JPH07248399A - 使用済燃料貯蔵ラック - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】鋼材の圧延を容易とし溶接時の高温割れ感受性
を低減しかつ中性子照射時の材料劣化の可能性を軽減し
つつ、使用済燃料集合体の貯蔵効率の向上を図れる使用
済燃料貯蔵ラックを提供する。 【構成】角筒体８及び垂直板１９はホウ素を含有したオ
ーステナイト系ステンレス鋼材で構成されており、内の
り寸法Ｌ_i＝１５２ｍｍ、板厚ｔ＝３ｍｍ、ピッチｐ＝
１５５ｍｍをもって固定され、多数個の燃料貯蔵セル３
を形成する。この正方格子状に配列された燃料貯蔵セル
３は正方形の水平断面形状を有する。角筒体８に用いら
れる鋼材において、その鋼材に添加されるホウ素の量
は、鋼材に対する重量パーセントで０.７５％であり、
またその添加されたホウ素中に含まれる¹⁰Ｂの割合は、
添加ホウ素全体に対する重量パーセントで６０％であ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、原子力発電所で発生す
る使用済燃料に係わり、特に、燃料貯蔵プール内でその
使用済燃料を貯蔵するときに使用する使用済燃料貯蔵ラ
ックに関する。

【０００２】

【従来の技術】原子炉から発生する使用済燃料は、再処
理工場へ搬出されるまでの間、原子力発電所内の燃料貯
蔵プールで貯蔵・冷却される。このとき使用済燃料は、
ステンレス鋼材等により構成される複数の燃料貯蔵セル
を備え、燃料貯蔵プール内に設置される使用済燃料貯蔵
ラックに貯蔵される。この使用済燃料貯蔵ラックの公知
技術としては、例えば以下のものがある。

【０００３】特公平５−３５３９７号公報 この公知技術は、天然ホウ素を１重量％以下含有したオ
ーステナイト系ステンレス鋼の板を曲げ加工し、燃料貯
蔵セルを構成する角筒体を形成するものである。 実開昭５９−２０１９７号公報 特開平２−２９８８９４号公報 これらの公知技術は、天然ホウ素に含まれる同位体のひ
とつである¹⁰Ｂを同位体濃縮して添加した¹⁰Ｂ濃縮ホウ
素含有オーステナイト系ステンレス鋼を用いて燃料貯蔵
セルを構成することにより、中性子吸収能力を高めるも
のである。 特開昭６１−１４８３９２号公報 この公知技術は、¹⁰Ｂを０.１０〜０.４５重量％添加し
たオーステナイト系ステンレス鋼を用いてセルを構成す
ることにより、ホウ素を添加しないオーステナイト系ス
テンレス鋼に関するＪＩＳ規格の仕様を保持しつつ、中
性子吸収能力を高めるものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】一般に、使用済燃料貯
蔵ラックにおいては、燃料貯蔵セルを構成する材料やプ
ール水の中性子吸収特性を考慮し、使用済燃料の未臨界
性を保持するための一定の間隔をあけて各燃料集合体が
配置されるが、限られた燃料貯蔵プールのスペースを有
効利用する観点から、これら使用済燃料集合体は可能な
限り高密度に配置され効率良く貯蔵されることが要請さ
れている。しかしながら、公知技術においては、ステ
ンレス鋼の鋼材に対して１重量％以下の天然ホウ素（１
８.８重量％の¹⁰Ｂと８１.２重量％の¹¹Ｂとからなる）
が添加される構成であり、天然ホウ素の中性子吸収能力
から、未臨界性を維持するためには燃料貯蔵セルの中心
線間隔（＝ピッチ）が約１６０ｍｍ以上必要である。こ
こにおいて、セルを小さくし最も燃料集合体を接近させ
て配置する構成を考えた場合、燃料集合体の外観寸法
上、セル内のり寸法を１５２ｍｍまで縮小可能である。
そしてこのときのピッチは鋼材厚さ３ｍｍで１５５ｍ
ｍ、鋼材厚さ５ｍｍで１５７ｍｍとなる。すなわち幾何
学的には、あとピッチ３〜５ｍｍ分、燃料集合体を接近
させ高密度化を行う余地が残っていることから、公知技
術においては高密度化による貯蔵効率の向上が不十分
であった。

【０００５】そこで、公知技術の変形として、１重量
％を越える天然ホウ素を鋼材に添加する構成が考えられ
る。しかしながら、一般に、オーステナイト系ステンレ
ス鋼にホウ素（¹⁰Ｂ又は¹¹Ｂ）を添加するほど鋼材の延
性が低下することが知られており、ホウ素の添加が１重
量％を越えるとこの延性の低下によって圧延が困難とな
る。特に、角筒体によって燃料貯蔵セルを構成するタイ
プのラックにおいては、この角筒体の製造が困難とな
る。また鋼材中に比較的低融点（１２８８℃）であるボ
ライド（Ｆｅ,Ｃｒ）₂Ｂが発生し、通常の約１３００℃
付近における圧延を行うとボライドが溶融してしまうの
で、同様に圧延が困難となる。

【０００６】一方、公知技術においては、中性子吸
収能力の大きい¹⁰Ｂを同位体濃縮してステンレス鋼の鋼
材に添加することにより、天然ホウ素を添加する場合よ
りも少ない添加量で同程度の中性子吸収能力を確保でき
るので、添加するホウ素（¹⁰Ｂ又は¹¹Ｂ）の量を１重量
％以下とすることができ上記の問題を解決できる。しか
しながら、これら公知技術においては、逆に添加ホ
ウ素（¹⁰Ｂ又は¹¹Ｂ）の量が少なくなって一定値より小
さくなると、鋼材の高温割れ感受性が高くなり拘束状態
によっては溶接割れが発生しやすくなること、及び、添
加ホウ素全体の量に対する¹⁰Ｂの割合が大きくなって一
定値を越えると、使用期間中に中性子照射により発生す
るヘリウムによって材料の劣化が発生するおそれがある
こと、について配慮されていない。

【０００７】また、公知技術は、従来、使用済燃料貯
蔵ラックの材料として用いられていたホウ素を添加しな
いオーステナイト系ステンレス鋼（以下適宜、ＳＵＳ３
０４という）についてＪＩＳ規格で仕様として定められ
ていた伸び量（＝４０％）に対して、ホウ素を添加した
オーステナイト系ステンレス鋼においても同様の伸び量
が得られるように添加ホウ素の量を数値的に限定したも
のである。ホウ素添加ステンレス鋼材に関するＪＩＳ規
格は現在定められていないものの、ホウ素添加ステンレ
ス鋼はＳＵＳ３０４とは別材料であるので、ＳＵＳ３０
４のＪＩＳ規格の値をそのままホウ素添加ステンレス鋼
に適用するのは妥当でない。すなわち、仮に従来のＳＵ
Ｓ３０４のＪＩＳ規格よりも低い伸び量（例えば２０
％）のホウ素添加ステンレス鋼材を用いたとしても、そ
の低い伸び量の範囲内において曲げ加工等を行いラック
を製作すれば、ラックとしての安全性は十分確保される
からである。また、加工性を表す指標として、母材であ
るホウ素添加ステンレス鋼材の板圧ｔの２倍の半径Ｒ
（いわゆる２ｔＲ）における冷間曲げ加工性を基準とし
ているが、ラックの加工において曲げ部分を２ｔＲで製
作する必然性はなんら存在せず、もっと緩やかな条件
（例えば２.４ｔＲ等）で製作すれば足りる。さらに、
溶接部について、ＪＩＳ規格において溶接確認試験とし
て必要とされている２ｔＲ曲げ試験を指標としている
が、角筒体の製作においては、平板部分（例えば角筒体
の壁面部）で溶接すれば良く、上記２ｔＲ曲げ試験を判
定基準とする必然性はなんら存在しない。すなわち、こ
のような理由によってホウ素の添加量を数値的に限定す
る必要性はないと考えられる。本発明の目的は、鋼材の
圧延を容易とし溶接時の高温割れ感受性を低減しかつ中
性子照射時の材料劣化の可能性を軽減しつつ、使用済燃
料集合体の貯蔵効率の向上を図れる使用済燃料貯蔵ラッ
クを提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明によれば、それぞれが同一の正方形の水平断
面形状を備え１つの使用済燃料集合体を収容する、正方
格子状に配列された複数の燃料貯蔵セルと、互いに隣り
合う燃料貯蔵セルと燃料貯蔵セルとを仕切る境界面を形
成するホウ素を含有したオーステナイト系ステンレス鋼
材とを有する使用済燃料貯蔵ラックにおいて、前記ステ
ンレス鋼材の成分は、そのステンレス鋼材に添加するホ
ウ素の前記ステンレス鋼材に対する重量％をｘ％、その
添加されたホウ素中に含まれる¹⁰Ｂの前記添加されたホ
ウ素全体に対する重量％をｙ％とすると、０.５≦ｘ≦
１ かつ −３４.４ｘ＋５３.２≦ｙ≦−８０ｘ＋１２
０を満たしていることを特徴とする使用済燃料貯蔵ラッ
クを提供することにより解決される。

【０００９】好ましくは、前記使用済燃料貯蔵ラックに
おいて、前記複数の燃料貯蔵セルの少なくとも一部は、
市松模様状に互いに一定間隔で配列された前記ステンレ
ス鋼材製の複数の角筒体により形成されていることを特
徴とする使用済燃料貯蔵ラックを提供することにより解
決される。

【００１０】また好ましくは、前記使用済燃料貯蔵ラッ
クにおいて、前記複数の燃料貯蔵セルの少なくとも一部
は、千鳥状に互いに一定間隔で配列された前記ステンレ
ス鋼材製の複数の角筒体により形成されていることを特
徴とする使用済燃料貯蔵ラックを提供することにより解
決される。

【００１１】さらに好ましくは、前記使用済燃料貯蔵ラ
ックにおいて、前記複数の燃料貯蔵セルは、前記ステン
レス鋼材を互いに一定間隔で格子状に組み合わせること
により形成されていることを特徴とする使用済燃料貯蔵
ラックを提供することにより解決される。

【００１２】

【作用】以上のように構成した本発明においては、使用
済燃料貯蔵ラックに用いるステンレス鋼材の成分を、そ
のステンレス鋼材に添加するホウ素のステンレス鋼材に
対する重量％をｘ％、その添加されたホウ素中に含まれ
る¹⁰Ｂの添加されたホウ素全体に対する重量％をｙ％と
して、０.５≦ｘ≦１ かつ −３４.４ｘ＋５３.２≦
ｙ≦−８０ｘ＋１２０とすることにより、鋼材の圧延を
容易とし、溶接時の高温割れ感受性を低減し、かつ中性
子照射時の材料劣化の可能性を軽減しつつ、燃料集合体
をより高密度に収容可能とできる。その理由は、以下の
ようである。すなわち、セル内のり寸法Ｌ_i＝１５２ｍ
ｍとして使用済燃料集合体を最密接配置した場合にラッ
クとして必要な所定の中性子吸収能力を求め、その中性
子吸収能力を得るために必要かつ十分な単位体積当たり
の中性子吸収能力を算出すると、通常通り厚さ３ｍｍ〜
５ｍｍの鋼材を用いる場合には、−３４.４ｘ＋５３.２
≦ｙ≦−８０ｘ＋１２０の範囲となる。また、延性の低
下により圧延が困難となる領域がｘ＞１、高温割れ感受
性が増大する領域がｘ＜０.５、ヘリウム脆化が発生す
る領域がｙ＞８０である。よって以上すべての条件を考
慮すると、０.５≦ｘ≦１ かつ −３４.４ｘ＋５３.
２≦ｙ≦−８０ｘ＋１２０の領域において、上記の作用
を得ることができる。

【００１３】また、複数の燃料貯蔵セルを、市松模様状
に互いに一定間隔で配列されたステンレス鋼材製の複数
の角筒体により形成するか、若しくは、千鳥状に互いに
一定間隔で配列されたステンレス鋼材製の複数の角筒体
により形成するか、ステンレス鋼材を互いに一定間隔で
格子状に組み合わせることにより形成することにより、
使用済燃料貯蔵ラックを実現できる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例を図１〜図９により説
明する。本発明の第１の実施例を図１〜図８により説明
する。本実施例の使用済燃料貯蔵ラックを図２に示す。
図２において、本実施例の使用済燃料貯蔵ラック５は、
図示しない燃料貯蔵プールの一画にボルト１７で固定さ
れたベース１６と、ベース１６の上に市松模様状（すな
わち千鳥状）に互いに一定間隔で配列された角筒体８
と、最も外側の列の角筒体８と角筒体８との間の側面に
固定される垂直板１９とを有する。

【００１５】角筒体８の水平断面詳細構造を図３に示
す。図３において、角筒体８は、ホウ素を含有したオー
ステナイト系ステンレス鋼材（以下適宜、単に鋼材とい
う）で構成されており、内のり寸法Ｌ_i＝１５２ｍｍ、
板厚ｔ＝３ｍｍである。これらの角筒体８がピッチｐ＝
１５５ｍｍをもって順次溶接等により固定され、多数個
の燃料貯蔵セル３を形成している。また垂直板１９も角
筒体８と同様の鋼材で構成されており、一部の燃料貯蔵
セル３は、この垂直板１９と角筒体８とによっても形成
される。すなわち、角筒体８及び垂直板１９に用いられ
る鋼材が、互いに隣り合う燃料貯蔵セル３と燃料貯蔵セ
ル３とを仕切る境界面をなす。

【００１６】このようにして構成される燃料貯蔵セル３
の概念図を図４に示す。図４において、角筒体８により
あるいは角筒体８と垂直板１９とにより形成される燃料
貯蔵セル３は、図示するような正方格子状に配列され
る。そしてそれぞれの燃料貯蔵セル３は、縦方向のセル
内のり寸法Ｌ₁とその直角方向である横方向のセル内の
り寸法Ｌ₂とがともにＬ_i（＝１５２ｍｍ）となって等し
くなり、すなわちすべて同一の正方形の水平断面形状を
有する。またこれら燃料貯蔵セル３のそれぞれにつき１
つの使用済燃料６が垂直に保持されて収容される。

【００１７】また本実施例の使用済燃料貯蔵ラック５の
角筒体８及び垂直板１９に用いられる鋼材において、そ
の鋼材に添加されるホウ素の量は、鋼材に対する重量パ
ーセントで０.７５％であり、またその添加されたホウ
素中に含まれる¹⁰Ｂの割合は、添加ホウ素全体に対する
重量パーセントで６０％である。

【００１８】本実施例の使用済燃料貯蔵ラック５は、鋼
材に含まれるホウ素の量、及びそのホウ素中に含まれる
¹⁰Ｂの割合を最適化することにより、鋼材の圧延を容易
とし、溶接時の高温割れ感受性を低減し、かつ中性子照
射時の材料劣化の可能性を軽減しつつ、燃料集合体をよ
り高密度に収容可能として貯蔵効率の向上を図るもので
ある。以下、この原理を詳細に説明する。

【００１９】通常、使用済燃料貯蔵ラック５に用いられ
るステンレス鋼の厚さｔは３ｍｍ〜５ｍｍが一般的であ
る。ここで、使用済燃料貯蔵ラック５において、高密度
化による貯蔵効率の向上を図るべく、セル３の内のり寸
法Ｌ_i（図３参照）を小さくし使用済燃料集合体６を最
も接近させて配置する構成を考えた場合、使用済燃料集
合体６の外観寸法上、幾何学的にはセル内のり寸法Ｌ_i
を１５２ｍｍまで縮小可能である。そしてこのときの燃
料集合体どうしの中心線間隔（＝ピッチｐ）は、鋼材厚
さｔ＝３ｍｍでｐ＝１５５ｍｍ、鋼材厚さｔ＝５ｍｍで
ｐ＝１５７ｍｍまで近づけることが可能である。しかし
ながら、使用済燃料集合体６どうしを近づけるほど使用
済燃料が臨界に達する可能性が大きくなるので、これに
応じて鋼材の中性子吸収能力を燃料の未臨界性を維持で
きる程度にまで大きくしなければならない。例えば１重
量％以下の天然ホウ素（１８.８重量％の¹⁰Ｂと８１.２
重量％の¹¹Ｂとからなる）を添加した厚さｔ＝３ｍｍの
オーステナイト系ステンレス鋼材を用いる場合、中性子
吸収能力が比較的小さいことから、ピッチｐを上記の幾
何学的限界である１５５ｍｍまで近づけることはでき
ず、最低１６０ｍｍが必要となる。逆に言えば、天然ホ
ウ素の添加量を１重量％より大きくすれば、中性子吸収
能力が大きくなるのでピッチｐを１６０ｍｍより小さく
することができることになる。すなわち例えば、天然ホ
ウ素を２.１重量％添加した厚さｔ＝３ｍｍの鋼材で角
筒体８を構成すれば、ピッチｐ＝１５５ｍｍ（内のり寸
法Ｌ_i＝１５２ｍｍ）とすることができる。ここで一
方、天然ホウ素に含まれる¹⁰Ｂは¹¹Ｂよりも中性子吸収
能力が大きい性質を有しているので、この¹⁰Ｂを同位体
濃縮して¹⁰Ｂのみを鋼材に添加するか又は天然ホウ素よ
りも多い割合で¹⁰Ｂを含むようなホウ素を鋼材に添加す
れば、天然ホウ素を添加する場合よりも少ないホウ素添
加量で同程度の中性子吸収能力を得ることができる。す
なわち、鋼材中のホウ素量は１重量％以下としつつ、中
性子吸収能力は１重量％以上の鋼材と同等となる。

【００２０】本願発明者等は、燃料貯蔵セル３のピッチ
ｐを可能な限り小さくし使用済燃料集合体の貯蔵効率を
向上させる観点から、上記したステンレス鋼材に添加さ
れるホウ素（¹⁰Ｂ又は¹¹Ｂ）の量と、そのホウ素中に含
まれる¹⁰Ｂの割合との関係を検討したところ、図５に示
す結果を得た。図５は、鋼材に対して添加するホウ素（
¹⁰Ｂ又は¹¹Ｂ）の量を横軸（ｘ軸）に、そのホウ素中に
含まれる¹⁰Ｂの割合を縦軸（ｙ軸）にとって表したもの
である。

【００２１】図５において、図中右方ほどホウ素の添加
量が多くなり、また図中上方ほど¹⁰Ｂの割合が多くなる
ので、すなわち、図中左下から右上にいくほど中性子吸
収能力が大きくなることを示している。また、ｘ軸であ
るホウ素の量とｙ軸である¹⁰Ｂの量とには、中性子吸収
能力に関する一定の相関関係があり、例えば天然ホウ素
（¹⁰Ｂを１８.８重量％含む）を１.０重量％添加した場
合に相当する点Ｂは、¹⁰Ｂを３６重量％含むホウ素を
０.５重量％添加した場合に相当する点Ｅと中性子吸収
能力が等しく、すなわち直線ＥＢ（式：ｙ＝−３４.４
ｘ＋５３.２で表される）上の点はすべて中性子吸収能
力が等しい。同様に、¹⁰Ｂを８０重量％含むホウ素を
０.５重量％添加した場合に相当する点Ｄは、¹⁰Ｂを４
０重量％含むホウ素を１.０重量％添加した場合に相当
する点Ｆと中性子吸収能力が等しく、すなわち直線
（式：ｙ＝−８０ｘ＋１２０で表される）上の点はすべ
て中性子吸収能力が等しい。この２つの線は、まず、セ
ル内のり寸法Ｌ_iを最も小さいＬ_i＝１５２ｍｍとして使
用済燃料集合体６を最密接配置した場合に、使用済燃料
貯蔵ラック５全体として必要な所定の中性子吸収能力を
求め、次に、これよりその全体の中性子吸収能力を得る
ために必要な単位体積当たりの中性子吸収能力（鋼材の
厚さによって異なる値となる）を算出し、その後、ｔ＝
３ｍｍとｔ＝５ｍｍの場合についてそれぞれの単位体積
当たり中性子吸収能力を表す直線を図示したものであ
る。すなわち、直線ＤＦ（ｙ＝−３４.４ｘ＋５３.２）
は角筒体８及び垂直板１９を厚さｔ＝３ｍｍの鋼材で製
造する場合に必要かつ十分である単位体積当たり中性子
吸収能力を表す線であり、また直線ＥＢ（ｙ＝−８０ｘ
＋１２０）は、角筒体８及び垂直板１９を厚さｔ＝５ｍ
ｍの鋼材で製造する場合に必要かつ十分である単位体積
当たり中性子吸収能力を表す線である。

【００２２】よって、通常通り厚さｔ＝３ｍｍ〜５ｍｍ
の鋼材で角筒体８及び垂直板１９を構成する場合には、
図１に示すこの２つの直線に挟まれた領域（−３４.４
ｘ＋５３.２≦ｙ≦−８０ｘ＋１２０：斜線部分）にお
けるある点のホウ素量及び¹⁰Ｂの割合の組み合わせ（＝
単位体積当たり中性子吸収能力値）を選択すればよい。
これによって、その点を通過する直線ＤＦ・直線ＥＢの
ような単位体積当たり中性子吸収能力を表すある右下が
りの直線が選択され、その単位体積当たり中性子吸収能
力値に対応して必要かつ十分な鋼材の厚さｔ（３ｍｍ≦
ｔ≦５ｍｍ）が自動的に定まる。そしてその厚さｔの角
筒体８及び垂直板１９は、前述したような、使用済燃料
集合体６を配置した場合にラック全体として必要な所定
の中性子吸収能力を備えていることとなる。

【００２３】一方、本願発明者等は、鋼材に添加される
ホウ素（¹⁰Ｂ又は¹¹Ｂ）やそのホウ素中に含まれる¹⁰Ｂ
の割合に関し、その添加量・添加割合によっては鋼材に
とって好ましくない現象（延性低下による圧延困難・
高温割れ感受性の増大・ヘリウム脆化の発生）が発
生する領域が存在することを考慮し、これら添加量・添
加割合と〜の現象との関係を検討し、図６に示す結
果を得た。以下、順を追ってこれらの領域について詳細
に説明する。 延性の低下により圧延が困難となる領域 例えば、「Boron-containing stainless steels for nu
clear fuel storage and transportation」(K.J.King a
nd J.Wilkinson, STAINLESS STEEL '84(P368-378)Insti
tute of Metals(1985))」等に記載されているように、
ホウ素を含有したオーステナイト系ステンレス鋼におい
て、含有させるホウ素量を増加させていくと伸びが低下
することが一般に知られている。これを図７に示す。ま
た、硬度の高いボライド（Ｆｅ,Ｃｒ）₂Ｂの存在比が高
くなり変形抵抗が増すことから、ステンレス鋼材を圧延
により加工することが困難となり、また角筒体８を製造
する際に曲げ加工して成形することが困難となる。さら
に鋼材中に存在するボライド（Ｆｅ,Ｃｒ）₂Ｂは比較的
低融点（１２８８℃）であるため、通常の約１３００℃
以上で圧延を行うとボライドが溶融してしまうので、や
はり圧延による鋼材の加工が困難となる。本願発明者等
は、このホウ素の含有量と圧延加工の困難性との関係に
関して、上記文献等の記載を考慮しつつ、実際にホウ素
の添加量を変えて検討を行った結果、ホウ素含有量が１
重量％を超えると圧延が困難となることがわかった。

【００２４】高温割れ感受性の増大する領域 一方、例えば、(a)「THE ARCWELDING OF AUSTENITIC CH
ROMIUM-NICKEL STEELSALLOYED WITH BORON」(E.V.PROZO
ROVSKII and G.L.PETROV, Avt. Svarka. 1966. No.1 pp
1-5 )、(b)「ボロン添加ＳＵＳ３０４鋼溶接部の高温割
れ感受性評価」(本願発明者ほか、溶接学会春期全国大
会1992-4)、(c)「ＢＷＲ用超稠密使用済燃料貯蔵ラック
の開発」(本願発明者ほか、火力原子力発電 1992-6 No.
429 vol.43)等に記載されているように、ホウ素を含有
したオーステナイト系ステンレス鋼において、含有させ
るホウ素量を減少させていくと、一定値以下になると高
温割れ感受性が増大し、溶接時に拘束状態によっては割
れが発生しやすくなることが知られている。文献(a)で
はホウ素含有量０.３５重量％以下が問題であると結論
づけている。また文献(b)(c)における高温割れ感受性と
ホウ素添加量との関係を図８に示す。図８は、ステンレ
ス鋼材に含まれるホウ素の量を変化させ、付加ひずみε
＝１.０％の条件でバレストレイン試験を行ったときの
全割れ長さの変化を示したものである。高温割れ感受性
の大きさを表す全割れ長さは、ホウ素の添加とともに増
大し、ホウ素量０.２重量％付近でピークを迎え、それ
以降はホウ素添加量を増加しても減少する傾向を示して
いる。本願発明者等は、上記文献等の記載を考慮し検討
を加えた結果、ホウ素含有量が０.５重量％未満となる
と高温割れ感受性が増大することを確認している。

【００２５】なお、以上までのの検討の結果では、
使用済燃料貯蔵ラック製造に適するホウ素含有量は０.
５重量％以上１重量％以下ととなるが、このことは、前
出の文献「Boron-containing stainless steels for nuc
lear fuel storage and transportation」(K.J.King and
J.Wilkinson著、STAINLESS STEEL '84(P368-378)Insti
tute of Metals(1985)編)の中でも述べられている。

【００２６】ヘリウム脆化の発生する領域 例えば、「原子炉材料ハンドブック p572〜p575」等に
記載されているように、使用済燃料貯蔵ラックのステン
レス鋼材は、使用期間中において燃料からの中性子照射
にさらされて材料が劣化し、強度が低下する。特に問題
となるヘリウム発生による材料の劣化（ヘリウム脆化）
は、ヘリウム原子と金属組成原子の比である原子比１０
^-7程度から顕著となることが知られている。よって、発
生するヘリウム量を、最大でも原子比が上記値の約半分
の５×１０^-8程度にすることが望ましい。上記原子比の
値５×１０^-8は含有ホウ素中の¹⁰Ｂの割合に換算すると
８０％に該当するので、すなわちステンレス鋼材に添加
されるホウ素中の¹⁰Ｂの割合が８０％以下であれば、ヘ
リウム脆化の影響は低減できることとなる。

【００２７】上記〜を考慮し、本発明の適用領域を
考えた場合、でホウ素含有量が１重量％を超える領域
（ｘ＞１.０）が除外され、でホウ素含有量が０.５重
量％未満の領域（ｘ＜０.５）が除外され、またで¹⁰
Ｂの割合が８０重量％を超える領域（ｙ＞８０）が除外
されるので、これらの弊害がない領域としては、０.５
≦ｘ≦１.０かつ０≦ｙ≦８０、すなわち図６中、四角
形ＡＢＣＤの領域となる。

【００２８】以上における図５及び図６を用いた検討に
より、鋼材の圧延を容易とし、溶接時の高温割れ感受性
を低減し、かつ中性子照射時の材料劣化の可能性を軽減
しつつ、燃料集合体をより高密度に収容可能として貯蔵
効率の向上を図る、本発明の適用領域としては、図１に
示すように、０.５≦ｘ≦１ かつ −３４.４ｘ＋５
３.２≦ｙ≦−８０ｘ＋１２０ の領域（すなわち台形
ＥＢＣＤの領域）とするのが有効であることがわかっ
た。

【００２９】本実施例の使用済燃料貯蔵ラック５におい
ては、角筒体８及び垂直板１９の板厚ｔ＝３ｍｍであ
る。また鋼材に添加されるホウ素の量は０.７５重量
％、添加ホウ素中の¹⁰Ｂの割合は６０重量％であって図
１中の点Ｇで表され、すなわち上記の領域に属してい
る。従って、鋼材の圧延及び角筒体の成形を容易とし、
溶接時の高温割れ感受性を低減し、かつ中性子照射時の
材料劣化の可能性を軽減しつつ、燃料集合体をより高密
度に収容可能として貯蔵効率の向上を図ることができ
る。よって燃料貯蔵プールという限られたスペースを有
効利用することができる。また、１００重量％まで濃縮
した10Ｂ濃縮ホウ素を含有したオーステナイト系ステン
レス鋼を用いる場合に比し濃縮の程度が小さくコストダ
ウンできるので、経済性に優れた材料とすることができ
る。

【００３０】本発明の第２の実施例を図９により説明す
る。本実施例は、角筒体で燃料貯蔵セルを構成するので
はなく、鋼材を格子状に組み合わせて構成するタイプの
貯蔵ラックの実施例である。第１の実施例と同等の部材
には同等の符号を付す。本実施例の使用済燃料貯蔵ラッ
ク１５の水平断面詳細構造を図９に示す。図９に示す本
実施例の使用済燃料貯蔵ラック１５において、多数個の
燃料貯蔵セル３は、互いに一定間隔で格子状に組み合わ
されたホウ素含有オーステナイト系ステンレス鋼材１０
によって構成されており、この鋼材１０が、互いに隣り
合う燃料貯蔵セル３と燃料貯蔵セル３とを仕切る境界面
をなしている。

【００３１】また第１の実施例と同様、鋼材１０は板厚
ｔ＝３ｍｍであり、鋼材１０に添加されるホウ素の量
は、鋼材１０に対する重量パーセントで０.７５％であ
り、またその添加されたホウ素中に含まれる¹⁰Ｂの割合
は、添加ホウ素全体に対する重量パーセントで６０％で
ある。また燃料貯蔵セル３の内のり寸法Ｌ_i＝１５２ｍ
ｍ、ピッチｐ＝１５５ｍｍとなっている。本実施例のよ
うに格子状の鋼材１０で形成される燃料貯蔵セル３にお
いても、角筒体８及び垂直板１９によって形成される燃
料貯蔵セル３における第１の実施例と同様の原理が成り
立つ。すなわち、鋼材の圧延を容易とし、溶接時の高温
割れ感受性を低減し、かつ中性子照射時の材料劣化の可
能性を軽減しつつ、燃料集合体をより高密度に収容可能
として貯蔵効率の向上を図る領域としては、鋼材１０に
対して添加するホウ素（¹⁰Ｂ又は¹¹Ｂ）の量を横軸（ｘ
軸）に、そのホウ素中に含まれる¹⁰Ｂの割合を縦軸（ｙ
軸）にとって表したとき、０.５≦ｘ≦１ かつ −３
４.４ｘ＋５３.２≦ｙ≦−８０ｘ＋１２０ の領域とす
るのが有効である。

【００３２】本実施例の使用済燃料貯蔵ラック１５にお
いては、上記したようにこの領域に属しているので、第
１の実施例と同様の効果を得ることができる。

【００３３】

【発明の効果】本発明によれば、使用済燃料貯蔵ラック
に用いるステンレス鋼材の成分を、そのステンレス鋼材
に添加するホウ素のステンレス鋼材に対する重量％をｘ
％、その添加されたホウ素中に含まれる¹⁰Ｂの添加され
たホウ素全体に対する重量％をｙ％として、０.５≦ｘ
≦１ かつ −３４.４ｘ＋５３.２≦ｙ≦−８０ｘ＋１
２０とするので、鋼材の圧延を容易とし、溶接時の高温
割れ感受性を低減し、かつ中性子照射時の材料劣化の可
能性を軽減しつつ、燃料集合体をより高密度に収容可能
とできる。よって燃料貯蔵プールという限られたスペー
スを有効利用することができる。また、１００重量％ま
で濃縮した10Ｂ濃縮ホウ素を含有したオーステナイト系
ステンレス鋼を用いる場合に比し濃縮の程度が小さくコ
ストダウンできるので、経済性に優れた材料とすること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】使用済燃料貯蔵ラックのステンレス鋼材へ添加
するホウ素の量及びそのホウ素中に含まれる¹⁰Ｂの割合
に関する、本発明の適用領域を示す図である。

【図２】本発明の第１の実施例の使用済燃料貯蔵ラック
の斜視図である。

【図３】角筒体の詳細構造を示す水平断面図である。

【図４】燃料貯蔵セルの概念図である。

【図５】ステンレス鋼材に添加されるホウ素の量と、そ
のホウ素中に含まれる¹⁰Ｂの割合との関係を示す図であ
る。

【図６】ステンレス鋼材に添加されるホウ素の量やその
ホウ素中に含まれる¹⁰Ｂの割合と、延性低下による圧延
困難・高温割れ感受性の増大・ヘリウム脆化の発生が発
生する領域との関係を示す図である。

【図７】ステンレス鋼材に添加されるホウ素の量と鋼材
の伸びとの関係を示す図である。

【図８】ステンレス鋼材に添加されるホウ素の量と高温
割れ感受性との関係を示す図である。

【符号の説明】

３ 燃料貯蔵セル ５ 使用済燃料貯蔵ラック ６ 使用済燃料集合体 ８ 角筒体 １０ ホウ素含有オーステナイト系ステンレス鋼材 １５ 使用済燃料貯蔵ラック １６ ベース １７ ボルト １９ 垂直板 Ｌ₁ セル内のり寸法 Ｌ₂ セル内のり寸法 Ｌ_i セル内のり寸法 ｐ ピッチ ｔ 板厚

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成６年７月６日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図面の簡単な説明

【補正方法】変更

【補正内容】

【図面の簡単な説明】

【図１】使用済燃料貯蔵ラックのステンレス鋼材へ添加
するホウ素の量及びそのホウ素中に含まれる¹⁰Ｂの割合
に関する、本発明の適用領域を示す図である。

【図２】本発明の第１の実施例の使用済燃料貯蔵ラック
の斜視図である。

【図３】角筒体の詳細構造を示す水平断面図である。

【図４】燃料貯蔵セルの概念図である。

【図５】ステンレス鋼材に添加されるホウ素の量と、そ
のホウ素中に含まれる¹⁰Ｂの割合との関係を示す図であ
る。

【図６】ステンレス鋼材に添加されるホウ素の量やその
ホウ素中に含まれる¹⁰Ｂの割合と、延性低下による圧延
困難・高温割れ感受性の増大・ヘリウム脆化の発生が発
生する領域との関係を示す図である。

【図７】ステンレス鋼材に添加されるホウ素の量と鋼材
の伸びとの関係を示す図である。

【図８】ステンレス鋼材に添加されるホウ素の量と高温
割れ感受性との関係を示す図である。

【図９】本発明の第２の実施例による使用済燃料貯蔵ラ
ックの詳細構造を示す水平断面図である。

【符号の説明】 ３ 燃料貯蔵セル ５ 使用済燃料貯蔵ラック ６ 使用済燃料集合体 ８ 角筒体 １０ ホウ素含有オーステナイト系ステンレス鋼材 １５ 使用済燃料貯蔵ラック １６ ベース １７ ボルト １９ 垂直板 Ｌ₁ セル内のり寸法 Ｌ₂ セル内のり寸法 Ｌ_i セル内のり寸法 ｐ ピッチ ｔ 板厚

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 それぞれが同一の正方形の水平断面形状
   を備え１つの使用済燃料集合体を収容する、正方格子状
   に配列された複数の燃料貯蔵セルと、互いに隣り合う燃
   料貯蔵セルと燃料貯蔵セルとを仕切る境界面を形成する
   ホウ素を含有したオーステナイト系ステンレス鋼材とを
   有する使用済燃料貯蔵ラックにおいて、 前記ステンレス鋼材の成分は、そのステンレス鋼材に添
   加するホウ素の前記ステンレス鋼材に対する重量パーセ
   ントをｘ％、その添加されたホウ素中に含まれる¹⁰Ｂの
   前記添加されたホウ素全体に対する重量パーセントをｙ
   ％とすると、 ０.５≦ｘ≦１ かつ −３４.４ｘ＋５３.２≦ｙ≦−８０ｘ＋１２０ を満たしていることを特徴とする使用済燃料貯蔵ラッ
   ク。
2. 【請求項２】 請求項１記載の使用済燃料貯蔵ラックに
   おいて、前記複数の燃料貯蔵セルの少なくとも一部は、
   市松模様状に互いに一定間隔で配列された前記ステンレ
   ス鋼材製の複数の角筒体により形成されていることを特
   徴とする使用済燃料貯蔵ラック。
3. 【請求項３】 請求項１記載の使用済燃料貯蔵ラックに
   おいて、前記複数の燃料貯蔵セルの少なくとも一部は、
   千鳥状に互いに一定間隔で配列された前記ステンレス鋼
   材製の複数の角筒体により形成されていることを特徴と
   する使用済燃料貯蔵ラック。
4. 【請求項４】 請求項１記載の使用済燃料貯蔵ラックに
   おいて、前記複数の燃料貯蔵セルは、前記ステンレス鋼
   材を互いに一定間隔で格子状に組み合わせることにより
   形成されていることを特徴とする使用済燃料貯蔵ラッ
   ク。