JPS6166194A - 使用済み燃料の貯蔵キヤスク - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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目
、つ該使用済み燃料から発生した熱を散逸させる格子状
の連続バスケット組立体を有する使用済み燃料貯蔵キャ
スクに関するものである。

このようなキャ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。キャ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、キャスクは
、手荒な扱いを受けたり落下のような事故に会ったりし
ても、長期間の貯蔵中に及び搬送中に小さな裂開酸は割
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、キャスクは使用済み燃料によっ
て発生された熱を周囲の環境に伝達しうろことが必要で
あり、且つそれにも拘わらず使用済み燃料によって発生
ず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、キャス
ク内で連鎖反応が持続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以下に保って自己持続反
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。

従って、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ずる熱を散逸させる、機械的
に頑丈な貯蔵キャスクを提供することである。

この目的から、本発明は、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から構成される、使用済み燃
料を長期間貯蔵するためのキャスクにおいて、前記空所
内には、複数の金属板を含む格子状のバスフッ１〜組立
体が配設されていて、該金属〜板が互いに一緒に接合さ
れて前記使用済み燃ｉｔを収容する貯蔵スペースのマト
リックスを造っており、また、温度変化に応動して前記
バスケット組立体が前記側壁に関して動くのを許容しな
がら、熱を前記バスケット組立体から前記側壁に伝達す
るための伝達手段が設けられていることを特徴とするも
のである。

セルの壁の少なくとも幾−ノかは、ラッパ一部分によっ
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、該ラッパ一部分には、中性子
毒物か存在することを目視て確認しうるように、また、
使用済み燃料をキャ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
ペースが自回乃至統合された形態の燃料を貯蔵するのに
使用されるのなら、燃料集音体を受は容れるセルの代わ
りに、燃料棒を収容する合同乃至統合容器を貯蔵スペー
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。この燃料集音体２０は下部ノ
ズル２２及び−に部ノズルＺ４を有しており、両ノズル
間に細長い燃ＩＩ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　［ジルカロイ一
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
料のペレットが装填されている。燃料棒２６のアッセン
ブリ内には、下部ノズル２２及び上部ノズル２４間にお
いて管状の案内体く図示せず）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」一部ノズル２４に取着されていて、下部
ノズル２２及び」１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２
８はセルを有し、該セルを通って燃料棒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　、１　ｔ＊、幅が約１９．７ｃ
ｏ＋、重量が約５８５に、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。

加圧木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ずの
で、短期間の貯蔵のため、水に溶解したホウ素塩（以下
、はう酸水という）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て表されている。

プール３０は代表的には深さがｉ２．２＋ｎである。フ
。

−ル３０の底部で位置決めされた多数の使用済み燃′ｆ
−］ラック３２は、燃料集音体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
って、燃料集合体２０によっ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っくり減じる状態に達す
る。しかし、この低減レベルであっても、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。

乾式貯蔵キャ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鰻
に低下したら、開放しているキャスクを受台３６まで降
ろす。遠隔制御によって使用済み燃料をキャスクまで搬
送し、その後キャスクを封止し、はう酸水を排水する。

しかる後、キャスクをプール３０から取り出して、長期
間貯蔵のため地」二の貯蔵区域に運ぶ。

第９図を参照すると、本発明のキャスク３８は内部に格
子状のバスケット組立体４２を配設ぜしめたほぼ円筒形
の容器４０から構成されている。格子状のバスケット組
立体４２は、垂直に配置された整理棚のマトリックスに
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４６を収容している。

燃料集合体ｚＯ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、Ｍ２Ｏを受は入
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Ｎ５４が取着されている。

炭素鋼部分５２は厚さが約２５　ｃ　ｍてあり、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に例えは次のようにして取着することかてき
る。即ち、本体部４８をターンテーブル−Ｌ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ｉ５Ｑの外側には、樹脂てよい７．０ｃ
ｔｎの厚さの中性子吸収物質からなる層５６か設けられ
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−７＝ Ｎ、Ｓ、−３としてアメリカ合衆国のビスコ・プロダク
ツ社（Ｂｉｓｃｏ　Ｐｒｏｃｌｕｃｔｓ　Ｔ　ｎｃ、）
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、周囲の環境からキャスク３８を保護するため
のステンレス鋼外Ｎ５＋３である。また、キャスク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ィン６０
を有する。冷却フィン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、キャスク３８は高さが
約４　、８　ｍであり、冷却フィン６０を除く外径が約
２　、５　ｔｏである。使用済み燃料が装填されている
時には、キャスク３８は１０万Ｋｇ以」−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、格子状のバスケット組立体４２は大き
な金属性の主板６２．６４．６６．６８．７０．７２．
７４．７６．７８及び８０を有する。これ等の板は、高
さが約３．７＋ｎ、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６６
の底部には下向きに配向された５つのスロット８２が設
けられていて、該スロワｌ−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。同しような仕方で、例えば板７６の」
三方部分は上方に延びる５つのスロット８４を有する。

板６６にあるスロット８２も、板７６にあるスロット８
４も約２６　、３　ｃ　ｍ離れており、明らがなように
、こめような寸法にすると中心間が約２６．３ｃｔｎｍ
れた貯蔵スペース４４が作られる。組み立ての間、板６
Ｚ、６４．６６．６８及び７０を板７２．７４．７６．
７８及び８０に対して９０°の角度に保持し、次いてス
ロット８２をスロット８４中に挿入して、板の全長に互
って延びる交差部が造られる。これ等の板は交差部の両
側に沿って全長すみ肉溶接によって接自されるので、各
交差部に沿って延びる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によって形成された交
差部に沿って対向して設けられている。

第３図に戻って、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９８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を造っている。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２
０の側辺に接触して同燃料集合体２０を貯蔵スペース４
４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°Ｃおり、また、便宜上、燃料集音体は
セル壁１０７によって貯蔵スペース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音体の寸法
によって決定される。厚さが約、０７６ｃ＋ｎのステン
レス鋼ラッパ一部分１．１０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１０
６に溶接されている。幅が約１９　ｃ　ｍ、厚さが約１
９ｃ＋ｎのシート１１２は、燃料集合体をキャスク３８
に装荷している間キャスク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１へ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音体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１−１１２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てあり、繰り返す必要はない。

所望ならば、ラッパ一部分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
ャスク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、キャスク３８内の温度はほう酸
水の沸ＩＩＩ温度まて上昇するので、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１
１６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ット組立体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、プレース部材１２０は格子状バスケ
ット組立体４２を越えて延長するセル４６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はキャス
ク３８を装荷する時に燃料集音体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図は格子状のバスクツｌ−組立体４２内に据え付け
られたセル４６を示ず。セル４６はバスケット組立体４
２の下方部分１２２においてのみ該バスケット組立体４
２に機械的に取着されているので、パスゲット組立体４
２及びセル４６の上方部分は、セル４６及びバスケット
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。バスケット組立体４２及びセル４６
間の膨張差は、キャスク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
ラッパ一部分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ット組立体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６４．６
日及び７２によって境界されたセル４６の外壁と、板７
４．７８及び７０によって境界されたセル４６の外壁と
、板６４．６８及び８０によって境界されたセル４６の
外壁とをラッパ一部分＋１０及び中性子毒物質のシート
１１２のないパネル部分１０６によって造ることができ
る。

第１０図はキャスク３８内に装着される格子状のバスケ
ット組立体４２を示しており、該バスケラ１へ組立体４
２内には、燃料集自体２０を受は入れる貯蔵スペース４
４を与えるためにセル４６が据え付けられている。本発
明に従って、キャスク３８及びバスゲット組立体４２は
別個に製作されている。（ラッパ一部分１１０又はシー
ト１１２なしにパネル部分１０６のみによって形成され
る、バスケット組立体４２の周囲にある８つのセル壁を
除いて）セル４６は格子状のバスケット組立体４２内に
据え付けられており、そしてバスゲット組立体４２がキ
ャスク３８内に挿入される前に、後述するステンレス鋼
のチャンネル部分が板６４．６６．６８．７４．７６．
７８及び９６．９８．１００及び１０２の突出端に取着
される。チャンネル部分を受は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」−
けし、その後、チャンネル部分か取り付けられているか
永久的には接合されていないバスゲット組立体４２がキ
ャスク３８に挿入される。次いて全長ずみ肉溶接（溶接
ロボットによって付けるのが好ましい）を使用してチャ
ンネル部分をキャスク３８に永久的に取着し、その後か
らパネル部分１０６のみによって形成された８−）の周
辺セル壁を据え（−ｆ′ける。チャンネル部分を溶接す
るためのスペースがあるように、こｉｌ等の８つのセル
壁グ）据え付けはこのような仕方で遅らされている。ハ
スゲット組立体４２を据えず一目′フる前というより、
むしろ後にチャンネル部分を溶接することは、関連しｌ
コ精密公差のため、部分的に据え付けている間にバスゲ
ラＩ−４１立体４２がト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Ａ・ン
ネル部分によるキャスク３８へのバスケラ１〜朝立「本
４２の結きについて詳柑に説明する。これ等グ）図面は
３個のかかる結合のみを示しているか、実際には合Ｗ１
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図の一つに従って行なわれる。

第１１図において、細長いチャンネル部分く伝達手段）
〕２４は全長すみ自溶接部１２６を介してキャスク３８
の側壁５３に取着されている。チャンネル部分１２４は
、板６６の厚さよりも若干幅が広いほぼＵ形のチャンネ
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〜．０５　ｃ　＋ｎの幅である。しがし、隙間１
３０は対称である必要はなく、板６６がチャンネル１２
８の一方の側に接触していても、何等悪い結果は生じな
い。

キャスク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ッディングす
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、キャスクの特性は
空気でも利用可能である。

また、チャンネル１２８の端にはスペース１３２があり
、これによりチャンネル部分１２４が種々の温度でのキ
ャスク３８及びバスケット組立体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ぃる。

第１２図は、板６４の縁を収容するためキャスク３８の
内壁５３に溶接された細長いチャンネル部分１３４を示
しており、第１３図は、板９６を吸収するためキャスク
３８の内壁５３に溶接された細長いチャンネル部分１３
６を示している。第１１図の場きのように、板とチャン
ネル部分との間には狭い隙間］３０があって、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。

使用済み燃料をキャ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、キャスク３８
の底部又は床部５５より」一方にバスタフ１〜組立体４
２を持ち」二げることが望ましい。この持ぢ上げを行う
ために、第１４図は、板６６を持ちにけるべくチャンネ
ル部分１２４の下方部分１３８がソリッドであるとして
図示している。勿論、その池のチャンネル部分の下方部
分も同様な形状に遣られている。或は、格子状のバスケ
ット組立体４２の板は排水用の切欠きを倫えていてよい
。第１５図は、排水用の切欠き１４３を備える板］４０
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図はセルの別の実施例を示している
。前述の実施例と違って、第１６図及び第１７図の実施
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か効果的に増大され、燃料
集会体２０の貯蔵に使用される同じバスケット組立体４
２を使用して燃料を統合乃至合同状態で貯蔵できるので
、有利である。統合貯蔵のためキャスク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によって結合された壁部１４８を有する中空の
ステンレス鋼シェル部材１４６を含んでいる。

他のセル実施例のように、セル１４４内に貯蔵すべき特
定の燃１′５１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はバスケット組
立体４２のその板の交差部近くて接触する。

中性子毒物のシー１〜１５４を支持するなめ、４枚のス
テンレス製ラッパ一部分１５２が隅角部１５０間のシェ
ル部材１４６に溶接されている。所望ならは、はう酸水
の排水を容易にするように、及びシート１５４か存在す
ることを確証するように、ラッパ一部分１５２は開口を
有していてよい。第１６図及び第１７図の実施例におい
ては、バスケット組立体４２より上方に延びるセル１４
４の部分を支持するためにプレース部材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１５
０によっ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
、該フランジか燃料集１１４２０をセル内に案内するだ
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でバスケット組立
体４２に取着され、種々の温度でのバスケット組立体４
２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をハスケラ■・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
っても膨張差を許容することがてきる　（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
Ｉ＼きである）。この代替例には勿論利点があり、それ
は、バスケラＩ・組立体４２が容器４０内に据え付けら
れる前にバスケラ１〜組立体４２内にセル１４４を入れ
なくてよいので、製造の際にキャスク３８を特定の寸法
を有する燃１−１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はキャスク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統合状
態で貯蔵すべきなら全く省略することができる。従って
、キャスク３８は特定の貯蔵用途のために製作する必要
はなく、これは明らかにキャスクの融通性に貢献する因
子である。

便宜上、燃料を統合状態て受けるようにキャスク３８を
製作できるように、キャスク３８を製作した後にキャス
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の貯蔵後にキャスク３８から容易に収り出せる
セルは、′”取り出し自在″のセルと見なずことにする
。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、製造の際にハスケッ１〜
組立体４２に永久的に据え１目′）られていな（Ｊれば
、該セル１４４は収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−に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
１６１か設けられている。胴部１６０にはステンレス鋼
製ラッパ一部分１６２が溶接されていて、胴部１６０と
ラッパ一部分１６２との間に中性子毒物のシー？−１，
６６を支持するようになっている。この実施例のスペー
サ部材は、胴部］６６の上端近くにあるディンプル部分
１６８と、ラッパ一部分１６２に沿って種々の高さに配
置されたディンプル部分１７０とから形成されている。

セル１５８の底端は前述した態様でバスケツ１〜組立体
４２の下端１２２にポルｌ−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」二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、バスケット組立体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はキャスク３８の床部
５５てはなくバスケット組立体３８に溶接されており、
これにより、バスケラＩ・組立体３８に関するキャスク
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ャスク３８からのほう耐水の排水を
容易にするためにキャスク３８の床部の上方にバスケッ
ト組立体４２を支持する。支持部材１７２はフランジ１
７４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の下端が載っており、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］７４に向がって案内する。

こめようにして、ティンプル部分１６８、ティンプル部
分１７０及びフランジ１７４がポルｌ−締めや、溶接や
、クランプ止めをすることなくセル】５８をバスケット
組立体４２内に適切に位置決めする。

第２０図の実施例は、ディンプル部分１６８が胴部１７
８に溶接されたスペーサ部材１７６に代わっている点を
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
ンレス鋼製ラッパ一部分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
与えながらハスゲラ１〜組立体４２内へのセルの組７ノ
込みを容易にするように、ラッパ一部分１７８に溶接さ
れた諸部材よ、り厚くなっている。

第１８図〜第２０図の実施例とは異なって、第２１図に
示した取り出し自在のセルの実施例は支持部［（１７２
又は床部５５の上には載らない。代わりに、フック部１
８２を有するステン１／ス鋼製スベーザ部（（１，８０
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
頂部近くて支持するのて、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ット組立体４２に関す
るセルの膨張差を吸収することは明らがである。第２１
図には図示していないが、ステンレス鋼製のラッパ一部
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
］８８を支持する。

キャスク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
よって、及び燃料集合体２ｏが適切に隔置されるのを確
保するためにバスケット組立体４２により与えられた貯
蔵スペース４４中に燃料集合体２０を入れることによっ
て、はう耐水が排水される前の自己持続反応を防止する
。これ等のファクターは異常な状態の下でも臨界を防止
するのに十分＝−２４− である。第２４図は、約１０年間はう耐水のブール３０
に貯蔵した後の燃Ｆ１集合体２０を全部装荷された二Ｖ
ヤスク３８内の、異常状態を仮定した臨界ｆ糸数、即ち
中性子増倍率Ｋｅｆ　ｆのグラフてあり、各燃料集合体
２０は１５Ｘ１．５本の燃ト１棒２６の配列を存する。

第２４図において、横軸は真水の密度ｒ）ビｒ／ｃ＋ｎ
３、即ちキャスク３８内の液相の水及び気相の水の買足
をキャスクに収容することかできる液体の総量て割った
値を示している。明らかなように、密度Ｄ−１０ｐ（ｒ
　／　ｃ　ｍ　３はキャ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Ｋ
ｅｆ　ｆ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、キャ
スク３８が半分以−１−真水で満たされている限り、Ｋ
ｅｆｆは１０以下に維持される。特に、中性子毒物の存
在を１１視て確認できるようにする開口がラッパ一部分
にあれば、この可能性は極端に少なくなり、キャスク３
８の特性を評価するための信するになる条件を与えない
。また、セルの全てに中性子毒物のシーＩ・がなく、キ
ャスクが真水ではなくほう耐水で溢水されているとすれ
ば、最大のＫｅｆ　ｆは約０１８３であろう。従って、
Ｋｅｆｆは一つの異常状態（キャスクが真水で溢水され
ている）或は別の異常状態（全での中性子毒物のシート
かない）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、キャスク３８内に
入るのはほう耐水だけであり、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１〜を適切に備えるこ
とを確実にする。中性子毒物のシードがあれば、キャス
ク３８がほう耐水て溢水されているとき、Ｋｅ［ｆは約
０．７４に達する。

燃料集合体が貯蔵されているときのＫｅｆ　ｆの値が、
どちらかと言えは同一の条件下で合同乃至統合形態で燃
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、きっちり詰まった燃利かさもなけ
れば水の入るスペースを実効的に排除することにある。

従って、貯蔵スペース４４の幾分か或は全てが合同乃至
統合貯蔵のために使用されれは、キャスク３８内のＫｅ
ｆｆは、９５以下に留とまっている。

当該技術分野て既知のように、合同乃至統合貯蔵におい
ては、燃料棒２６は燃料集合体２０から収り出され、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
る統合容器に入れられる。そグ）後、下部ノズル２２及
び−に部ノズル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
統合容器を示ず。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、１
：り止着された蓋体１９８とから構成されている６０ツ
ド２０４を支持するため棒２０２が蓋体１９８に溶接さ
れている。このロッド２０４は、容器１９０に使用済−
２７＝ み燃料を装荷した後、該容器］９０をキャスク３８中に
巻」−機で降ろずためのフック（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、
キャスク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をキャスク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はほう耐水の通過を許
容する開口２０８を備えている。第２５図において、燃
料棒２０６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１９４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
＋９４の他側に溶接されたフランジ２１８を有する別の
板２１６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２Ｅｌ一 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２１．０の一方の側に挿入され
、別の燃料集合体からの燃料棒２６は他方グ〉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
数も異なるのて、分割装置２１０は、特定燃料集合体２
０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の設計に従っ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１．９０が受り入れるべき燃料棒２６に
具合良く適合するように、容器１９０の製作中に、板２
１２、脚部２２０、板２１６及び脚部２２４によって画
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
を貫通ずるねし孔２２８は、器体１９８（第２５図）を
止着したときにねじ２００（第２５図）を受は入れるた
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２３０の側辺は、本
体部１９４からのほう耐水の排水を容易にするため、本
体部１９２を貫通ずる通路（図示しない）と連通ずる中
空にされた領域２３４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）によって
支持されるバスケット組立体４２を有するキャスク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１７４と重なり
合い、脚板２３０の縁２３６が支持部材１７２の側壁２
３８に組みきう状態で、脚板２３０がキャスク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２
４０が脚板ｚ３０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っ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２２
４を造っている。台座２４２のプラットフォーム部分２
４６は若干本体部１９２の内方に延ひて燃料棒２６の下
端を支持する。

ブラフ１〜フオーム部分２４６は特定の燃料集音体構造
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、プラットフォーム部分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
貯蔵ずべきなら、更に本体部１９２内に入れ子穴に入る
ように製ｆ？されている。従って、当業者にとって明ら
かなように、分割装置２１０及び台座２４２は、容器１
９０が、製作中に、特定の燃料集り体２０の燃Ｆ１棒に
対して適応するように変えられることを可ｆｉヒにする
。このように、製作中、キャスク３８はどちらの貯蔵モ
ード　（燃料集音体そのままの貯蔵又は統り乃至音間燃
料の貯蔵）にも専用とされる必要はなく、或はどんな特
定グ）源からの使用済み燃ｆｌ　（即ち、どんな特定の
燃料集ｈｆ本構造からのそのままの又は合同した使用済
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／
又は統合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ャスク
についてよりも明らかに小さいので、キャスク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。

キャスク３８は統合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、キャス
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がら取り出して統合容器１９０
に入れることができ、その後キャスク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
隔離するキャスク３８の有効性を表している。

これ等の図において、キャスク３８の２４の全ての貯蔵
スペース４４には統計燃料が装荷されており、各容器１
９０は、約１０年間はう耐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
ィン６０間のキャスク３８の側壁の外表面に沿う線量率
をシン１〜ゲン毎時の単位で表している。

第２８図に見ることかできるように、線量率りはキャス
クの底部上方の高さＨ（ｃｍ）に応して変わる。

約１００〜９５０　ｃ　ｍ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−
次ガンマ線量率（即ち、キャスク３８の内部からのキャ
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）、最大二次カンマ線量率（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）。

従って、キャスク３８の側面ての総最大線員率は６０ミ
リレム毎時以下てあり、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、キャスク
３８の底部の外面ての線量率りをミリシン１ヘゲン毎峙
て表している。底部は、例えば離れた貯蔵場所へのキャ
スク３８の輸送中に、露出されていなかも知れない。第
２９図において、”　Ｒ”はキャスク３８の軸心から側
壁まての下面に沿った距離（ｃｍ）であり、この線陵串
り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
ミリレム毎時以下てあり、最大−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ャス
クは、キャ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会体及び
／又は統合容器内に貯蔵された燃料棒からの熱は、バス
ケット組立体によって、Ｕ形のチャンネルと板の端との
間の狭い隙間を介して、キャスク内壁に取着されたチャ
ンネル部分に伝達される。また、チャンネル部分は、温
度が変化するときのキャスクに関するバスケラ１へ組立
体の半径方向移動を吸収するために、チャンネルの底部
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、燃料集音体をキャスクに装荷したときに持続
反応か起、二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、統合燃料の貯蔵のためキャスク
及びバスケッ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ｒｌ集音体の斜視図、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図は格子状のハスケラ１へ組立体の平面図、第４図
はバスケッ１〜組立体の２枚の板をどのようにして一緒
に３ｔＩきさせるのかを説明する分解斜視図、第５国は
、バスゲット組立体によって形成された貯蔵スペースと
使用済み燃料集音体と共に使用するセルの一実施例とを
示すため、第３図の紙面に平行に明断した断面図、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ット組立体の正面図、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
けられているキャスクとハスケッ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っているバ
スゲット組立体を有する貯蔵キャスクを示すため、第９
図の紙面に対して９０°の角度の面に沿って切断した断
面図、第１１図は、バスケット組立体の板の縁と協働す
る第１０図に示したチャンネル部分の一つを示す詳細図
、第１２図は、バスケッ１〜組立体の板の縁と協働する
第１０図に示したチャンネル部分の別の一つを示す詳細
図、第１３図は、バスケラ１へ組立体の板の縁と協働す
る第１０図に示したチャ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ット組立体
の板を持ち上げるため、キャスクの床部の上方で終端す
るチャンネルを有するチャ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
するバスゲット組立体中の２枚の板を示す斜視図、第１
６図はバスケット組立体の貯蔵スペース及びセルの第２
実施例を示すため、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１８図９＋１９−１９線における断面図、第２０
図は第１８図の実施例の変形例を示す断面図、第２１図
は、バスケット組立体を構成する板からセルを懸架する
フック部を含む、第１８図の実施例の更に別の変形例の
断面図、第２２図は、バスゲラ１へ組立体をキャスクの
床部より」一方に持ちあけ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続き容器の底部をキャス
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
のキャスクに完全に燃料集合体が装荷されており且つほ
う散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Ｋｅｆ　ｆ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図は燃料集音体から取
り出した使用済み燃料棒を貯蔵するための統合容器の斜
視図、第２６図は第２５図の統合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図の統合容器の本体部の平面図、第
２８図は、統計容器内に燃料が完全に装荷されている時
の本発明のキャスクの外部側面における線量率Ｄ　（ミ
リレントゲン毎時）をキャスクの高さｒ−１（ｃ＋ｎ）
の関数として示すものて、実線は中性子線量率、点線は
一次ガンマ線鼠率、鎖線は二次ガンマ線量率を示す線図
、第２９図は、統計容器内に燃料が完全に装荷されてい
る時の本発明のキャスクの外部底面における線量率Ｄ　
（ミリシン１ヘゲン毎時）をキャスクの半径Ｒ（キャス
クの軸心からの距ＭｃＩｎ＞の関数として示すものて、
実線は中性子線量率、点線は一次ガ〉′マ線量率、鎖線
は二次カンマ線量率を示す線図である。 ２０・・燃料集音体　　　３８・キャスク４０・・・容
器　　　　　　４２・・・バスクツ１〜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１２４．１３４．１３６・・
チャン木ル部分（伝達手段）６２．６４．６６．６８．
７０．７２．７４．７６．７Ｂ、８０・・金属板出願人
ウェスチングハウス・エレクトリック・コーポレーショ
ン ＦＩＧ　？ ｃｎＡ− ｒｌｔ　クク ＦＩＧ２３゜

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 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
   から構成される、使用済み燃料を長期間貯蔵するための
   キャスクにおいて、前記空所内には、複数の金属板を含
   む格子状のバスケット組立体が配設されていて、該金属
   板が互いに一緒に接合されて前記使用済み燃料を収容す
   る貯蔵スペースのマトリックスを造っており、また、温
   度変化に応動して前記バスケット組立体が前記側壁に関
   して動くのを許容しながら、熱を前記バスケット組立体
   から前記側壁に伝達するための伝達手段が設けられてい
   ることを特徴とする、使用済み燃料の貯蔵キャスク。