JPH08194098A - 使用済核燃料の貯蔵方法及び貯蔵容器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 使用済核燃料被覆管の貯蔵時の健全性をよ
り確実に確保でき、燃料貯蔵効率を向上でき、設備
コストを低減でき、収納効率を向上できる。 【構成】 使用済核燃料の貯蔵容器を、鋼製容器本体８
と、同鋼製容器本体８を密封する一次蓋９及び二次蓋１
２と、これらの鋼製容器本体８と一次蓋９及び二次蓋１
２との間をシールするシール部材１１、１４と、同シー
ル部材１４の水への接触を防止する防水手段１７とによ
り構成し、鋼製容器本体８の内部を乾燥状態にして、そ
の中に使用済核燃料を収納し、一次蓋９及び二次蓋１２
により密封して、同鋼製容器本体８を水中に保管するこ
とにより、「非腐蝕環境」と「低温環境」とを同時に満
足させて、使用済核燃料被覆管の貯蔵時の健全性をより
確実に確保できるようにしている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、使用済核燃料の貯蔵方
法及び貯蔵容器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、使用済核燃料の貯蔵方式として
は、湿式及び乾式の２種類があり、それぞれには、次の
特徴がある。 （１）湿式貯蔵方式 この湿式貯蔵方式は、原子力発電所の使用済核燃料貯蔵
プールに代表される方式であり、原子炉から取り出した
核燃料を直接水プール内の貯蔵用ラックに格納するもの
である。

【０００３】この湿式貯蔵方式には、次の長所がある。 大量の水により使用済核燃料から発生する崩壊熱を
効率よく除去できるため、使用済核燃料被覆管の温度を
低く抑えることが可能になり、クリープ歪等の問題を回
避できる上に、収納効率がよい。 水により、使用済核燃料から発生する中性子を効率
よく遮蔽することができる。

【０００４】一方、このこの湿式貯蔵方式には、次の短
所がある。 使用済核燃料が直接水に接するため、燃料被覆管に
とっては、腐蝕環境になっている。 燃料被覆管が破損した場合に漏洩する放射性核種の
第１次バウンダリが水であること、及び燃料被覆管は健
全であっても、燃料被覆管に付着しているクラッド等が
剥離して、水を汚染する可能性があることから、プール
水の浄化系が不可欠であり、水質の厳重な管理が要求さ
れる。

【０００５】 汚染の可能性のあるプール水を保持す
るコンクリート壁は、第２次バウンダリとなるため、壁
内面に耐腐蝕性鋼板等のライニングが必要になり、上記
浄化系が不可欠な点と相挨って設備投資が増大する。 上記に関連してガス状の放射性核種が放出された
場合、水中に保持されずに空気中に放出されるため、プ
ールは、空気浄化設備を有する建屋内に設置する必要が
あり、管理及び設備投資が増大する。 （２）乾式貯蔵方式 使用済核燃料の乾式貯蔵方式としては、キヤスク貯蔵方
式（図３参照）、ボールト貯蔵方式（図４参照）、及び
コンクリートサイロ貯蔵方式（図５参照）の３つの方式
が実用化段階にある。何れの方式も、使用済核燃料を鋼
製容器に乾燥状態で封入し、自然空冷方式により崩壊熱
の除去を行っている。

【０００６】これら各方式の主な違いは、上記キヤスク
貯蔵方式では、複数の燃料集合体を鋼製容器に収納し、
中性子遮蔽を高分子材料により行っている。上記ボール
ト貯蔵方式では、１体の燃料集合体を鋼製容器に収納
し、中性子遮蔽をコンクリート等により行っている。

【０００７】上記コンクリートサイロ貯蔵方式では、複
数の燃料集合体を鋼製容器に収納し、中性子遮蔽をコン
クリートにより行っている。この乾式貯蔵方式には、次
の長所がある。 原則として放射性核種に対する１次密封境界は、鋼
製容器であるため、周囲の空気浄化系等の設備が不要で
ある。

【０００８】 鋼製容器内は、乾燥状態であり、燃料
被覆管の腐蝕の観点からは有利である。一般に容器内に
は、Ｈｅ等の不活性ガスを封入して、さらに腐蝕性の向
上を図っている。一方、このこの乾式貯蔵方式には、次
の短所がある。 自然空冷により崩壊熱の除去を行うため、除熱効果
が悪くて、燃料収納効率の低下を招いている。さらに鋼
製容器内も乾燥状態であるため、除熱性を考慮した内部
収納構造にする必要があり、構造が複雑化する。

【０００９】 除熱性の低下は、燃料被覆管の温度上
昇に繋がり、クリープ腐蝕等の要因になる可能性があ
り、これが長期にわたり健全性を維持する観点から不確
定要素になる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】前記従来の使用済核燃
料の貯蔵方法を要約すると、 湿式貯蔵方式＝低温×腐蝕環境 乾式貯蔵方式＝高温×非腐蝕環境 という相反する要素の組み合わせになり、燃料被覆管の
健全性を担保する観点からは一長一短になっていること
が判る。

【００１１】これらの問題に対しては、乾式貯蔵方式と
湿式貯蔵方式とを組み合わせて、「低温×非腐蝕環境」
を作り出すことにより、長期間貯蔵時の燃料被覆管の健
全性をより確実に確保する必要がある。同時に鋼製乾式
貯蔵容器そのものを水中に保管することにより、除熱性
の向上を図るだけでなく、中性子遮蔽を効率的に行う。
また放射性核種（固体、気体）に対する密封境界を鋼製
容器とすることにより、水質管理等を不要にする必要が
ある。

【００１２】本発明は前記の必要性を充足するものであ
り、その目的とする処は、使用済核燃料被覆管の貯蔵
時の健全性をより確実に確保でき、燃料貯蔵効率を向
上でき、設備コストを低減でき、燃料収納効率を向
上できる使用済核燃料の貯蔵方法及び貯蔵容器を提供し
ようとする点にある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の使用済核燃料の貯蔵方法は、内部を乾燥
状態にした鋼製容器本体に使用済核燃料を収納し、蓋に
より密封して、同鋼製容器本体を水中に保管することを
特徴としている（請求項１）。また本発明の使用済核燃
料の貯蔵容器は、鋼製容器本体と、同鋼製容器本体を密
封する蓋と、これらの鋼製容器本体と蓋との間をシール
するシール部材と、同シール部材の水への接触を防止す
る防水手段とを具えている（請求項２）。

【００１４】

【作用】本発明は前記のように構成されており、「非腐
蝕環境」と「低温環境」とを同時に満足させて、使用済
核燃料被覆管の貯蔵時の健全性をより確実に確保してい
る。即ち、 （１）内部を乾燥状態にした鋼製容器本体に使用済核燃
料を収納して、蓋により密封し、同鋼製容器本体を水中
に保管して、湿分と隔離することにより、燃料被覆管に
対して非腐蝕環境とする。

【００１５】なお鋼製容器内にＨｅ等の不活性ガスを封
入すれば、この環境がさらに改善される。また複数本の
使用済核燃料を収納する場合は、鋼製容器内に仕切板を
設けて、これら使用済核燃料の保持スペースを確保す
る。この仕切板（バスケット）は、未臨界性及び内部か
ら容器内面までの除熱性を考慮して構造、材質を選定す
るが、一般に貯蔵用キヤスクで採用されている方式のも
のでよい。 （２）前記鋼製容器を保管するプール内の水は、使用済
核燃料から発生する崩壊熱を容器表面から除去すると同
時に中性子の遮蔽を行う。通常の乾式貯蔵方式における
鋼製容器からの除熱は、大気中への自然放冷により行わ
れるが、本発明では、冷却媒体が水であり、冷却性能が
格段に向上して、鋼製容器内の温度が空冷の場合に比べ
て低く保持され、これにより、使用済核燃料被覆管の熱
によるクリープ等の危険性が低減する。

【００１６】また水は、中性子に対して最も効率の高い
遮蔽材であり、大量の水の存在は、中性子遮蔽管理を軽
減させるのに有効な手段である。なおプールは、前記鋼
製容器を保持する構造を有している。 （３）燃料被覆管が万一破損し、放射性核種が漏洩した
場合の密封バウンダリが鋼製容器である。しかも鋼製容
器が、鋼製容器本体と、同鋼製容器本体を密封する蓋
と、これらの鋼製容器本体と蓋との間をシールするシー
ル部材と、同シール部材の水への接触を防止する防水手
段とを具えており、蓋のシール部材が破損した場合で
も、核種がプール水中に漏洩することがない。従ってプ
ール水は、放射性核種或いは燃料被覆管表面に元々付着
しているクラッド等により汚染される可能性が殆どなく
て、通常の発電所内使用済核燃料プールで行っているよ
うな厳重な水質管理が不要になる。また気体状の放射性
核種に対しても鋼製容器が密封バウンダリになるので、
水中或いは大気へガスが直接放出されることがなくて、
当該プールを空気浄化系を具えた建屋内に設置する必要
がなくなる。

【００１７】

【実施例】次に本発明の使用済核燃料の貯蔵方法及び貯
蔵容器を図１、図２に示す一実施例により説明する。図
１（ａ）は本貯蔵方法の全体を示す側面図、図１（ｂ）
はその平面図、図２（ａ）は本貯蔵容器を示す縦断側面
図、図２（ｂ）は本貯蔵容器の一部横断平面図である。

【００１８】図１（ａ）（ｂ）の１が鋼製容器で、同鋼
製容器１は、プール壁２内に保持されたプール水３の中
に水没した状態で保管される。プール壁２には、鋼製容
器１を保持するための支持構造物４が取付けられてい
る。５が圧力監視センサで、同圧力監視センサ５は、鋼
製容器１内の圧力変動を検出し、その結果をケーブル６
を経由して監視盤７へ送って、鋼製容器１内の圧力変動
を監視する。

【００１９】プール水３は、鋼製容器１内に収納された
使用済核燃料から発生する崩壊熱の冷却媒体であり、中
性子遮蔽の役割も持っている。次に前記鋼製容器１を図
２（ａ）（ｂ）により具体的に説明すると、鋼製容器１
では、鋼製容器本体８と一次蓋９とにより一次密封境界
が構成されている。一次蓋９は、一次蓋取付ボルト１０
により鋼製容器本体８に固定され、互いの間のシール部
には、一次蓋ガスケット（シール部材）１１が装着され
ている。この一次蓋ガスケット１１には、耐久性を考慮
して金属ガスケットが使用されている。

【００２０】１２が二次蓋で、同二次蓋１２は、二次蓋
取付ボルト１３により鋼製容器本体８に固定されて、同
二次蓋１２が上記一次蓋９の上方に位置している。そし
て二次蓋１２と鋼製容器本体８との間のシール部には、
二次蓋ガスケット（シール部材）１４が装着されて、上
記一次蓋ガスケット１１とによりシール部が二重構造に
なっている。

【００２１】１９が一次蓋９と二次蓋１２との間に形成
された空間部、５が同空間部１９内に設置した圧力監視
センサ、６が二次蓋１２を貫通して圧力監視センサ５と
監視盤７とを接続するケーブル、１６が鋼製容器本体８
内に設置した使用済核燃料収納バスケットである。以上
の鋼製容器１は、従来の鋼製容器と実質的に同一であ
る。

【００２２】この鋼製容器１をそのまま水中に保管した
場合、二次蓋ガスケット１４は、水に曝されることにな
り、ガスケット材料の腐蝕が問題になる。このため、本
発明では、二次蓋１２をシール部も含めて防水カバー
（防水手段）１７により覆って、防水カバー１７の開口
部２０を鋼製容器本体８にシール溶接等により水密的に
取付け、防水カバー１７と二次蓋１４との間に密封空間
部を形成して、二次蓋ガスケット１４を水に接触させな
いようにしている。

【００２３】但し放射性核種に対する密封バウンダリ
は、あくまでも一次蓋ガスケット１１及び二次蓋ガスケ
ット１４であり、防水カバー開口部２０のシール部は、
水の侵入を防ぐ目的だけに存在している。前記鋼製容器
１は、単一または複数体の使用済核燃料を収納可能であ
り、一次蓋９と一次蓋ガスケット１１と二次蓋１２と二
次蓋ガスケット１４とにより密封して、内部を乾式雰囲
気にしている。また鋼製容器本体８には、水中保管時に
おいても信頼性の高い鋼材を使用している。また一般に
乾式貯蔵キヤスクでは、一次蓋、二次蓋の二重密封構造
を採用し、一次蓋と二次蓋との間の圧力を監視すること
により、密封健全性を確認するようにしているが、本実
施例でも同様に構成して、密封健全性を確認するように
している。

【００２４】次に前記鋼製容器１の作用を具体的に説明
する。使用済核燃料被覆管の貯蔵時の健全性をより確実
に確保するために「非腐蝕環境」と「低温環境」とを同
時に満足させている。即ち、 （１）内部を乾燥状態にした鋼製容器本体８に使用済核
燃料を収納して、一次蓋９と一次蓋ガスケット１１と二
次蓋１２と二次蓋ガスケット１４とにより密封し、同鋼
製容器本体８を水中に保管して、湿分と隔離することに
より、燃料被覆管に対して非腐蝕環境にしている。

【００２５】上記鋼製容器本体８内にＨｅ等の不活性ガ
スを封入すれば、この環境がさらに改善される。また複
数本の使用済核燃料を収納する場合は、鋼製容器本体８
内にバフケット（仕切板）１６を設けて、これら使用済
核燃料の保持スペースを確保する。このバスケット１６
は、未臨界性及び内部から容器内面までの除熱性を考慮
して構造、材質を選定するが、一般に貯蔵用キヤスクで
採用されている方式のものでよい。 （２）鋼製容器本体８を保管するプール内の水３は、使
用済核燃料から発生する崩壊熱を容器表面から除去する
と同時に中性子の遮蔽を行う。通常の乾式貯蔵方式にお
ける鋼製容器からの除熱は、大気中への自然放冷により
行われるが、本発明では、冷却媒体が水３であり、冷却
性能が格段に向上して、鋼製容器１内の温度が空冷の場
合に比べて低く保持され、これにより、使用済核燃料被
覆管の熱によるクリープ等の危険性が低減する。

【００２６】またプール水３は、中性子に対して最も効
率の高い遮蔽材であり、大量の水の存在は、中性子遮蔽
管理を軽減させるのに有効な手段である。なおプール
は、前記鋼製容器１を保持する支持構造物４を有してい
る。 （３）燃料被覆管が万一破損し、放射性核種が漏洩した
場合の密封バウンダリが鋼製容器１である。しかも鋼製
容器１が、鋼製容器本体８と、同鋼製容器本体８を密封
する一次蓋９及び二次蓋１２と、これらの鋼製容器本体
８と一次蓋９及び二次蓋１２との間をシールするガスケ
ット（シール部材）１１、１４と、同ガスケット１４の
水３への接触を防止する防水カバー（防水手段）１７と
を具えており、一次蓋９及び二次蓋１２のガスケット１
１、１４のうち、どちらかが破損した場合でも、核種が
プール水中に漏洩することがない。従ってプール水３
は、放射性核種或いは燃料被覆管表面に元々付着してい
るクラッド等により汚染される可能性が殆どなくて、通
常の発電所内使用済核燃料プールで行っているような厳
重な水質管理が不要になる。また気体状の放射性核種に
対しても鋼製容器１が密封バウンダリになるので、水中
或いは大気へガスが直接放出されることがなくて、当該
プールを空気浄化系を具えた建屋内に設置する必要がな
くなる。

【００２７】

【発明の効果】本発明の使用済核燃料の貯蔵方法及び貯
蔵容器は前記のように「非腐蝕環境」と「低温環境」と
を同時に満足させることができるので、使用済核燃料被
覆管の貯蔵時の健全性をより確実に確保できる。また従
来の乾式貯蔵方法は自然空冷式であったため、除熱性に
難点があり、燃料貯蔵効率が悪いという問題点があった
が、本発明では、水冷式を採用しており、燃料貯蔵効率
を向上できる。

【００２８】また密封境界を強固な鋼製容器にしてお
り、プール水の汚染を防止でき、大量の水の水質管理設
備を簡素化できて、設備コストを低減できる。また中性
子遮蔽機能を水により分担させるので、貯蔵キャスク等
で温度制限上問題になる高分子材料の使用を回避でき
て、燃料収納効率を向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明に係わる使用済核燃料の貯蔵方
法の一実施例の全体を示す側面図、（ｂ）はその平面図
である。

【図２】（ａ）は本発明に係わる使用済核燃料の貯蔵容
器の一実施例を示す縦断側面図、（ｂ）はその一部横断
平面図である。

【図３】従来の使用済核燃料の乾式貯蔵方式のうちキヤ
スク貯蔵方式を示す斜視図である。

【図４】（ａ）は従来の使用済核燃料の乾式貯蔵方式の
うちボールト貯蔵方式を示す縦断側面図、（ｂ）はその
一部を拡大して示す斜視図である。

【図５】従来の使用済核燃料の乾式貯蔵方式のうちコン
クリートサイロ貯蔵方式を示す斜視図である。

【符号の説明】

１ 鋼製容器 ２ プール壁 ３ プール水 ４ 支持構造物 ５ 圧力監視センサ ６ ケーブル ７ 監視盤 ８ 鋼製容器本体 ９ 一次蓋 １１ シール部材（一次蓋ガスケット） １２ 二次蓋 １４ シール部材（二次蓋ガスケット） １７ 防水手段（防水カバー）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内部を乾燥状態にした鋼製容器本体に使
   用済核燃料を収納し、蓋により密封して、同鋼製容器本
   体を水中に保管することを特徴とした使用済核燃料の貯
   蔵方法。
2. 【請求項２】 鋼製容器本体と、同鋼製容器本体を密封
   する蓋と、これらの鋼製容器本体と蓋との間をシールす
   るシール部材と、同シール部材の水への接触を防止する
   防水手段とを具えていることを特徴とした使用済核燃料
   の貯蔵容器。