JPH0577278B2

JPH0577278B2 -

Info

Publication number: JPH0577278B2
Application number: JP61241948A
Authority: JP
Inventors: Masanori Sugano
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1986-10-14
Filing date: 1986-10-14
Publication date: 1993-10-26
Also published as: JPS63118693A

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、原子炉の炉心から取り出された使用
済燃料を貯蔵する使用済燃料貯蔵ラツクに係り、
特に、使用済燃料を収容する角筒体を改良した使
用済燃料貯蔵ラツクに関する。

（従来の技術）一般に、原子力発電プラントにおいては、燃料
貯蔵プールの底部に使用済燃料貯蔵ラツクを据付
け、これに原子炉の炉心から取り外した使用済燃
料を収納して冷却貯蔵し、その崩壊熱を除去する
ようにしている。

第１０図〜第１２図は従来の使用済燃料貯蔵ラ
ツクをそれぞれ例示しており、第１０図に示すも
のは使用済燃料を収容する角筒体１の複数体を格
子状に配設し、それぞれの底部を矩形盤状の基台
２上に溶接して立設している。

基台２の最外周に配置された角筒体１の外周
は、上部、中間部および下部等において、偏平角
筒状の補強板３が溶接されて、束状に結束され、
一体化されている。

第１１図で示す使用済燃料貯蔵ラツクは角筒体
１の複数本を矩形盤状の基台２上に、その縦横方
向に千鳥格子状に配列し、基台２上に最外周に配
置されて隣り合う角筒体１の相互間の外側面開口
を、垂直板５により閉塞している。

そして、各角筒体１内と、各角筒体１相互間に
より囲まれた角筒状空間と、各角筒体１相互間と
垂直板５とにより囲まれた角筒状空間とに使用済
燃料が収容される。

また、隣接する角筒体１相互の外壁で形成され
るコーナ部内には必要に応じてアングル６が軸方
向に沿つて添設されて、隣接する角筒体１の結合
強度の増強を図つている。

第１２図で示す使用済燃料貯蔵ラツクは使用済
燃料を収容する角筒体１の複数体を縦横方向に所
要の間隙をおいて格子状に配列し、それらの底部
を基台２上に固着し、各角筒体１の外側面を、上
部、中間部、下部において直状の補強板３により
溶接して一体化している。

そして、第１０図〜第１２図で示す使用済燃料
貯蔵ラツクの従来の角筒体１の材料としては、一
般にクロム18重量％、ニツケル８重量％を含むオ
ーステナイト系ステンレス鋼板が使用されてい
る。

すなわち各角筒体１は第１３図に示すようにオ
ーステナイト系ステンレス鋼から成る板厚５mm程
度の板材１ａ，１ａを２枚一対としてコ字状にそ
れぞれ曲げ加工し、それらの端面の突き合せ部１
ｂ，１ｂを溶接によつて固着して形成されてい
る。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、このような従来の角筒体１がオ
ーステナイト系ステンレス鋼板により構成されて
いるので、材料の特性上、水に対する耐食性およ
び加工性は一応満足できるものであるが、中性子
吸収能力が小さく、使用済燃料から放出される中
性子の遮蔽効果が不十分であるという問題があ
る。

したがつて、従来の角筒体１を組み込む使用済
燃料貯蔵ラツクでは使用済燃料間の中性子遮蔽効
果を高めるために、例えば第１１図および第１２
図に示すように、隣接する角筒体１相互間に一定
の間隔を置く必要があり、この結果、使用済燃料
貯蔵ラツクが大形化し、使用済燃料の貯蔵効率が
低下するという問題がある。

そこで、近年では使用済燃料貯蔵ラツクの貯蔵
密度を高めるために、角筒体１の構成材として、
中性子吸収能力の大きいボロン（¹⁰B）を添加し
たオーステナイト系ステンレス鋼板を使用した
り、炭化硼素−アルミニウムを母材とした材料を
アルミニウムで被覆したものを使用したり、ある
いは硼素とリンを含む非晶質合金からなる中性子
吸収用材料を利用する方法が検討されている。

しかし、一般に、ボロン添加オーステナイト系
ステンレス鋼は、溶接する際にボライド
（Fe₁Cr）₂Bが現われるために溶接性が悪く、溶接
部の脆化（伸びの低下）を招くという問題があ
る。

また、非晶質合金は溶接ができないために、そ
の結合には機械的結合とするか、またはステンレ
ス鋼板のように溶接可能な材料で支持して、ステ
ンレス鋼板同士を結合するか、あるいは溶接可能
材でサンドウイツチ構造とする必要があり、材料
の板厚が厚くなつて、小型軽量化を妨げている。

そこで、本発明は、上述の事情に鑑みてなされ
たもので、燃料貯蔵密度を大幅に向上させた使用
済燃料貯蔵ラツクを提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段）本発明は、使用済燃料貯蔵ラツクの角筒体を中
性子吸収能力の高いハフニウム板で構成して、角
筒体の稠密化を図つたものであり、次のように構
成される。

使用済燃料を収容する角筒体を複数体設ける使
用済燃料貯蔵ラツクにおいて、上記角筒体はハフ
ニウムよりなるハフニウム板により角筒状に形成
されてなり、このハフニウム板の溶接部が真空中
で電子ビーム溶接、またはレーザビーム溶接によ
り溶接されてなる。

（作用）使用済燃料貯蔵ラツクの複数の角筒体の内部に
は使用済燃料がそれぞれ貯蔵される。

これら角筒体は中性子吸収能力の高いハフニウ
ム板により構成されているので、複数の角筒体を
稠密に配列した場合でも、収容した使用済燃料を
未臨界状態に維持することができ、使用済燃料貯
蔵ラツクの貯蔵密度の増大を図ることができる。

（実施例）以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明す
る。

第１図は本発明の一実施例に組み込まれる角筒
体の斜視図であり、図において、角筒体１０は２
枚一対のコ字状のハフニウム板１０ａ，１０ａの
溶接部１１が突き合せ溶接されて、角筒体に形成
されている。

すなわち、ハフニウム板１０ａ，１０ａはハフ
ニウム（Hf）により板厚が例えば約2.5mm程度の
板状に形成されてから、横断面コ字状にそれぞれ
曲げ加工され、これらハフニウム板１０ａ，１０
ａの各コ字状端面相互を突き合せて、この突き合
せ面の外面の溶接部１１を真空中で電子ビーム溶
接、もしくはレーザビーム溶接し、角筒体１０に
形成されている。

上記ハフニウムは熱中性子吸収断面積が必ずし
も大きくないが、共鳴エネルギ領域に多数の吸収
ピークを有するので、使用済燃料を貯蔵する角筒
体１０の中性子吸収材として好適な性質を有す
る。

第２図は板厚が５mmのハフニウム板１０ａ，１
０ａの中性子吸収特性を実線で示しており、この
ハフニウム板１０ａ，１０ａの中性子吸収能力が
ステンレス鋼に3wt（重量）％の¹⁰B（ボロン）を
分散させた板厚５mmのボロン添加ステンレス鋼の
もの（図中、一点鎖線で表示）とほぼ等しいこと
を示している。

なお、第２図中点線はチタン（Ti）に1wt（重
量）％の¹⁰Bを添加した場合の中性子吸収能力を
示す。

また、¹⁰Bを0.1〜0.2wt％添加した板厚５mmのボ
ロン添加ステンレス鋼板により使用済燃料貯蔵ラ
ツクの角筒体１０を構成した場合には、角筒体配
置の稠密化を図ることができるから、この角筒体
１０をハフニウム板１０ａ，１０ａにより形成し
た場合には、次式に従つてそのハフニウム板１０
ａ，１０ａの板厚を約0.3mmに薄肉化することが
できると共に、角筒体配置の一層の稠密化を図る
ことができる。

0.2wt％／3wt％＝１／15 ５mm×１／15≒0.33（mm）しかしながら、ハフニウム板１０ａ，１０ａの
板厚が薄過ぎる場合には、変形が大きく、強度計
算等で耐震設計条件を充足することができない場
合があるので、その板厚を上述したように、例え
ば約2.5mm程度にすることができる。

ところで、ハフニウム板１０ａ，１０ａを構成
するハフニウム板（Hf）の金属組織は第３図
（倍率200倍）に示すように結晶粒度が極めて細か
いα組織を呈しており、ハフニウムは結晶粒度が
４以上にさらに細かくなると、引張り、曲げ、硬
さ等の機械的性質において健全性を示す。

したがつて、ハフニウム板１０ａ，１０ａがこ
のような健全な機械的強度を示すためには、溶接
に関しては溶接線幅が小幅であることと、溶接速
度が速いことが必要となる。

また、ハフニウム板１０ａ，１０ａの溶接は比
較的容易であるが、高温領域ではハフニウムが高
い反応性を示して、窒素、酸素、炭素および水素
と反応するので、例えばタングステンイナートガ
ス（TIG）溶接のように遅い速度でハフニウム板
１０ａ，１０ａを溶接する場合には、溶接熱影響
部（HAZ部）および溶接金属は第４図に示すよ
うに極めて粗い結晶粒のβ組織を呈し、脆化す
る。

しかし、ハフニウム板１０ａ，１０ａの溶接部
１１を、例えば10^-3torr以上の高真空中で電子ビ
ーム溶接、もしくはレーザビーム溶接し、あるい
はアルゴンもしくはヘリウム等の不活性ガス雰囲
気中でレーザビーム溶接する場合には、第５図に
示すようにハフニウム板１０ａ，１０ａの金属組
織が結晶粒度４以上のβ組織となり、溶接部１１
における結晶粒の極端な成長から逃れることがで
きるため、溶接部１１の脆化を防止することがで
きる。

本実施例はこのようにして形成された角筒体１
０の複数体を、例えば第１０図、第１１図および
第１２図で示す従来の各角筒体１に置換して各使
用済燃料貯蔵ラツクに組み立てることができ、こ
れら角筒体１０の稠密化を図ることができるの
で、使用済燃料の貯蔵能力の増大を図ることがで
きる。

また、本実施例によれば、角筒体１０の板厚を
薄くすることができるので、その分、使用済燃料
貯蔵ラツクの小型、軽量化を図ることができる。

第６図は本発明の他の実施例を示しており、本
実施例は第１図で示す２枚一対のコ字状のハフニ
ウム板１０ａ，１０ａの溶接部１１を高真空中で
電子ビーム溶接、もしくはレーザビーム溶接する
際に、その角筒体１０内に角柱状のオーステナイ
ト系ステンレス鋼製のマンドル２０を貫挿するも
のである。

マンドル２０は角筒体１０の２つの溶接部１１
に対応させて軸心側に凹む所要幅の溝２１，２１
を２面にそれぞれ形成しており、角筒体１０の各
溶接部１１，１１の内面と溝２１，２１との間に
所要の間隙を設定して、各溶接部１１，１１を角
筒体１０の外面から突き合せて溶接する際に、溶
融金属がマンドル２０の外面に付着して、角筒体
１０に溶着するのを防止している。マンドル２０
の一端にはアイボルト状の係止具２２が固着され
ている。

このマンドル２０を角筒体１０内に貫挿した状
態で、各溶接部１１を溶接した後、第７図に示す
ようにマンドル２０をその係止具２２にロープ等
を結着して吊り下げ、角筒体１０の下端をストツ
パ２３で支持させる。

この状態で、次に、例えば約540℃迄の温度で
加熱して、角筒体１０の熱拡管成型を行なう。

マンドル２０はオーステナイト系ステンレス鋼
製であるので、その熱膨張係数がハフニウムより
なる角筒体１０よりも、例えば約３倍であり、こ
れら１０，２０の加熱時には熱膨張差が生じ、角
筒体１０が所要口径に熱拡管成型される。

また、マンドル２０と角筒体１０の溶接部１１
との間に熱伝導度の高い金属板、例えば銅板等を
介在させた場合には、溶接部１１の冷却が加速さ
れるので、上述した溶接部１１およびその近傍の
組織の粗大化を防止することができると共に、各
種元素との反応を抑制することができるので、溶
接部１１を美しく処理することができる。

第８図は本発明のさらに他の実施例を示してお
り、本実施例の角筒体３０はハフニウム板よりな
るハフニウム板製内筒３０ａの外周に、オーステ
ナイト系ステンレス鋼板製外筒３０ｂを外嵌して
二重筒に構成されている。

すなわち、角筒体３０はハフニウム板製内筒３
０ａを、例えば約540℃迄に加熱されたオーステ
ナイト系ステンレス鋼板製外筒３０ｂ内へ挿入し
て、常温迄冷却させて二重筒に形成されている。

第９図は本発明の他の実施例を示す半裁縦断面
図であり、図において、本実施例の角筒体４０は
第８図で示す実施例の角筒体３０の上下両端に、
ロ字状のオーステナイト系ステンレス鋼製の端蓋
４１ａ，４１ａを溶着して構成されている。

以上、第６図〜第９図で示す各実施例の角筒体
１０，３０，４０についても第１図で示す実施例
と同様に、例えば第１０図、第１１図および第１
２図で示す従来の各角筒体１に置換されて、各使
用済燃料貯蔵ラツクに組み立てることができ、各
角筒体１０，３０，４０の配列の稠密化を図るこ
とができ、使用済燃料貯蔵能力を向上を図ること
ができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、使用済燃料貯蔵
ラツクの角筒体を、中性子吸収能力の高いハフニ
ウム板により形成するので、角筒体配列の稠密化
を図ることができ、その結果、使用済燃料貯蔵能
力の拡大を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明係る使用済燃料貯蔵ラツクの一
実施例に組み込まれる角筒体の斜視図、第２図は
第１図で示す実施例に組み込まれる角筒体を構成
するハフニウム板の中性子吸収能力を示すグラ
フ、第３図、第４図および第５図はハフニウムの
金属組織を200倍率でそれぞれ示す顕微鏡写真、
第６図、第７図および第８図は本発明の他の実施
例をそれぞれ示す斜視図、第９図は本発明のさら
に他の実施例を示す半断縦断面図、第１０図、第
１１図および第１２図は従来の使用済燃料貯蔵ラ
ツクをそれぞれ例示する斜視図、第１３図は第１
０図〜第１２図で示す使用済燃料貯蔵ラツクに組
み込まれる従来の角筒体の横断面図である。１０，３０，４０……角筒体、１０ａ……ハフ
ニウム板、１１……溶接部、２０……マンドル、
３０ａ……ハフニウム板製内筒、３０ｂ……オー
ステナイト系ステンレス鋼板製外筒。

Claims

【特許請求の範囲】１使用済燃料を収容する角筒体を複数体設ける
使用済燃料貯蔵ラツクにおいて、上記角筒体はハ
フニウムよりなるハフニウム板により角筒状に形
成されてなり、このハフニウム板の溶接部が真空
中で電子ビーム溶接、またはレーザビーム溶接に
より溶接されてなることを特徴とする使用済燃料
貯蔵ラツク。２角筒体は、ハフニウムよりなるハフニウム板
の２枚を一対としてコ字状にそれぞれ曲げ加工さ
れ、これらコ字状ハフニウム板の端面相互を突き
合せ溶接して角筒状に形成され、その角筒内にオ
ーステナイト系ステンレス鋼製のマンドルを挿入
して、所要温度で加熱して拡管されてなる特許請
求の範囲第１項に記載の使用済燃料貯蔵ラツク。３角筒体は、使用済燃料を収容するハフニウム
板製内筒の外周に、オーステナイト系ステンレス
鋼板製外筒を外嵌してなる特許請求の範囲第１項
に記載の使用済燃料貯蔵ラツク。４角筒体が基台上に千鳥格子状に配列されて固
着されている特許請求の範囲第１項に記載の使用
済燃料貯蔵ラツク。５レーザビーム溶接が不活性ガス雰囲気中で行
なわれる特許請求の範囲第１項または第２項に記
載の使用済燃料貯蔵ラツク。