JPH05209990A - 使用済燃料の貯蔵方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明の目的は、貯蔵キャスク内部の汚染を
防止することにより、使用済燃料を貯蔵キャスク内に安
全に貯蔵できる使用済燃料の貯蔵方法を提供することを
目的としている。 【構成】 本発明に係る使用済燃料の貯蔵方法は、使用
済燃料集合体１を洗浄する洗浄工程３と、この洗浄した
使用済燃料集合体１を使用済燃料集合体本体５に分離す
る分離工程４と、この分離した使用済燃料集合体本体５
を貯蔵キャスク本体75に収納して貯蔵する貯蔵工程12と
から構成され、さらには使用済燃料集合体１を使用済燃
料集合体本体５に分離する分離工程13と、この分離した
使用済燃料集合体本体５を洗浄する洗浄工程14とから構
成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、原子力発電施設で使用
した使用済燃料集合体の貯蔵方法に係り、特に使用済燃
料集合体を貯蔵キャスクにより長期間安全に貯蔵するこ
とを可能とした使用済燃料の貯蔵方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】原子力発電施設の炉心で一定期間使用さ
れて使用済となった燃料集合体は、炉心より取出され使
用済燃料プ―ル等に一時保管される。この所定の期間冷
却した燃料集合体は、最終的には国内及び海外の再処理
施設に搬出され再処理される。一方、使用済燃料の発生
量については、再処理能力を超える量の使用済燃料が発
生することが見通されている。これらの再処理量を上回
る使用済燃料の発生量は、キャスク貯蔵方式等により適
切に対処する必要がある。

【０００３】図８は、従来の貯蔵キャスクを一部切欠い
て示す鳥瞰図である。貯蔵キャスク本体75は、使用済燃
料集合体本体５から発生するガンマ―線等を十分に遮蔽
できるように貯蔵キャスク本体75の厚さが考慮されてい
る。また使用済燃料集合体本体５の崩壊熱を効率良く除
去する目的のため貯蔵キャスク本体75の外側には冷却フ
ィン７６が取付けられている。貯蔵キャスク本体75の内
部には、一般公衆及び放射線業務従事者に被曝上の影響
を及ぼさないように中性子遮蔽材77が配置されている。
貯蔵キャスク本体75内には中性子吸収材より構成される
燃料バスケット78が配置されている。この燃料バスケッ
ト78内に使用済燃料集合体本体５は格子状に配置され、
いかなる場合においても使用済燃料集合体本体５の臨界
を防止できるように考慮されている。貯蔵キャスク本体
75蓋部は、一次蓋79と二次蓋80の二重構造となってお
り、貯蔵キャスク本体75内部に収納する放射能を確実に
閉じこめる構造となっている。このように構成された貯
蔵キャスク本体75の外側面には、吊降し等の取扱い時に
使用するトラニオン81が取付いている。

【０００４】貯蔵キャスクは、使用済燃料集合体本体５
を装荷するために使用済燃料プ―ルに設けられたキャス
クピットに運ばれる。貯蔵対象である使用済燃料集合体
はチャンネルボックスが外された状態で貯蔵キャスク本
体75内に収納される。この使用済燃料集合体本体５を所
定本数収納した貯蔵キャスクは、除染ピットに移され、
キャスク本体表面の汚染状態を確認した後、一次蓋79が
取付けられ貯蔵キャスク内部の水が排出される。この排
水終了後、貯蔵キャスク内部は真空乾燥され、ヘリウム
ガス等の不活性ガスが充填される。この一次蓋79の密封
性を確認した後に、二次蓋80が取付けられる。この二次
蓋80の密封性を確認した後に、貯蔵キャスクは、トレ―
ラ等の輸送車輌に積載され、貯蔵建屋に輸送される。貯
蔵建屋に搬入された貯蔵キャスクは、受入れ確認が行わ
れた後に、貯蔵エリアに搬送され貯蔵される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このように貯蔵キャス
クを用いた使用済燃料貯蔵方法は、原子力発電施設の使
用済燃料プ―ルで使用済燃料を一時保管するような水中
状態と異なり、不活性ガス雰囲気中で比較的高温状態で
貯蔵される。このため炉心運転中に燃料集合体の燃料被
覆管外表面に付着した放射性腐食生成物（以下放射性ク
ラッドと称す）が乾燥し、燃料被覆管より離脱し、この
燃料被覆管より離脱した放射性クラッドは、貯蔵キャス
ク内で飛散し、キャスク内部を汚染させてしまう可能性
がある。

【０００６】このため燃料被覆管より貯蔵キャスク内部
へ離脱する乾燥状態の放射性クラッド量を低減する一つ
の方法として、キャスク取扱時に貯蔵キャスクに加わる
衝撃を低減する方法等が考えられるが、これ等の対策を
講じると取扱作業が煩雑となる。

【０００７】また所定の期間貯蔵された貯蔵キャスク
は、原子炉建屋内の使用済燃料プ―ルに戻されるかある
いはそのまゝ再処理施設に運ばれる。何れの場合におい
ても、貯蔵キャスク内に収納される使用済燃料集合体は
使用済燃料プ―ルまたは再処理受入れプ―ルで取出され
る。このとき貯蔵中に貯蔵キャスク内部に剥離し堆積し
た放射性クラッド及び再冠水時に燃料被覆管へ加わる熱
衝撃により燃料被覆管から離脱する放射性クラッド等が
プ―ル水へ飛散し、拡散してプ―ル水を汚染させるおそ
れがある。

【０００８】前記の様に、従来の貯蔵キャスクを用いた
使用済燃料の貯蔵については、使用済燃料被覆管の外表
面に付着する放射性クラッドの挙動にまで配慮した一連
の貯蔵方法は確立されていない。

【０００９】本発明は上記の点を考慮してなされたもの
で、貯蔵キャスクの取扱いを容易とし、かつ貯蔵キャス
ク内部の汚染および貯蔵終了後の使用済燃料取出し時に
おけるプ―ルの汚染を防止できる使用済燃料の貯蔵方法
を提供することを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明においては、原子力発電施設で使用した使用
済燃料集合体を洗浄する洗浄工程と、この洗浄した使用
済燃料集合体を燃料集合体本体と外枠であるチャンネル
ボックスとに分離する分離工程と、この分離した燃料集
合体本体を貯蔵キャスク内に収納して貯蔵する貯蔵工程
とから成ることを特徴とする使用済燃料の貯蔵方法を提
供し、さらには、原子力発電施設で使用した使用済燃料
集合体を燃料集合体本体と外枠であるチャンネルボック
スとに分離する分離工程と、この分離した燃料集合体本
体を洗浄する工程と、この洗浄した燃料集合体本体を貯
蔵キャスク内に収納して貯蔵する貯蔵工程とから成るこ
とを特徴とする使用済燃料の貯蔵方法を提供することに
ある。

【００１１】

【作用】このように構成することにり、原子力発電施設
で使用した使用済燃料集合体は洗浄工程において洗浄さ
れ、燃料集合体を構成する燃料棒被覆管外表面に付着す
る放射性クラッドが洗い落される。この洗浄された使用
済燃料集合体は、分離工程において、燃料集合体本体と
外枠であるチャンネルボックスとに分離される。この分
離した燃料集合体本体は貯蔵工程において貯蔵キャスク
内に貯蔵される。さらには、原子力発電施設で使用した
使用済燃料集合体は、分離工程において、燃料集合体本
体と外枠であるチャンネルボックスとに分離される。こ
の分離された燃料集合体本体は、洗浄工程において洗浄
される。この洗浄された燃料集合体本体は貯蔵工程にお
いて貯蔵キャスク内に貯蔵される。

【００１２】前記の様に、使用済燃料集合体を洗浄した
後に貯蔵キャスク内に貯蔵することにより、貯蔵キャス
ク内の汚染および貯蔵終了後の使用済燃料取出しにおけ
るプ―ルの汚染を防止できる。この汚染を防止すること
により、貯蔵キャスクを安全に取扱えるので、高い信頼
性のある使用済燃料の貯蔵方法を得ることができる。

【００１３】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の第一実施例に
ついて説明する。図１は、本発明の使用済燃料の貯蔵方
法を示す概略工程図である。

【００１４】原子力発電施設で使用した使用済燃料集合
体１は、使用済燃料プ―ル内に一時保管される。この一
時保管された使用済燃料集合体１は、長期貯蔵の対象で
ある使用済燃料集合体１に選別される。この工程を選別
工程２と称する。この選別された使用済燃料集合体１
は、洗浄工程３により、使用済燃料集合体１内部の放射
性クラッドが除去される。この洗浄終了後、分離工程４
により、使用済燃料集合体本体５と外枠であるチャンネ
ルボックス６に分離される。このチャンネルボックス６
が取外された使用済燃料集合体５は、収納工程７におい
て図８記載の貯蔵キャスク本体75に収納される。この所
定の本数の使用済燃料集合体本体５を収納した貯蔵キャ
スク75は表面汚染の確認、貯蔵キャスク内の水の排出、
貯蔵キャスクの蓋締め、貯蔵キャスク内の乾燥、不活性
ガスの充填等の処理が行われる。この工程を処理工程10
と称する。この処理の実施された貯蔵キャスク75は、搬
送工程11において、所定の使用済燃料貯蔵施設に運搬さ
れる。この運搬された使用済燃料集合体本体５は、不活
性ガス雰囲気中の貯蔵キャスク75に装荷した状態で貯蔵
される。この工程を貯蔵工程12と称する。この所定の期
間貯蔵された貯蔵キャスクは、原子力発電施設の使用済
燃料プ―ルもしくは再処理施設に運搬される。この原子
力発電施設の使用済燃料プ―ルに運搬される場合は、使
用済燃料プ―ルで再処理施設へ使用済燃料を輸送する専
用の輸送容器に移し替えることを主目的としている。ま
た貯蔵キャスクは直接に再処理施設へ運搬することも可
能である。図２は、図１の洗浄工程３において超音波洗
浄方法を適用した場合の超音波洗浄装置の概略構造を示
す構成図である。

【００１５】キャスクピット20内にプ―ル水21が満水さ
れている。このキャスクピット20の上方にはオペレ―シ
ョンフロア22がある。前記キャスクピット20内に、超音
波洗浄装置の支柱である燃料集合体支持機構23が設置さ
れる。使用済燃料集合体１は、チャンネルボックス６を
装着した状態で支持されている。前記燃料集合体支持機
構23は、使用済燃料集合体１上部を支持する上部支持部
25と、使用済燃料集合体１下部を支持する下部支持部26
および上、下部支持部25，26を支持する支柱27とから構
成されている。この支柱27は基台28上に立設されてい
る。前記支柱27には、超音波振動子昇降機構29が取付け
られている。この超音波振動子昇降機構２９に立設され
た超音波振動子３０はケ―ブル31を介して前記オペレ―
ションフロア22上に設置された超音波発振器32と接続さ
れる。また前記超音波振動子30は超音波振動子昇降機構
29に保持され、昇降機構33によりワイヤロ―プ24を介し
て使用済燃料集合体１と所定の間隔を保持しながら所定
の速度で昇降可能である。前記昇降機構33によって超音
波振動子30が配置された超音波振動子昇降機構29を昇降
させながら使用済燃料集合体１に超音波を照射してチャ
ンネルボックス６内面及び使用済燃料集合体本体５を形
成する複数の燃料棒（図示せず）表面に付着する放射性
クラッドを除去する。除去した放射性クラッドはチャン
ネルボックス24内をプ―ル水21と共に流下させ、前記下
部支持部26に接続された排出ノズル34及び排出配管35を
介して排出ポンプ36にて排出される。更に放射性クラッ
ドは吐出配管37を介してフィルタ38に移送され、そこで
プ―ル水21中の放射性クラッドが除去される。放射性ク
ラッドが除去されて洗浄されたプ―ル水21は配管39を介
してキャスクピット20内に排出される。洗浄が終了した
使用済燃料集合体１は、図１記載の分離工程４に回さ
れ、使用済燃料集合体本体５とその外枠であるチャンネ
ルボックス６とに分離される。この分離された使用済燃
料集合体本体５は、収納工程７において、順次図８記載
の貯蔵キャスク本体７５内に収納される。超音波洗浄装
置を使用する場合の使用手順の概要について説明する。

【００１６】原子炉施設で使用した使用済燃料集合体１
は、使用済燃料プ―ル内に一時保管される。この一時保
管された使用済燃料集合体１は、長期貯蔵の対象である
使用済燃料集合体１に選別工程２において選別される。
この選別された使用済燃料集合体１は、チャンネルボッ
クス６を装着した状態で超音波洗浄装置の燃料集合体支
持機構23に装荷される。使用済燃料集合体１の下部は下
部支持部26で支持され、上部は上部支持部25で保持され
る。排出ポンプ36が起動され、プ―ル水21の一部は使用
済燃料集合体１内に取り込まれる。超音波振動子30を起
動し、使用済燃料集合体１の外側から超音波を発振す
る。超音波振動子30は、出力が１Ｗ／cm² 以上、周波数
が20〜40KHz 程度のものが使用される。この超音波によ
り、チャンネルボックス６と使用済燃料集合体本体５を
構成する燃料棒外表面に付着する放射性クラッドが除去
される。除去された放射性クラッドは、プ―ル水21と共
に、吐出配管37を介してフィルタ38に移送され捕獲され
る。放射性クラッドを除去したプ―ル水21は、配管より
再度キャスクピット20内に戻される。超音波振動子昇降
機構29により超音波振動子30を昇降させることにより、
使用済燃料集合体１の全面に超音波を発振することがで
きる。

【００１７】洗浄工程３において洗浄された使用済燃料
集合体１は、分離工程４において、使用済燃料集合体本
体５とチャンネルボックス６とに分離される。分離され
た使用済燃料集合体本体５は、収納工程７において、貯
蔵キャスク本体75内に収納される。所定本数の使用済燃
料集合体本体５を収納した貯蔵キャスク本体75は、処理
工程７において、表面汚染を確認し、貯蔵キャスク本体
75内の水を排出し、貯蔵キャスク本体75の蓋を締め、貯
蔵キャスク本体75内を乾燥し、不活性ガスの充填が行わ
れる。次に搬送工程11において、使用済燃料集合体本体
５を収納した貯蔵キャスク本体75は、所定の使用済燃料
貯蔵施設に運搬される。この後、貯蔵工程12が開始し、
使用済燃料集合体本体５が長期貯蔵される。

【００１８】分離工程４において分離されたチャンネル
ボックス６の切断工程８とその後の保管工程９について
図３を参照して説明する。このチャンネルボックス６
は、前記洗浄工程３において放射性クラッドが除去さ
れ、取扱いが容易な状態になっている。このチャンネル
ボックス６は、四隅を切断することにより、板状に切断
71される。またはチャンネルボックス６は、長さ方向に
対して２分割され、ボックス状に切断72される。このボ
ックス状に切断72されたチャンネルボックス６は、高圧
プレス又はロ―ルにより圧縮されて減容処理73が行われ
る。前記の板状切断71又は減容処理73されたチャンネル
６は、保管容器74内に収納され貯蔵される。このよう
に、チャンネルボックスの収納効率を大幅に向上させる
ことができ、保管スペ―スを有効に利用することが可能
となる。

【００１９】このように本実施例によれば、貯蔵キャス
クを用いて使用済燃料を不活性ガス雰囲気中で貯蔵する
際に、使用済燃料集合体から離脱する放射性クラッドを
大幅に低減できる。また使用済燃料集合体に付着する放
射性クラッドを確実に除去できるので、使用済燃料集合
体を取扱う作業者の被曝線量を大幅に低減することがで
きる。また、貯蔵終了後、燃料プ―ル内で貯蔵キャスク
を開放し、再冠水しても、プ―ル水の汚染を防止するこ
とができる。さらに不要となったチャンネルボックスを
容易に処分でき、高効率をもって保管容器内に収納で
き、保管庫のスペ―スを有効に活用できる。本発明の第
二実施例を図４乃至図６を用いて説明する。

【００２０】図４は、第二実施例の使用済燃料の貯蔵方
法を示す概略全体工程図である。なお図４において、図
１と同一部分には同一符号を付し、その部分の工程の説
明は省略する。

【００２１】選別工程２において長期保管の対象として
選別された使用済燃料集合体１は、まず分離工程13に回
わされ、使用済燃料集合体本体５とチャンネルボックス
６とに分離される。この分離された使用済燃料集合体本
体５は、洗浄工程14において洗浄される。前記チャンネ
ルボックス６は、洗浄工程15において洗浄される。

【００２２】図５は、図４の洗浄工程14において、水ジ
ェット洗浄方法を適用した水ジェット洗浄装置の概略構
造を示す縦断面図である。図６は、図５に記載したスプ
レイノズルヘッダを拡大して示す平面図である。

【００２３】水ジェット洗浄装置は、外枠である洗浄塔
40より構成される。この洗浄塔40内には、昇降可能なス
プレイノズルヘッダ43が設置されている。このスプレイ
ノズルヘッダ43の中央部には、使用済燃料集合体本体５
の外形形状に合せた略四角形状を成す貫通孔41が形成さ
れている。この貫通孔41内に、チャンネルボックス６を
取外した使用済燃料集合体本体５が挿入される。貫通孔
41の内周側面部に設置した複数個のスプレイノズル42を
介してチャンネルボックス６を装着していない燃料集合
体本体５に高圧の圧力水を噴射する。このスプレイノズ
ルヘッダ43は、洗浄塔40に沿って昇降可能に取付けられ
ている。この昇降をなす駆動部について説明する。キャ
スクピット20の上方のオペレイティングフロア22上に駆
動用の電動機45が設置されている。この電動機45の回転
軸には歯車機構46が連結されている。この歯車機構46に
は、自在継手47を介して送りねじ棒48が連結されてい
る。この送りねじ棒48には、スプレイノズルヘッダ43に
取付けられたナット49が装着されている。この電動機45
を起動すると、この回転が歯車機構46によって減速され
ると共に伝達方向が変更される。さらに自在継手47を介
して、送りねじ棒48に伝達される。この送りねじ棒48の
回転により、ナット49を介してスプレイノズルヘッダ43
がガイド棒50に案内されて昇降する。スプレイノズルヘ
ッダ43には吸入配管51を介して給水ポンプ52により高圧
の圧力水が供給される。

【００２４】洗浄塔40の底部53には、水中ポンプ54及び
フィルタ55が接続されている。高圧の圧力水の噴射によ
り使用済燃料集合体本体５より取除かれた放射性クラッ
ドは、このフィルタ55にて捕獲され、放射性クラッドを
除去されたプ―ル水のみが再度キャスクピット20内に戻
される。

【００２５】このように第二の実施例によれば、洗浄工
程において、水ジェット方法により効率的に洗浄するこ
とができる。洗浄が終了した使用済燃料集合体本体５
は、収納工程７において順次貯蔵キャスク本体75内に収
納され、長期貯蔵される。本発明の第三の実施例を図４
と図７を用いて説明する。第二の実施例で示した分離さ
れた使用済燃料集合体本体５は、洗浄工程14にて洗浄さ
れる。

【００２６】図７は、図４の洗浄工程14において、超音
波洗浄方法と水ジェット洗浄方法を組合せて適用した超
音波・水ジェット洗浄装置の概略構造を示す縦断面図で
ある。

【００２７】超音波・水ジェット洗浄装置は、キャスク
ピット20内において、使用済燃料集合体本体５を支持す
る支持架台56より構成される。この支持架台56の上部及
び下部には、使用済燃料集合体本体５を支持する上、下
部支持部57，58が設置される。前記支持架台56の一部及
び使用済燃料集合体本体５の下部を支持する下部支持部
58は、洗浄塔59内に設置されている。この洗浄塔59の上
部には、使用済燃料集合体本体５に高圧水を噴射するた
めのスプレイノズルヘッダ60が設置されている。このス
プレイノズルヘッダ60は、図６とほぼ同様の形状を有し
ている。このスプレイノズルヘッダ60の上部には、使用
済燃料集合体本体５とスプレイノズルヘッダ60内の図示
しないスプレイノズルとの間隔が均等になるように、燃
料挿入支持口61が設置されている。即ちこの燃料挿入支
持口61により、使用済燃料集合体本体５の横方向の動き
が拘束される。超音波振動子62は、洗浄塔59の上部に装
着されている。この超音波振動子62からのケ―ブル69
は、図示しない制御器に接続されている。この洗浄塔59
の下部には、配管63が設けられている。洗浄により除去
された放射性クラッドは、この配管63を介して、移送ポ
ンプ64により、フィルタ67に持込まれて捕獲される。放
射性クラッドを除去されたプ―ル水のみが再度キャスク
ピット20内に戻される。また移送ポンプ64の下流側にサ
ンプリングライン68が配設されている。この使用済燃料
集合体本体５は、支持架台56に組込まれた上、下部支持
部57，58が上下に移動することにより昇降し、全長にわ
たって高圧水を噴射することができ且つ超音波を発振す
ることが可能である。またキャスクピット20内には、遠
隔により操作可能なＴＶカメラ65が配置され、洗浄時の
使用済燃料集合体本体５の外観が観察できるように構成
されている。このＴＶカメラ65により、洗浄状況を観察
し、使用済燃料集合体本体５の放射性クラッドが除去で
きたときに洗浄運転を中止する。

【００２８】このように第三の実施例によれば、洗浄工
程において、超音波洗浄方法と水ジェット洗浄方法を一
体的に組合せることにより、使用済燃料集合体本体の放
射性クラッドを効率的に洗浄することができる。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る使用
済燃料の貯蔵方法によれば、貯蔵キャスク内部の汚染を
防止することにより、使用済燃料を貯蔵キャスク内に安
全に貯蔵することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一実施例である使用済燃料の貯蔵方
法を示す概略工程図。

【図２】本発明の第一実施例である超音波洗浄装置の概
略構造を示す構成図。

【図３】本発明の第一実施例であるチャンネルボックス
の切断及び保管を示す工程図。

【図４】本発明の第二実施例である使用済燃料の貯蔵方
法を示す概略工程図。

【図５】本発明の第二実施例である水ジェット洗浄装置
の概略構造を示す縦断面図。

【図６】図５に記載したスプレイノズルヘッダを拡大し
て示す平面図。

【図７】本発明の第三実施例である超音波・水ジェット
洗浄装置の概略構造を示す縦断面図。

【図８】貯蔵キャスクを一部切欠いて示す鳥瞰図。

【符号の説明】

１…使用済燃料集合体 ３…洗浄工程 ４…分離工程 ５…使用済燃料集合体本
体 ６…チャンネルボックス ７…収納工程 12…貯蔵工程 13…分離工程 14…洗浄工程

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 原子力発電施設で使用した使用済燃料集
   合体を洗浄する洗浄工程と、この洗浄した使用済燃料集
   合体を燃料集合体本体と外枠であるチャンネルボックス
   とに分離する分離工程と、この分離した燃料集合体本体
   を貯蔵キャスク内に収納して貯蔵する貯蔵工程とから成
   ることを特徴とする使用済燃料の貯蔵方法。
2. 【請求項２】 原子力発電施設で使用した使用済燃料集
   合体を燃料集合体本体と外枠であるチャンネルボックス
   とに分離する分離工程と、この分離した燃料集合体本体
   を洗浄する工程と、この洗浄した燃料集合体本体を貯蔵
   キャスク内に収納して貯蔵する貯蔵工程とから成ること
   を特徴とする使用済燃料の貯蔵方法。