら
かである。第２１図には図示していないが、ステ
ンレス鋼製のラツパー部分１８６には複数のスペ
ーサ部材が溶接されており、該スペーサ部材が炭
化ホウ素のような中性子毒物のシート１８８を支
持する。

キヤスク３８に完全に燃料集合体２０が装荷さ
れた時、前述したセルの実施例は、中性子毒物を
支持することによつて、及び燃料集合体２０が適
切に隔置されるのを確保するためにバスケツト組
立体４２により与えられた貯蔵スペース４４中に
燃料集合体２０を入れることによつて、ほう酸水
が排水される前の自己持続反応を防止する。これ
等のフアクターは異常な状態の下でも臨界を防止
するのに十分である。第２４図は、約10年間ほう
酸水のプール３０に貯蔵した後の燃料集合体２０
を全部装荷されたキヤスク３８内の、異常状態を
仮定した臨界係数、即ち中性子増倍率Keffのグ
ラフであり、各燃料集合体２０は15×15本の燃料
棒２６の配列を有する。第２４図において、横軸
は真水の密度Dgr／cm³、即ちキヤスク３８内の液
相の水及び気相の水の質量をキヤスクに収容する
ことができる液体の総量で割つた値を示してい
る。明らかなように、密度Ｄ＝1.0gr／cm³はキヤ
スクが完全に溢水されていることを示しており、
この状態においては、中性子増倍率Keffはここ
に開示したセル（実線）と中性子毒物のないセル
（点線）との双方について最も大きい。実線は水
の密度が最大の際でもKeff＝0.95より下方にある
ことが分かる。また、実線で示されているよう
に、中性子毒物を全てのセルから取り除いたとし
ても、キヤスク３８が半分以上真水で満たされて
いる限り、Keffは1.0以下に維持される。特に、
中性子毒物の存在を目視で確認できるようにする
開口がラツパー部分にあれば、この可能性は極端
に少なくなり、キヤスク３８の特性を評価するた
めの信ずるにたる条件を与えない。また、セルの
全てに中性子毒物のシートがなく、キヤスクが真
水ではなくほう酸水で溢水されているとすれば、
最大のKeffは約0.83であろう。従つて、Keffは一
つの異常状態（キヤスクが真水で溢水されてい
る）或は別の異常状態（全ての中性子毒物のシー
トがない）の下では0.95以下であり、また、双方
の異常状態がどういう理由にしろ同時に起こる単
なる理論的確立が臨界という結果になる。勿論、
キヤスク３８内に入るのはほう酸水だけであり、
また、目視検査の機会があるのでセルが中性子毒
物のシートを適切に備えることを確実にする。中
性子毒物のシートがあれば、キヤスク３８がほう
酸水で溢水されているとき、Keffは約0.74に達す
る。

燃料集合体が貯蔵されているときのKeffの値
が、どちらかと言えば同一の条件下で減容化した
形態で燃料が貯蔵されているときの値より大きい
ことは、当該技術分野において一般に認められて
いる。この理由は、水が中性子を低速にし、即ち
熱化して、核分裂反応の確率を増大させること
と、きつちり詰まつた燃料がさもなければ水の入
るスペースを実効的に排除することにある。従つ
て、貯蔵スペース４４の幾分か或は全てが減容化
した貯蔵のために使用されれば、キヤスク３８内
のKeffは．95以下に留どまつている。

当該技術分野で既知のように、減容化した貯蔵
においては、燃料棒２６は燃料集合体２０から取
り出され、１体の燃料集合体中の数よりも多い多
数の燃料棒を保持する減容容器に入れられる。そ
の後、下部ノズル２２及び上部ノズル２４は、格
子部材２８のような燃料集合体２０の他の非燃料
部分と共に、低レベル貯蔵設備に別個に貯蔵でき
る。

第２５図は使用済み燃料で満たされたステンレ
ス鋼製の減容容器を示す。この容器１９０は、基
部１９２と、上端にカラー１９６を有する中空の
本体部１９４と、容器１９０を閉止するためカラ
ー１９６にねじ２００により止着された蓋体１９
８とから構成されている。ロツド２０４を支持す
るため棒２０２が蓋体１９８に溶接されている。
このロツド２０４は、容器１９０に使用済み燃料
を装荷した後、該容器１９０をキヤスク３８中に
巻上機で降ろすためのフツク（図示しない）を受
けるために存在している。

続いて第２５図を参照して、本体部１９４の外
側には、キヤスク３８内における容器１９０の横
方向の支持を与えるために、容器１９０をキヤス
ク３８内に据え付けたときに貯蔵スペース４４の
壁に接触する突出部２０６を備えている。また、
本体部１９４はほう酸水の通過を許容する開口２
０８を備えている。第２５図において、燃料棒２
０６は開口２０８から見ることができる。

第２７図は、２体の燃料集合体２０から取り出
した使用済み燃料棒２６を装荷した後の本体部１
９４の上端を示している。分割装置２１０は、本
体部１９４の一部として設けられていて、本体部
１９４の一側に溶接されたフランジ２１４を有す
るステンレス鋼板２１２と、本体部１９４の他側
に溶接されたフランジ２１８を有する別の板２１
６とから構成されている。フランジ２１４とは反
対の板２１２の側には、板２１６に溶接されるフ
ランジ２２２で終端する脚部２２０がある。同様
に、板２１６の脚部２２４は板２１２に溶接され
るフランジ２２６を有する。

続いて第２７図を参照して、１体の燃料集合体
２０からの燃料棒２６は分割装置２１０の一方の
側に挿入され、別の燃料集合体からの燃料棒２６
は他方の側に挿入される。しかし、燃料集合体の
設計が異なると燃料棒の数も異なるので、分割装
置２１０は、特定燃料集合体２０の燃料棒２６を
貯蔵する容器１９０がこの特定の燃料集合体２０
の設計に従つて製作されているときに、該容器１
９０が標準化されるのを許容する。即ち、明らか
なように、容器１９０が受け入れるべき燃料棒２
６に具合良く適合するように、容器１９０の製作
中に、板２１２、脚部２２０、板２１６及び脚部
２２４によつて画定されるスペースを調節でき
る。

更に第２７図を参照して、本体部１９４のカラ
ー１９６を貫通するねじ孔２２８は、蓋体１９８
（第２５図）を止着したときにねじ２００（第２
５図）を受け入れるために設けられている。

次に第２６図において、基部１９２はステンレ
ス鋼からなる脚板２３０を含んでいる。脚板２３
０の側辺は、本体部１９４からのほう酸水の排水
を容易にするため、本体部１９２を貫通する通路
（図示しない）と連通する中空にされた領域２３
４を有している。また、脚板２３０はその底部に
面取りした領域２３４を有する。支持部材１７２
（第２２図及び第２３図参照）によつて支持され
るバスケツト組立体４２を有するキヤスク３８と
共に容器１９０を使用する場合、脚板２３０の面
取り領域２３４が支持部材１７２のフランジ１７
４と重なり合い、脚板２３０の縁２３６が支持部
材１７２の側壁２３８に組み合う状態で、脚板２
３０がキヤスク３８の床部５５上に固定的に載る
のを許容している。

続いて第２５図を参照して、ステンレス鋼製の
支持体２４０が脚板２３０に溶接されている。支
持体２４０は中空であり、また、容器１９０が使
用済み燃料を装荷した後で事故により軸方向に沿
つて落下した場合に曲がる壁を有している。この
湾曲は、事故中にさもなければ容器１９０を裂開
させるかもしれないエネルギを吸収する。支持体
２４０に溶接されたステンレス鋼の台座２４２
は、外方に延びて本体部１９２の下端に当接する
リム２２４を造つている。台座２４２のプラツト
フオーム部分２４６は若干本体部１９２の内方に
延びて燃料棒２６の下端を支持する。プラツトフ
オーム部分２４６は特定の燃料集合体構造の燃料
棒２６に対して容器１９０を標準化する別の手段
を与える。即ち、プラツトフオーム部分２４６
は、比較的に長い燃料棒２６ではなく比較的に短
い燃料棒２６を貯蔵すべきなら、更に本体部１９
２内に入れ子式に入るように製作されている。従
つて、当業者にとつて明らかなように、分割装置
２１０及び台座２４２は、容器１９０が、製作中
に、特定の燃料集合体２０の燃料棒に対して適応
するように変えられることを可能にする。このよ
うに、製作中、キヤスク３８はどちらの貯蔵モー
ド（燃料集合体そのままの貯蔵又は減容化した燃
料の貯蔵）にも専用とされる必要はなく、或はど
んな特定の源からの使用済み燃料（即ち、どんな
特定の燃料集合体構造からのそのままの又は減容
化した使用済み燃料）にも専用とされる必要はな
い。全ての必要なことは、装荷作業中に、適切な
形状に作られたセル及び／又は減容容器が存在す
ることである。セル及び容器についてのコスト及
び製造上のリードタイムは貯蔵キヤスクについて
よりも明らかに小さいので、キヤスク３８の融通
性は相当な実用上の意味を有するものと考えられ
る。

キヤスク３８は減容化した燃料と燃料集合体そ
のままとの双方を同時に貯蔵することができる。
また、貯蔵を開始した後に貯蔵モードを変えるこ
とができる。例えば、キヤスク３８が最初に24体
の燃料集合体２０を貯蔵しているなら、それをプ
ール３０に戻して開くことができ、燃料棒２６を
燃料集合体２０から取り出して減容容器１９０に
入れることができ、その後キヤスク３８に最初に
貯蔵されていたよりももつと多い使用済み燃料を
再装荷することができる。

第２８図及び第２９図は使用済み燃料を周囲の
環境から隔離するキヤスク３８の有効性を表して
いる。これ等の図において、キヤスク３８の24の
全ての貯蔵スペース４４には減容化した燃料が装
荷されており、各容器１９０は、約10年間ほう酸
水中に貯蔵した後の450本の燃料棒２６を収納し
ている。第２８図は、隣接するフイン６０間のキ
ヤスク３８の側壁の外表面に沿う線量率をレント
ゲン毎時の単位で表している。第２８図に見るこ
とができるように、線量率Ｄはキヤスクの底部上
方の高さＨ（cm）に応じて変わる。約100〜350cm
の高さの間では、最大中性子線量率（実線）は20
ミリレム毎時以下であり、最大一次ガンマ線量率
（即ち、キヤスク３８の内部からのキヤスク壁を
透過したガンマ線）は30ミリレム毎時以下であり
（点線）、最大二次ガンマ線量率（中性子を吸収し
た時に中性子吸収物質５６により発生されるガン
マ線）は３ミリレム毎時以下である（鎖線）。従
つて、キヤスク３８の側面での総最大線量率は60
ミリレム毎時以下であり、この線量率は側面から
の距離が変わるにつれて急速に低下する。第２９
図は、キヤスク３８の底部の外面での線量率Ｄを
ミリレントゲン毎時で表している。底部は、例え
ば離れた貯蔵場所へのキヤスク３８の輸送中に、
露出されていたかも知れない。第２９図におい
て、“Ｒ”はキヤスク３８の軸心から側壁までの
下面に沿つた距離（cm）であり、この線量率Ｄは
側壁に接近するに連れて急速に低下することが分
かる。底面においては、最大中性子線量率（実
線）は15ミリレム毎時以下であり、最大一次ガン
マ線量率（点線）は10ミリレム毎時以下であり、
そして最大二次ガンマ線量率（鎖線）は２ミリレ
ム毎時以下である。

上述した説明から明らかなように、本発明が提
供する融通性があり且つ機械的に頑丈な使用済み
燃料貯蔵キヤスクは、キヤスク内への燃料の装荷
中及び長期間の貯蔵中に生ずる温度変化にも拘わ
らず、その中に貯蔵された使用済み核燃料により
生ずる放射線から周囲の環境を遮蔽する信頼性が
ある。セル内に貯蔵された燃料集合体及び／又は
減容容器内に貯蔵された燃料棒からの熱は、バス
ケツト組立体によつて、Ｕ形のチヤンネルと板の
端との間に狭い隙間を介して、キヤスク内壁に取
着されたチヤンネル部分に伝達される。また、チ
ヤンネル部分は、温度が変化するときのキヤスク
に関するバスケツト組立体の半径方向移動を吸収
するために、チヤンネルの底部と板の端との間に
スペースを与えている。多数のセルの実施例は、
燃料集合体をキヤスクに装荷したときに持続反応
が起こり得ないことを保証し、また、開示された
幾つかのセル実施例は、減容化した燃料の貯蔵の
ためキヤスク及びバスケツト組立体の迅速な改造
を可能にする。

【図面の簡単な説明】

第１図は代表的な燃料集合体の斜視図、第２図
は使用済み燃料集合体を短期貯蔵するためのプー
ルの平面図、第３図は格子状のバスケツト組立体
の平面図、第４図はバスケツト組立体の２枚の板
をどのようにして一緒に適合させるのかを説明す
る分解斜視図、第５図は、バスケツト組立体によ
つて形成された貯蔵スペースと使用済み燃料集合
体と共に使用するセルの一実施例とを示すため、
第３図の紙面に平行に切断した断面図、第６図は
第５図のセルの壁の一つを示す正面図、第７図は
第５図のセル実施例の頂部斜視図、第８図は、第
５図の実施例のセルを据え付けたバスケツト組立
体の正面図、第９図は、燃料集合体を収容するた
め内部にセルが据え付けられているキヤスクとバ
スケツト組立体とを示す断面図、第１０図は、第
５図の実施例のセルが入つているバスケツト組立
体を有する貯蔵キヤスクを示すため、第９図の紙
面に対して90°の角度の面に沿つて切断した断面
図、第１１図は、バスケツト組立体の板の縁と協
働する第１０図に示したチヤンネル部分の一つを
示す詳細図、第１２図は、バスケツト組立体の板
の縁と協働する第１０図に示したチヤンネル部分
の別の一つを示す詳細図、第１３図は、バスケツ
ト組立体の板の縁と協働する第１０図に示したチ
ヤンネル部分の別の一つの詳細図、第１４図は、
排水を容易にするようバスケツト組立体の板を持
ち上げるため、キヤスクの床部の上方で終端する
チヤンネルを有するチヤンネル部分の底部の斜視
図、第１５図は、排水を容易にするための排水用
切欠きを有するバスケツト組立体中の２枚の板を
示す斜視図、第１６図はバスケツト組立体の貯蔵
スペース及びセルの参考例を示すため、第３図の
紙面に平行な面で切断した断面図、第１７図は第
１６図のセルの頂部の斜視図、第１８図はセルの
別の実施例の頂部を示す斜視図、第１９図は第１
８図の19−19線における断面図、第２０図は第１
８図の実施例の変形例を示す断面図、第２１図
は、バスケツト組立体を構成する板からセルを懸
架するフツク部を含む、第１８図の実施例の更に
別の変形例の断面図、第２２図は、バスケツト組
立体をキヤスクの床部より上方に持ちあげるのに
使用可能であると共に、セルの底部を支持するか
或は減容容器の底部をキヤスク床部上に載せるよ
うにする支持部材の平面図、第２３図は第２２図
の支持部材の斜視図、第２４図は、本発明のキヤ
スクに完全に燃料集合体が装荷されており且つほ
う酸水というよりむしろ真水が充填されている時
の中性子増倍率の臨界係数Keffを示すもので、
実線は中性子毒物がセル壁内に在る時のKeffを
示し、点線は中性子毒物がセル壁内に無い場合の
Keffを示す、“ワーストケース”の線図、第２５
図は燃料集合体から取り出した使用済み燃料棒を
貯蔵するための減容容器の斜視図、第２６図は第
２５図の減容容器のエネルギ吸収基部の側面図、
第２７図は使用済み燃料棒が完全に装荷されてい
る時の第２５図の減容容器の本体部の平面図、第
２８図は、減容容器内に燃料が完全に装荷されて
いる時の本発明のキヤスクの外部側面における線
量率Ｄ（ミリレントゲン毎時）をキヤスクの高さ
Ｈ（cm）の関数として示すもので、実線は中性子
線量率、点線は一次ガンマ線量率、鎖線は二次ガ
ンマ線量率を示す線図、第２９図は、減容容器内
に燃料が完全に装荷されている時の本発明のキヤ
スクの外部底面における線量率Ｄ（ミリレントゲ
ン毎時）をキヤスクの半径Ｒ（キヤスクの軸心か
らの距離cm）の関数として示すもので、実線は中
性子線量率、点線は一次ガンマ線量率、鎖線は二
次ガンマ線量率を示す線図である。２０……燃料集合体、３８……キヤスク、４０
……容器、４２……バスケツト組立体、４４……
貯蔵スペース、４６……セル、４８……本体部、
５０……蓋、５１……空所、５３……側壁、５５
……底部、１９０……容器、１０４……タブ、１
０６……パネル部分、１０８……フランジ、１１
０……ラツパー部分、１１２……中性子毒物のシ
ート、１２４，１３４，１３６……チヤンネル部
分（伝達手段）、６２，６４，６６，６８，７０，
７２，７４，７６，７８，８０……金属板。

Claims

【特許請求の範囲】

１使用済み燃料を長期間貯蔵するために、内部
に空所を有すると共に、頂部と、床部を画定する
底部と、該頂部及び底部間に延在する側壁とを有
する容器、並びに前記空所内に配設される格子状
のバスケツト組立体から構成され、該バスケツト
組立体が、垂直状態に互いに一緒に接合されて細
長い平行な貯蔵スペースのマトリツクスを造る複
数の平らな金属板と、前記使用済み燃料を収容す
るため前記貯蔵スペース内に配設された収容手段
と、温度変化に応動して前記バスケツト組立体が
前記側壁に関して動くのを許容しながら、熱を前
記バスケツト組立体から前記側壁に伝達するため
の伝達手段とを含み、前記収容手段の各々が、フ
ランジで終端する側部を有する４枚の細長いパネ
ル部分と、該パネル部分にそのフランジ間で取着
されたラツパー部分と、前記パネル部分及び前記
ラツパー部分の間に設けられた中性子毒物のシー
トと、前記床部に関して実質的に直角をなして前
記貯蔵スペースの壁体に取着された複数の細長い
タブとを備え、前記フランジを前記貯蔵スペース
の前記壁体と前記タブとの間に受け入れるように
してなる、使用済み燃料の貯蔵キヤスク。