KR100473512B1 - 캐스크 - Google Patents

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KR100473512B1
KR100473512B1 KR10-2001-7005285A KR20017005285A KR100473512B1 KR 100473512 B1 KR100473512 B1 KR 100473512B1 KR 20017005285 A KR20017005285 A KR 20017005285A KR 100473512 B1 KR100473512 B1 KR 100473512B1
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우에고우이티
마츠오카도시히로
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미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤
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Abstract

γ선의 차폐를 행하는 쉘 본체(101)의 외주에는 중성자의 차폐를 행하는 수지(106)가 설치되어 있다. 바스켓(130)은 중성자 흡수 능력을 갖는 복수의 각형 파이프(132)로 구성되어 있다. 쉘 본체(101)의 캐비티(102)내는 바스켓(130)의 외형에 맞춘 형상으로 가공되고, 캐비티(102)의 내면에 접하도록 상기 각형 파이프(132)가 삽입되어 있다. 사용후 핵연료 집합체는 각형 파이프(132)로 구성한 격자형의 셀(131)내에 수용 및 저장된다. 사용후 핵연료 집합체로부터 발생하는 붕괴열은 각형 파이프(132)의 외면과 캐비티(102)의 내면이 직접 접하고 있기 때문에, 열전도 효율이 향상된다.

Description

캐스크{CASK}
본 발명은 연소를 마친 사용후 핵연료 집합체를 수용 및 저장하는 것으로, 열전도 효율을 향상시키고, 사용후 핵연료 집합체의 수용수를 증가시키고, 콤팩트화 또는 경량화할 수 있는 캐스크(cask)에 관한 것이다.
핵연료 사이클의 최종 단계에 있어 연소를 마치고 사용할 수 없게 된 핵연료 집합체를 사용후 핵연료라 한다. 사용후 핵연료는 FP 등 고방사능 물질을 포함하기 때문에 열적으로 냉각할 필요가 있으므로, 원자력 발전소의 냉각 피트로 소정 기간(3 내지 6개월간) 냉각된다. 그 후, 차폐 용기인 캐스크에 수납되고 트랙 등에서 재처리 시설로 반송되어 저장된다. 사용후 핵연료 집합체를 캐스크내에 수용하기 위해서는 바스켓이라 칭하는 격자형 단면을 갖는 유지 요소를 이용한다. 상기 사용후 핵연료 집합체는 이 바스켓에 형성한 복수의 수납 공간인 셀에 1매씩 삽입되고, 이에 의해, 수송중의 진동 등에 대한 적절한 유지력을 확보하고 있다.
이러한 캐스크의 종래예로서는, 「원자력 아이(Nuclear Eye)」(1998년 4월 1일 발행 : 일간공업출판 프로덕션)이나 일본 특허 공개 제 1987-242725호 공보등에서 다양한 종류가 개시되어 있다. 이하에 본 발명의 개발에 있어서, 그 전제로 된 캐스크에 대해서 설명한다. 또한, 상기 캐스크는 설명의 편의를 위해 도시한 것이고, 소위 공지 공용에 해당하는 것은 없다.
도 19는 캐스크의 일례를 도시하는 사시도이다. 도 20은 도 19에 도시한 캐스크의 축방향 단면도이다. 캐스크(500)는 통형상의 쉘 본체(501)와 쉘 본체(501)의 외주에 설치한 중성자 차폐체인 수지(502)와, 외통(503)과, 저부(504)와, 덮개부(505)로 구성되어 있다. 쉘 본체(501) 및 저부(504)는 γ선 차폐체인 탄소강제 단조품이다. 또한, 덮개부(505)는 스테인레스강제 등의 제 1 덮개(506) 및 제 2 덮개(507)로 이루어진다. 쉘 본체(501) 및 저부(504)는 접합 용접에 의해 결합되어 있다. 제 1 덮개(506) 및 제 2 덮개(507)는 쉘 본체(501)에 대하여 스테인레스강제 등의 볼트로 고정되어 있다. 덮개부(505)와 쉘 본체(501) 사이에는 금속제의 0링이 개재되고, 내부의 기밀을 유지하고 있다.
쉘 본체(501)와 외통(503) 사이에는 열전도를 행하는 복수의 내부 핀(inner fin)(508)이 설치되어 있다. 내부 핀(508)은 열전도 효율을 높이기 위해서 동을 재료로 이용한다. 수지(502)는 내부 핀(508)에 의해 형성되는 공간에 유동 상태로 주입되고, 냉각에 의해 고화 형성한다. 바스켓(509)은 69개의 각형 파이프(510)를 도 19와 같은 다발형으로 집합시킨 구조이고, 쉘 본체(501)의 캐비티(511)내에 구속 상태로 삽입하고 있다.
상기 각형 파이프(510)는 삽입한 사용후 핵연료 집합체가 임계(criticality)에 도달하지 않도록 중성자 흡수재(붕소: B)를 혼합한 알루미늄 합금으로 이루어진다. 한편, 캐스크 본체(512)의 양측에는 캐스크(500)를 현수하기 위한 트러니언(513)이 설치되어 있다(한쪽은 생략). 또한, 캐스크 본체(512)의 양단부에는 내부에 완충재로서 목재 등을 조립한 완충체(514)가 부착되어 있다(한쪽은 생략).
그런데, 실제로 상기 캐스크(500)를 제작하는 경우에는, 보통 사용후 핵연료 집합체의 수용수, 치수 및 중량 등의 설계 조건에 관해서 검토할 필요가 있다. 구체적으로는, 그 수용수가 많고 또한 외부 직경이 작고, 중량이 가벼운 캐스크가 바람직하다고 말할 수 있다. 그런데, 상기 캐스크(500)의 구성에 의하면 캐비티(511) 내면에 대하여 최외주의 각형 파이프(510)에서 선접촉하게 되기 때문에, 바스켓(509)과 캐비티(511) 사이에 공간 영역(S)이 생기고, 셀(515)로부터 쉘 본체(501)로의 열전도를 효율적으로 수행할 수 없다. 또한, 공간 영역(S)의 존재에 의해 쉘 본체(501)의 직경이 커져 버리기 때문에 캐스크(500)가 무거워진다.
한편, 캐스크 외부로 누설되는 방사선 양은 중성자 및 γ선의 총량으로 규제되어 있기 때문에, 캐스크(500)의 경량화를 도모하기 위해서는 쉘 본체(501)의 두께를 작게 하면 된다. 그러나, γ선 차폐체이기도 하기 때문에 쉘 본체(501)측으로 γ선 차폐 기능을 확보하는 만큼의 두께가 요구되게 된다. 또한, 상기 캐스크(500)에서는, 종래에 없는 69개의 연료 집합체를 수용 가능하게 하고 있지만, 소정 중량으로 수납하기 위해 해당 구성에서 쉘 본체(501)의 직경을 작게 하면, 사용후 핵연료 집합체의 수용수가 적어져 버린다.
따라서, 본 발명은 열전도 효율을 향상시키고, 사용후 핵연료 집합체의 수용수를 증가시키고, 콤팩트화 또는 경량화하는 것중 어느 하나의 조건을 충족하는 캐스크를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
발명의 요약
본 발명에 관한 캐스크는, 외주에 중성자 차폐체를 구비하고, 또한 γ선의 차폐를 행하는 쉘 본체의 캐비티내를, 중성자 흡수 기능을 가지는 복수의 각형 파이프를 캐비티내에 삽입한 상태에서 상기 각형 파이프로 구성되는 각형 단면 형상의 바스켓의 외형에 맞춘 형상으로 하고, 상기 캐비티내에 삽입한 바스켓의 각 셀내에 사용후 핵연료 집합체를 수용하여 저장하도록 한 것이다.
사용후 핵연료 집합체는 방사선을 발생함과 동시에 붕괴열을 수반한다. 이 사용후 핵연료 집합체는, 각형 파이프로부터 구성한 바스켓의 셀내에 수용하게 되지만, 여기서 쉘 본체의 캐비티내를 바스켓의 외형에 맞춘 각형 단면 형상으로 하는 것으로, 해당 바스켓을 캐비티내에 삽입한 경우에 외측의 각형 파이프가 캐비티 내면에 면접촉하게 된다. 또한, 캐비티내의 형상을 바스켓의 외형에 맞춘 것으로, 각형 파이프와 캐비티 사이에 공간 영역이 생기지 않는다. 이 때문에, 상기 붕괴열은 바스켓으로부터 쉘 본체로 효율적으로 전도된다.
또한, 캐비티내의 공간 영역을 없앤 것으로써, 쉘 본체의 외부 직경을 작게 할 수 있다. 반대로, 쉘 본체의 외부 직경을 도 19에 도시한 바와 같은 쉘 본체와 동일하게 한 경우, 보다 많은 각형 파이프를 삽입하는 것이 가능하게 된다. 또한, 상기 각형 파이프는 중성자 흡수 기능을 갖기 때문에, 사용후 핵연료 집합체를 수납한 경우라도 임계에 도달하는 일은 없다. 또한, 사용후 핵연료 집합체로부터 발생한 γ선은 쉘 본체에 의해 차폐됨과 동시에, 중성자는 중성자 차폐체에 의해 차폐된다.
다음의 본 발명에 관한 캐스크는, 상기 캐스크에 있어서, 상기 캐비티내의 일부를 상기 바스켓의 외형에 맞춘 형상으로 한 것이다. 이와 같이, 캐비티내의 모두를 바스켓의 외형에 맞출 필요는 없고, 그 일부를 맞춤으로써, 상술한 발명에 관한 캐스크와 동질의 작용 및 효과를 얻을 수 있다.
즉, 캐비티내의 일부를 바스켓의 외형에 맞추는 것으로, 캐비티 내면과 각형 파이프와의 접촉 면적을 확보할 수 있음과 동시에 캐비티내의 공간 영역을 작게 할 수 있다. 이 때문에, 열전도를 효율적으로 행할 수 있게 된다. 또한, 공간 영역을 축소한 만큼, 쉘 본체의 외부 직경을 작게 할 수 있고, 반대로 쉘 본체의 외부 직경을 그대로 유지하는 경우, 사용후 핵연료 집합체의 수용수를 증가시킬 수 있다.
다음의 본 발명에 관한 캐스크는, 외주에 중성자 차폐체를 구비하고, 또한 γ선의 차폐를 행하는 쉘 본체의 캐비티 내면과, 중성자 흡수 기능을 가지는 복수의 각형 파이프로부터 격자형 셀을 구성한 바스켓의 외면중 한쪽을 다른쪽 형상에 맞춘 것으로 양면을 접촉 상태로 하고, 상기 캐비티내에 삽입한 바스켓의 각 셀내에 사용후 핵연료 집합체를 수용하여 저장하도록 한 것이다.
바스켓의 셀내에 수용한 사용후 핵연료 집합체는 방사선과 같이 붕괴열을 수반하고, 이 붕괴열은 셀을 통해서 바스켓 외면에 도달한다. 바스켓 외면과 캐비티 내면과는 그 한쪽이 다른쪽 형상에 맞춘 접촉 상태에 있기 때문에, 붕괴열은 바스켓으로부터 쉘 본체에 효율적으로 전도되고 외부로 방출된다. 또한, 캐비티 내면을 바스켓 외면에 맞춘 형상으로 하는 것에 의해, 캐비티내의 공간 영역이 없어지기 때문에, 쉘 본체의 외부 직경을 작게 할 수 있다. 한편, 바스켓 외면을 캐비티 내면의 형상으로 맞춤으로써, 보다 많은 각형 파이프를 삽입하는 것이 가능하게 된다.
여기서, 바스켓 외면과 캐비티 내면의 한쪽을 다른쪽에 맞출 경우, 예를 들면 캐비티 내면을 바스켓 외면의 형상에 맞추어 평면 가공하도록 해도 좋고, 바스켓 외면을 캐비티 내면의 형상에 맞추어 외주의 셀을 성형하도록 하더라도 좋다. 또한, 상기 접촉 상태란 완전하고 또한 항상 캐비티 내면과 바스켓 외면이 접촉하고 있을 필요는 없고, 약간의 틈이 존재하거나 일시적으로 접촉이 해제되는 경우가 있는 것을 포함하는 것으로 한다.
다음의 본 발명에 관한 캐스크는, 상기 캐스크에 있어서, 더미 파이프를 더 설치함과 동시에, 상기 캐비티내에서 쉘 본체의 두께에 여유가 있는 부분을 상기 더미 파이프에 맞춘 형상으로 하고, 상기 더미 파이프를 상기 각형 파이프에 접하는 상태로 바스켓과 함께 캐비티내에 삽입한 것이다.
캐스크내를 바스켓의 외형에 맞춘 형상으로 한 경우, 쉘 본체의 두께가 불균일하게 되지만, 쉘 본체는 γ선을 차폐하는 것이고 소정 두께를 확보할 수 있으면, 그 이외의 두께 부분은 캐스크의 중량을 증가시키는 원인이 된다. 그래서, 이 캐스크에서는 캐비티내에서 두께에 여유가 있는 부분에 더미 파이프에 맞춘 형상을 설치하고, 해당 더미 파이프를 삽입하는 것으로 경량화를 도모하도록 하고 있다.
또한, 각형 파이프에 접하는 상태에서 삽입하므로, 각형 파이프와 쉘 본체와의 전열의 매개역을 다함과 동시에 상기 각형 파이프를 서로 압박하여 접촉시키는 기능을 갖는다． 이로써, 각형 파이프 사이의 전열 효율이 향상할 수 있다. 한편, 더미 파이프의 형상 및 개수는 필요에 따라 적절하게 선택한다. 또한, 각형 파이프에 접하는 상태라는 것은 상기와 같이 완전하고 또한 항상 접하고 있을 필요는 없는 것을 의미하는 것으로 한다.
다음의 본 발명에 관한 캐스크는, 상기 캐스크에 있어서, 상기 쉘 본체의 외측에서 해당 쉘 본체의 두께가 얇아지는 부분에 γ선을 차폐하는 보조 차폐체를 더 설치한 것이다.
예를 들면 캐비티내를 바스켓의 외형에 맞춘 형상으로 한 경우, 바스켓의 각형 부분에서 쉘 본체의 두께가 얇아지기 때문에, 그 부분에서 γ선의 차폐 능력이 저하한다. 그래서, 해당 부분에 보조 차폐체를 설치하는 것으로 γ선의 차폐 능력을 강화하도록 했다. 또한, 보조 차폐체는 쉘 본체의 외측에 설치되지만, 그 위치는 쉘 본체의 외면에 접하도록 설치하더라도 양호하고, 또는 쉘 본체의 외면으로부터 조금 분리하고 상기 중성자 차폐체에 매설하도록 하더라도 양호하다. 한편, 보조 차폐체의 재료는 쉘 본체와 동일해도 되고, γ선 차폐 능력을 가지면 상이한 것이라도 좋다.
다음의 본 발명에 관한 캐스크는, 외주에 중성자 차폐체를 구비하고, 또한 γ선의 차폐를 행하는 쉘 본체의 캐비티와, 중성자 흡수 기능을 가지는 복수의 각형 파이프로부터 격자형 셀을 구성한 바스켓 사이에 스페이서를 설치하고, 상기 캐비티내에 삽입한 바스켓의 각 셀내에 사용후 핵연료 집합체를 수용하여 저장하도록 했다.
캐비티내가 원통 형상인 쉘 본체(도 19 참조)에 바스켓을 삽입한 경우, 바스켓과 캐비티가 선접촉하게 되고, 또한 캐비티내에 공간 영역이 생기기 때문에, 사용후 핵연료 집합체의 붕괴열이 셀에서 쉘 본체에 전도되기 어렵게 된다. 따라서, 캐비티와 바스켓 사이에 스페이서를 삽입하는 것으로 공간 영역을 없앰과 동시에 실질적인 접촉 면적을 증가하는 것으로 해당 스페이서를 거쳐서 열전도를 행하게 하였다.
이 스페이서에는, 쉘 본체와 동일 재료로 성형한 반원통형 단면이나, 셀과 동일 재료를 이용하여 압출 또는 프레스 성형한 중공형상인 것을 이용할 수 있다. 또한, 캐비티와 바스켓의 모든 사이에 스페이서를 설치하도록 해도 좋고, 필요한 부분에만 스페이서를 설치하도록 해도 좋다. 이러한 구성으로 하면, 셀로부터 쉘 본체로의 열전도 효율이 향상된다.
다음의 본 발명에 관한 캐스크는, 상기 캐스크에 있어서, 상기 바스켓을 구성하는 복수의 각형 파이프를 캐비티 삽입전에 일체화해 두는 것이다. 상기 캐비티내에 각형 파이프를 1개씩 삽입하도록 하면 캐스크의 조립 작업이 번거롭게 되고, 각형 파이프 사이에 존재하는 접촉 계면이 열전도 효율의 향상에 방해가 된다. 그래서, 바스켓을 구성하는 복수의 각형 파이프를 일체화하도록 했다. 이와 같이 하면, 캐비티내로의 삽입을 통합하여 행할 수 있기 때문에, 조립 작업이 간단하게 되고, 접촉 계면이 존재하지 않기 때문에 열전도 효율이 더욱 향상된다.
다음의 본 발명에 관한 캐스크는 구조재에 중성자 흡수재를 첨가한 복수의 각형 파이프를 다발로 하는 것으로 사용후 핵연료 집합체를 수용하는 복수의 격자형 셀을 형성한 바스켓과, γ선 차폐체로 이루어지는 단조품으로 원통 형상의 캐비티내를 상기 각형 파이프로 구성한 바스켓 외형에 맞춰 평면 가공한 쉘 본체와, 쉘 본체와 외통 사이에 연장된 복수의 내부 핀을 가짐과 동시에 쉘 본체, 외통 및 내부 핀으로 형성하는 공간에 충전한 중성자를 차폐하는 중성자 차폐체를 구비하고, 상기 캐비티내에 상기 각형 파이프를 차례로 삽입하여 바스켓을 구성했을 때, 상기 바스켓 외면이 캐비티 내면에 접하도록 한 것이다.
셀내에 수용한 사용후 핵연료 집합체로부터 방사선과 같이 붕괴열이 발생한다. 이 붕괴열은 해당 셀로부터 인접하는 셀을 통해서 바스켓의 외면에 도달한다. 여기서 캐스크내가 바스켓의 외형에 맞춰 평면 가공하고, 해당 바스켓의 외면이 캐비티 내면에 접하여 있기 때문에, 상기 붕괴열은 효율적으로 쉘 본체에 전도되게 된다. 쉘 본체에 전도된 붕괴열은 주로 내부 핀을 통해서 외통으로부터 방열된다. 한편, 사용후 핵연료 집합체로부터 발생하는 중성자는 각형 파이프에 첨가한 중성자 흡수재, 예를 들면 붕소등에 의해 흡수되어 임계에 달하는 것을 방지한다. 또한, γ선은 쉘 본체로써 차폐되고, 중성자는 중성자 차폐체에 의해 차폐된다.
또한, 바스켓의 외면을 캐비티 내면에 접하도록 함으로써, 상기 도 19에 도시한 것과 같이 공간 영역을 없앨 수 있다. 이 때문에, 쉘 본체의 외부 직경을 작게 할 수 있다. 반대로, 쉘 본체의 외형을 도 19에 도시한 것과 동일하게 한 경우, 보다 많은 각형 파이프를 삽입하는 것이 가능하게 된다.
다음의 본 발명에 관한 캐스크는, 외주에 중성자 차폐체를 구비하고, 또한 γ선의 차폐를 행하는 쉘 본체의 캐비티내를, 중성자 흡수 기능을 가지는 복수의 판형체를 직교하여 교대로 조합시키는 것으로 격자형을 이룬 각형 단면 형상의 바스켓의 외형에 맞춘 형상으로 하고, 상기 캐비티내에 삽입한 바스켓의 각 셀내에 사용후 핵연료 집합체를 수용하여 저장하도록 한 것이다.
상기와 같이 캐비티내의 공간 영역을 없앰으로써, 쉘 본체의 외부 직경을 작게 할 수 있다. 반대로, 쉘 본체의 외부 직경을, 도 19에 도시한 바와 같은 쉘 본체와 동일하게 한 경우, 보다 많은 각형 파이프를 삽입하는 것이 가능하게 된다. 또한, 상기 각형 파이프는 중성자 흡수 기능을 가지기 때문에 사용후 핵연료 집합체를 수납한 경우라도 임계에 도달하는 것은 없다.
다음의 본 발명에 관한 캐스크는, 상기 캐스크에 있어서, 상기 캐비티내의 일부를 상기 바스켓의 외형에 맞춘 형상으로 한 것이다. 이와 같이, 캐비티내의 모두를 바스켓의 외형에 맞출 필요는 없고, 그 일부를 맞춤으로써도, 제 9 실시형태에 관한 캐스크와 동질의 작용 및 효과를 얻을 수 있다.
다음의 본 발명에 관한 캐스크는, 상기 캐스크에 있어서, 더미 파이프를 더 설치함과 동시에, 상기 캐비티내에서 쉘 본체의 두께에 여유가 있는 부분을 상기 더미 파이프에 맞춘 형상으로 하고, 상기 더미 파이프를 상기 판형체에 접하는 상태로 바스켓과 함께 캐비티내에 삽입한 것이다.
더미 파이프는 판형체에 접하는 상태로 삽입하는 것으로, 바스켓과 쉘 본체와의 전열의 매개역을 다한다. 이에 따라, 바스켓에서 쉘 본체에 대한 전열 효율이 향상된다. 또한, 판형체에 접하는 상태란, 상기와 같이 완전히 항상 접하고 있을 필요는 없는 것을 의미하는 것으로 한다.
다음의 본 발명에 관한 캐스크는, 상기 캐스크에 있어서, 상기 판형체를 조합시켜 바스켓을 구성했을 때에, 해당 바스켓의 외주에 위치하는 판형체의 단부에 캐비티 벽면과 접하는 전열판을 더 설치하는 것이다.
다음의 본 발명에 관한 캐스크는, 상기 캐스크에 있어서, 상기 판형체를 조합시켜 바스켓을 구성할 때에, 해당 바스켓의 외주에 위치하는 판형체의 단부 에지와, 다른 판형체의 단부 에지 사이에 전열판을 설치한 것이다.
판형체의 단부 에지 사이에 전열판을 걸침으로써 전열판과 쉘 본체의 캐비티 내면이 면접촉하게 된다. 이 때문에, 판형체로부터 쉘 본체로의 열전도 효율이 향상한다.
도 1은 본 발명의 실시예 1에 관한 캐스크를 도시하는 사시도,
도 2는 도 1에 도시한 캐스크를 도시하는 직경방향 단면도,
도 3은 도 1에 도시한 캐스크를 도시하는 축방향 단면도,
도 4는 각형 파이프의 제조 방법을 도시하는 플로우챠트,
도 5는 각형 파이프의 단면 형상을 도시하는 설명도,
도 6은 각형 파이프의 삽입 방법을 도시하는 사시도,
도 7은 캐비티의 가공 장치를 도시하는 개략 사시도,
도 8은 캐비티의 가공 방법을 도시하는 개략 설명도,
도 9는 바스켓의 변형예를 도시하는 사시도,
도 10은 바스켓의 다른 변형예를 도시하는 평면도,
도 11은 바스켓의 다른 변형예를 도시하는 평면도,
도 12는 본 발명의 실시예 2에 관한 캐스크를 도시하는 사시도,
도 13은 본 발명의 실시예 3에 관한 캐스크를 도시하는 직경방향 단면도,
도 14는 본 발명의 실시예 4에 관한 캐스크를 도시하는 직경방향 단면도,
도 15는 본 발명의 실시예 4에 관한 다른 캐스크를 도시하는 직경방향 단면도,
도 16은 본 발명의 실시예 5에 관한 캐스크를 도시하는 직경방향 단면도,
도 17은 도 16에 도시한 캐스크의 바스켓의 구조를 도시하는 설명도,
도 18은 도 16에 도시한 캐스크의 바스켓 구조를 도시하는 설명도,
도 19는 캐스크의 일례를 도시하는 사시도,
도 20은 도 19에 도시한 캐스크를 도시하는 축방향 단면도.
이하, 본 발명에 관한 캐스크에 관해 도면을 참조하면서 상세히 설명한다. 또한, 이 실시예에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 실시예 1에 관한 캐스크를 도시하는 사시도이다. 도 2는 도 1에 도시한 캐스크의 직경방향 단면도이다. 도 3은 도 1에 도시한 캐스크의 축방향 단면도이다. 실시예 1에 관한 캐스크(100)는 쉘 본체(101)의 캐비티(102) 내면을 바스켓(130)의 외주 형상에 맞춰서 기계 가공한 것이다. 캐비티(102) 내면의 기계 가공은 후술하는 전용의 가공 장치에 의해서 밀링 가공한다. 쉘 본체(101) 및 저판(104)은 γ선 차폐 기능을 가지는 탄소강제의 단조품이다. 또한, 탄소강 대신 스테인레스강을 이용할 수도 있다. 상기 본체 몸통(101)과 저판(104)은 용접에 의해 결합한다. 또한, 내압 용기로서의 밀폐 성능을 확보하기 위해서, 제 1 덮개(110)와 쉘 본체(101) 사이에 금속 가스켓을 설치해 둔다.
쉘 본체(101)와 외통(105) 사이에는 수소를 많이 함유하는 고분자 재료인 중성자 차폐 기능을 가지는 수지(106)가 충전되어 있다. 또한, 쉘 본체(101)와 외통(105) 사이에는 열전도를 행하는 복수의 동제품 내부 핀(107)이 용접되어 있고, 상기 수지(106)는 이 내부 핀(107)에 의해서 형성되는 공간에 유동 상태로 주입되어 냉각 고화된다. 또한, 내부 핀(107)은 방열을 균일하게 행하기 때문에 열량이 많은 부분에 높은 밀도로 설치하도록 하는 것이 바람직하다. 또한, 수지(106)와 외통(105) 사이에는 수mm의 열팽창부(108)가 설치된다. 이 열팽창부(108)는 고온 용융 접착제 등에 히터를 매립한 소실형을 외통(105) 내면에 배치하고, 수지(106)를 주입 고화한 후, 히터를 가열하여 용융 배출함으로써 형성한다(도시 생략).
덮개부(109)는 제 1 덮개(110)와 제 2 덮개(111)로 구성된다. 이 제 1 덮개(110)는 γ선을 차폐하는 스테인레스강 또는 탄소강으로 이루어지는 원반 형상이다. 또한, 제 2 덮개(111)도 스테인레스강제 또는 탄소강제 원반 형상이고, 그 상면에는 중성자 차폐체로서 수지(112)가 봉입되어 있다. 제 1 덮개(110) 및 제 2 덮개(111)는 스테인레스강제 또는 탄소강제 볼트(113)에 의해서 쉘 본체(101)에 부착되어 있다. 또한, 제 1 덮개(110) 및 제 2 덮개(111)와 쉘 본체(101) 사이에는 각각 금속 가스켓이 설치되고, 내부의 밀봉성을 유지하고 있다. 또한, 덮개부(109)의 주위에는 수지(114)를 봉입한 보조 차폐체(115)가 설치되어 있다.
캐스크 본체(116)의 양측에는, 캐스크(100)를 현수하기 위한 트러니언(117)이 설치되어 있다. 또한, 도 1에서는 보조 차폐체(115)를 설치한 것을 도시했지만, 캐스크(100)의 반송시에는 보조 차폐체(115)를 제거하여 완충체(118)를 부착한다(도 2 참조). 완충체(118)는 스테인레스강제로 제조한 외통(120)내에 레드우드재 등의 완충재(119)를 조합한 구조이다. 바스켓(130)은 사용후 핵연료 집합체를 수용하는 셀(131)을 구성하는 69개의 각형 파이프(132)로 이루어져 있다. 각형 파이프(132)에는 A1 또는 A1합금의 분말에 중성자 흡수 기능을 갖는 B 또는 B 화합물의 분말을 첨가한 알루미늄 복합재 또는 알루미늄 합금을 이용한다. 또한, 중성자 흡수재로서는 붕소 대신에 카드뮴을 이용할 수 있다.
도 4는 상기 각형 파이프의 제조 방법을 도시하는 플로우챠트이다. 우선, 아토마이즈법(atomizing method)등의 급냉 응고법에 의해 A1 또는 A1합금의 분말을 제조함과 동시에(단계 S401), B 또는 B 화합물의 분말을 준비하고(단계 S402), 이들 양 입자를 크로스 로터리 믹서 등으로 10 내지 15분간 혼합한다(단계 S403).
상기 A1 또는 A1합금에는 순수 알루미늄 금속, A1-Cu계 알루미늄 합금, A1-Mg계 알루미늄 합금, A1-Mg-Si계 알루미늄 합금, Al-Zn-Mg계 알루미늄 합금, A1-Fe계 알루미늄 합금 등을 이용할 수 있다. 또한, 상기 B 또는 B 화합물에는, B4C, B203등을 이용할 수 있다. 여기서, 알루미늄에 대한 붕소의 첨가량은 1.5중량% 이상, 7중량% 이하로 하는 것이 바람직하다. 1.5중량% 이하에서는 충분한 중성자 흡수 능력을 얻을 수 없고, 7중량%보다 많아지면 인장에 대한 신장이 저하하기 때문이다.
이어서, 혼합 분말을 러버 케이스내에 봉입하여, 냉간 정수압 압출 성형(CIP: Cold Isostatic Press)에 의해 상온에서 전체 방향에서 균일하게 고압을 걸고, 분말 성형을 한다(단계 S404). CIP의 성형 조건은 성형 압력을 200MPa로 하고, 성형품의 직경이 600mm, 길이가 1500mm로 되게 한다. CIP에 의해서 전체 방향에서 균일하게 압력을 가함으로써, 성형 밀도의 편차가 적은 고밀도 성형품을 얻을 수 있다.
이어서, 상기 분말 성형품을 캔에 진공 봉입하여, 300℃까지 승온한다(단계 S405). 이 탈가스 공정에서 캔내의 가스 성분 및 수분을 제거한다. 다음의 공정에서는, 진공 탈가스한 성형품을 열간 정수압 압출 성형(HIP: Hot Isostatic Press)에 의해 재성형한다(단계 S406). HIP의 성형 조건은 온도 400℃ 내지 450℃, 시간 30초, 압력 6000톤으로 하고, 성형품의 직경이 400mm로 되게 한다. 계속해서, 캔을 제거하기 위해서 외측 절삭, 단면 절삭을 실시하고(단계 S407), 포트홀 압출기를 이용하여 해당 빌렛을 열간 압출한다(단계 S408). 이 경우의 압출 조건으로서 가열 온도를 500℃ 내지 520℃, 압출 속도를 5m/분으로 한다. 또, 이 조건은 B의 함유량에 의해 적절하게 변경한다.
이어서, 압출 성형 후 인장 교정을 시행함과 동시에(단계 S409), 비정상부 및 평가부를 절단하고 제품화한다(단계 S410). 완성한 각형 파이프는 도 5에 도시하는 바와 같이, 단면의 일변이 162mm, 내측이 151mm의 사각 형상으로 된다. 치수 공차는 요구되는 규격의 관계에서 마이너스 공차를 0으로 한다. 또한, 내측각의 R이 5mm로 성형하고, 외측각의 R을 샤프 에지를 갖게 0.5mm로 성형한다.
에지 부분의 R이 큰 경우, 바스켓(130)에 응력이 가해지면, 각형 파이프(132)의 특정 부위(에지 근방)에 응력 집중이 발생하여 파손의 원인이 될 수 있다. 이 때문에, 각형 파이프(132)가 샤프 에지를 구비함으로써, 인접하는 각형 파이프(132)에 대하여 응력이 직접 전달되기 때문에, 각형 파이프(132)의 특정 부위에 대한 응력 집중을 피할 수 있다. 또한, 이 각형 파이프(132)의 다른 제조 방법으로서, 본원 출원인에 의해 1999년 5월 27일자로 발명의 명칭이 "바스켓 및 캐스크"인 것으로 출원이 완료되었으며, 상기 출원을 참조하여 제조하여도 좋다.
도 6은 상기 각형 파이프의 삽입 방법을 도시하는 사시도이다. 상기 공정에 의해 제조한 각형 파이프(132)는 캐비티(102)내의 가공 형상에 따라 차례로 삽입된다. 여기서, 각형 파이프(132)에 굽힘과 비틀림이 발생하며, 치수의 마이너스 공차가 0이기 때문에, 각형 파이프(132)를 적당히 삽입하고자 하면, 공차의 누적이나 굽힘의 영향을 받아 삽입하기 어렵게 되고, 무리하게 삽입하면 각형 파이프(132)에 지나친 응력이 가해지게 된다. 그래서, 제조한 전부 또는 일부의 각형 파이프(132)의 굽힘 및 비틀림을 레이저 측정기 등에 의해 미리 측정하여, 컴퓨터를 이용하는 측정 데이타에 의거하여 알맞은 삽입 위치를 산출하게 한다. 이와 같이 하면, 캐비티(102)내에 각형 파이프(132)를 용이하게 삽입할 수 있고, 각각의 각형 파이프(132)에 걸리는 응력을 균일하게 할 수 있다.
또한, 도 6 및 도 2에 도시한 바와 같이, 캐비티(102)중 셀 수가 5개 또는 7개로 되는 각형 파이프열의 양측에는 각각 더미 파이프(133)가 삽입되어 있다. 이 더미 파이프(133)는 쉘 본체(101)의 중량을 경감함과 동시에 쉘 본체(101)의 두께를 균일화하고, 각형 파이프(132)를 확실하게 고정하는 것을 목적으로 한다. 이 더미 파이프(133)에도 붕소 첨가 알루미늄 합금을 이용하고, 상기와 같은 공정에 의해 제조한다. 또한, 이 더미 파이프(133)는 생략할 수도 있다.
이어서, 쉘 본체(101)의 캐비티(102)의 가공에 관해서 설명한다. 도 7은 캐비티(102)의 가공 장치를 도시하는 개략 사시도이다. 이 가공 장치(140)는 쉘 본체(101)내를 관통함과 동시에 캐비티(102)내에 재치 고정되는 고정 테이블(141)과, 고정 테이블(141) 상을 축방향으로 미끄럼 이동하는 가동 테이블(142)과, 가동 테이블(142)상에서 위치 결정 고정되어 있는 새들(saddle)(143)과, 새들(143)상에 설치되고 스핀들(144) 및 구동 모터(145)로 이루어지는 스핀들 유닛(146)과, 스핀들 축에 설치한 페이스 밀(147)로 구성되어 있다. 또한, 스핀들 유닛(146)상에는 캐비티(102)내 형상에 따라서 접촉부를 성형한 반력 리시버(148)가 설치되어 있다. 이 반력 리시버(148)는 착탈 자유롭고 도브테일 홈(도시 생략)에 따라서 도면중 화살표 방향으로 슬라이드한다. 또한, 반력 리시버(148)는 스핀들 유닛(146)에 대한 클램프 장치(149)를 가지고 있고, 소정 위치에서 고정할 수 있다.
또한, 고정 테이블(141)의 하부 홈내에는 복수의 클램프 장치(150)가 부착되어 있다. 이 클램프 장치(150)는 유압 실린더(151)와, 유압 실린더(151)의 축에 설치한 웨지형의 이동 블록(152)과, 상기 이동 블록(152)과 경사면에서 접촉하는 고정 블록(153)으로 구성되어 있고, 도면중 사선부측을 고정 테이블(141)의 홈내면에 부착하게 한다. 유압 실린더(151)의 축을 구동하면, 이동 블럭(152)이 고정 블럭(153)에 접촉하고, 웨지의 효과에 의해 이동 블록(152)이 다소 하방으로 이동한다(도면중 점선으로 도시). 이에 따라, 이동 블록(152)의 하면이 캐비티(102) 내면에 밀어 부쳐지기 때문에, 고정 테이블(141)을 캐비티(102)내에서 고정 할 수 있다.
또한, 쉘 본체(101)는 롤러로 이루어지는 회전 지지대(154)상에 놓여지고, 직경방향으로 회전자유롭게 된다. 또한, 스핀들 유닛(146)과 새들(143) 사이에 스페이서(155)를 끼움으로써, 고정 테이블(141)상의 페이스 밀(face mill)(147)의 높이를 조정할 수 있다. 스페이서(155)의 두께는 상기 각형 파이프(132)의 일변의 치수와 같다. 새들(143)은 이동 테이블(142)에 설치한 핸들(156)을 회전시킴으로써 쉘 본체(101)의 직경방향으로 이동한다. 이동 테이블(142)은 고정 테이블(141)의 단부에 설치한 서보 모터(157)와 볼 나사(158)로 이동 제어된다. 또한, 가공이 진행함에 따라서 캐비티(102)내의 형상이 변하기 때문에, 반력 리시버(148)와 클램프 기구(150)의 이동 블록(152)을 적당한 형상으로 변경할 필요가 있다.
도 8은 캐비티의 가공 방법을 도시하는 개략 설명도이다. 우선, 클램프 장치(150) 및 반력 리시버(148)에 의해 고정 테이블(141)을 캐비티(102)내의 소정 위치에 고정한다. 이어서, 도 8의 (a)에 도시한 바와 같이, 고정 테이블(141)에 따라서 스핀들 유닛(146)을 소정의 절삭 속도로써 이동시켜, 페이스 밀(147)에 의한 캐비티(102)내의 절삭을 행한다. 해당 위치에서의 절삭이 완료되면, 클램프 장치(150)를 벗겨 고정 테이블(141)을 해방한다. 이어서 도 8의 (b)에 도시한 바와 같이, 회전 지지대(154)상에서 쉘 본체(101)를 90°회전시키고, 클램프 장치(150)로써 고정 테이블(141)을 고정한다. 그리고, 상기와 같이 페이스 밀(147)로써 절삭을 행한다. 이후, 상기 같은 공정을 다시 2회 반복한다.
이어서, 스핀들 유닛(146)을 180°회전시키고, 도 8의 (c)에 도시한 바와 같이 차례로 캐비티(102)내의 절삭을 행한다. 이 경우도, 상기와 마찬가지로 쉘 본체(101)를 90°회전시키면서 가공을 반복한다. 이어서, 도 8의 (d)에 도시한 바와 같이, 스핀들 유닛(146)에 스페이서(155)를 끼우는 것으로 상기 스핀들 유닛의 위치를 높게 한다. 그리고, 해당 위치에서 페이스 밀(147)을 축방향으로 이송하고, 캐비티(102)내의 절삭을 행한다. 이것을 90도 회전시키면서 반복하는 것으로 각형 파이프(132)를 삽입하는데 필요한 형상을 거의 완성한다. 또한, 더미 파이프(133)를 삽입하는 부분의 절삭도 도 8의 (d)에 도시한 것과 마찬가지로 하여 행하면 좋다. 단지, 스핀들 유닛(146)의 높이를 조정하는 스페이서 두께는 더미 파이프(133)의 일변과 동일하게 한다.
캐스크(100)에 수용하는 사용후 핵연료 집합체는 핵분열성 물질 및 핵분열 생성물등을 포함하고 방사선을 발생함과 동시에 붕괴열을 수반하기 때문에, 캐스크(100)의 열 제거 기능, 차폐 기능 및 임계 방지 기능을 저장 기간(60년 정도)중 확실하게 유지할 필요가 있다. 이 실시예 1에 관한 캐스크(100)로서는, 쉘 본체(101)의 캐비티(102)내를 기계 가공하여 각형 파이프(132)에서 구성한 바스켓(130)의 외측을 밀착 상태(공간 영역 없음)로 삽입하도록 하고 있고, 또 쉘 본체(101)와 외통(105) 사이에 내부 핀(107)을 설치하고 있다. 이 때문에, 연소봉으로부터의 열은, 각형 파이프(132) 또는 충전한 헬륨 가스를 통해서 쉘 본체(101)로 전도되고, 주로 내부 핀(107)을 통해서 외통(105)으로부터 방출되게 된다. 이상과 같이, 각형 파이프(132)로부터의 열전도율이 향상되고, 붕괴열의 열 제거를 효율적으로 행할 수 있도록 된다.
또한, 사용후 핵연료 집합체로부터 발생하는 γ선은 탄소강 또는 스테인레스강으로 이루어지는 쉘 본체(101), 외통(105), 덮개부(109) 등으로 차폐된다. 또한, 중성자는 수지(106)에 의해서 차폐되고, 방사선 업무 종사자에 대하는 피폭상의 영향을 없애도록 하고 있다. 구체적으로는, 표면선당량율이 2mSv/h 이하, 표면으로부터 1m의 선량당량율이 100μSv/h 이하로 되는 것 같은 차폐 기능이 얻어지도록 설계한다. 또한, 셀(131)을 구성하는 각형 파이프(132)에는 붕소 첨가의 알루미늄 합금을 이용하고 있으므로, 중성자를 흡수하여 임계에 도달하는 것을 방지할 수 있다.
이상, 이 실시예 1에 관한 캐스크(100)에 의하면, 쉘 본체(101)의 캐비티(102)내를 기계 가공하고 바스켓(130)의 외주를 구성하는 각형 파이프(132)를 밀착형태로 삽입하도록 했기 때문에, 각형 파이프(132)로부터의 열전도율을 향상시킬 수 있다. 또한, 캐비티(102)내의 공간 영역을 없앨 수 있기 때문에, 쉘 본체(101)를 콤팩트하고 또한 경량으로 할 수 있다. 또한, 이 경우에 있어서도, 각형 파이프(132)의 수용수가 감소하는 것은 없다. 반대로, 쉘 본체(101)의 외부 직경을 도 19에 도시한 캐스크와 동일하게 하면, 그만큼 셀수를 확보할 수 있기 때문에, 사용후 핵연료 집합체의 수납수를 증가할 수 있다. 구체적으로 해당 캐스크(100)에서는 사용후 핵연료 집합체의 수용수를 69개로 할 수 있고, 또한 캐스크 본체(116)의 외부 직경을 2560mm, 중량을 120톤으로 억제할 수 있다. 또한, 현실의 문제로서, 상기 구성을 채용함으로써, 요구되는 중량 제한, 치수 제한을 충족한 후에 69개의 사용한 연료 집합체를 수용 가능하게 했다.
이어서, 상기 실시예 1에 관한 바스켓의 변형예에 관해서 설명한다. 도 9는 바스켓의 변형예를 도시하는 사시도이다. 상기 각형 파이프(132)는 단순 파이프형이었지만, 도 9의 (a)에 도시한 바와 같이, 3연의 셀(161)을 가지는 형상으로 하더라도 좋다. 또한, 사각형 형태의 셀(162)을 가지는 형상[도 9의 (b)]과, L자형으로 셀(163)을 늘어 놓은 형상[도 9의 (c)]이라도 좋다. 이들 각형 파이프의 제조법에는 상기와 같은 압출 성형을 이용하면 좋다. 또한, 이들 이외에, 예를 들면 4연의 셀을 갖는 형상이나 T자형으로 셀을 늘어 놓은 형상으로도 좋다. 이와 같이 하면, 각형 파이프의 삽입을 용이하게 행할 수 있다.
도 10은 상기 바스켓의 다른 변형예를 도시하는 평면도이다. 이 바스켓(170)은 각형 파이프(171)를 지그재그형으로 배열한 구성이다. 이 때문에, 각형 파이프(171)의 내면뿐만 아니라 인접하는 각형 파이프(171) 외면에 의해서도 셀(172)이 형성된다. 또한, 각형 파이프(171)의 각형 부분에는 모떼기부(173)가 설치되어 있고, 상기 각형 파이프(171)를 캐비티(102)에 삽입한 상태로 인접하는 각형 파이프(171)의 모떼기부(173)를 서로 접합하여, 전체로서 구속 상태가 된다. 또한, 각형 파이프 두께는 소정의 중성자 흡수 기능을 확보하기 위해서, 상기 각형 파이프(132)에 비해 두껍게 설계한다. 또한, 더미 파이프(133)는 생략하더라도 좋다.
도 11은 상기 바스켓의 다른 변형예를 도시하는 평면도이다. 이 바스켓(180)과 같이 주름진 플레이트(181)를 조합시켜 격자형의 셀(182)을 구성하더라도 좋다. 각각의 주름진 플레이트(181)의 각형 부분에는 모떼기부(183)가 설치되고, 해당 각형 부분이 인접하는 각형 부분에 맞대여지고 전체로서 구속 상태가 된다. 주름진 플레이트(181)에는 중성자 흡수 기능을 가지는 붕소 첨가 알루미늄 합금을 이용한다. 또한, 상기와 같이 소정의 중성자 흡수 능력을 확보하기 위해서 상기 각형 파이프(132)에 비해 두껍게 설계한다. 한편, 더미 파이프(133)는 생략하더라도 좋다.
도 12는 본 발명의 실시예 2에 관한 캐스크를 도시하는 사시도이다. 이 캐스크(200)는 상기 도 19에 도시한 캐스크(500)에 대해 열전도용 스페이서(201)를 더 설치한 구조이다. 이 스페이서(201)에 의해 공간 영역(S)을 매립하고, 각형 파이프(510)로부터의 열을 쉘 본체(501)에 효율적으로 전도되도록 한다. 스페이서(201)의 재료는 쉘 본체(501)와 같은 탄소강이고, 공간 영역(S)의 형상에 따라 주조, 단조 또는 기계 가공에 의해 제조한다.
이상, 이 캐스크(200)에 의하면, 스페이서(201)에 의해 공간 영역(S)을 매립했기 때문에, 열전도 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 스페이서(201)에 의해 강성을 향상시킬 수 있기 때문에, 쉘 본체(501)의 외형을 작게 할 수 있다. 이 때문에, 캐스크(500)를 콤팩트하고 또한 경량으로 할 수 있다.
또한, 도 12에서는, 각형 파이프(510)를 캐비티(511)에 삽입한 후에 스페이서(201)를 삽입하도록 하고 있지만, 스페이서(210)를 캐비티(511)내에 볼트 고정하고 각형 파이프(510)를 삽입하도록 하더라도 좋다. 또한, 스페이서(201)에 의해 소정의 강성을 확보할 수 있기 때문에, 그 만큼 쉘 본체(501)의 외형을 작게 하여도 좋다.
또한, 열전도를 촉진하는 것이라면, 도 12에 도시한 것 같은 스페이서(201)에 한정되지 않는다. 예를 들면, 각형 파이프(510)와 쉘 본체(501) 사이에 내부 핀을 설치하도록 하더라도 좋고, 해당 내부 핀 사이에 다시 수지를 충전하도록 하더라도 좋다(도시 생략). 또한, 공간 영역(S)의 형상으로 따라서 성형한 더미 파이프를 삽입하도록 하더라도 좋다(도시 생략).
도 13은 본 발명의 실시예 3에 관한 캐스크를 도시하는 직경방향 단면도이다. 이 캐스크(300)의 쉘 본체(301)는 바스켓(302) 외주의 각형 파이프(303)가 완전히 접촉하도록 캐비티(304)내를 평면 가공하는 것은 아니고, 일부가 접촉하여 다소의 공간 영역(Sa)이 남도록 가공하고 있다. 즉, 내부가 원통 형상을 한 캐비티(304)의 12개소에 대해, 각형 파이프(303)의 일부가 결합하는 것 같은 복수개의 홈(305)을 가공한다. 이러한 구성에 따르면, 가공 장치에 의한 쉘 본체(301)의 가공량을 적게 할 수 있기 때문에 생산성이 향상한다. 또한, 각형 파이프(303)가 쉘 본체(301)에 대하여 바로 접촉하는 부분이 증가함과 동시에 캐비티(304)내의 공간 영역(Sa)을 적게 할 수 있기 때문에, 상기 실시예 1의 캐스크(100)에는 뒤떨어지지만, 도 19에 도시한 캐스크(500)에 비해 열전도율을 향상시킬 수 있다. 또, 캐스크(300)를 콤팩트하고 또한 경량으로 할 수 있다. 이 밖의 구성요소에 관해서는 상기 실시예 1의 캐스크(100)와 동일하기 때문에, 그 설명을 생략한다.
도 14는 본 발명의 실시예 4에 관한 캐스크를 도시하는 직경방향 단면도이다. 이 캐스크(400)는 도 14에 도시한 바와 같이 상기 실시예 1에 도시한 캐비티내 형상을 변경하여 77개의 각형 파이프(401)를 삽입 가능하게 한 점에 특징이 있다. 이 구성에서는, 쉘 본체(402)의 두께가 캐비티(403)의 4각에서 얇아지기 때문에, 해당 부분에 γ선을 차폐하는 보조 차폐체(404)를 설치하여 보강한다. 보조 차폐체(404)는 쉘 본체(401)와 같은 탄소강제로 한다.
이와 같이 하면, 바스켓(405)의 셀수를 늘릴 수 있기 때문에, 사용후 핵연료 집합체의 수용수를 늘릴 수 있다. 한편, 상기 실시예에서는 셀수가 69개 및 77개를 도시했지만, 소정 중량 및 외부 직경을 확보할 수 있는 것을 조건으로 하여, 각형 파이프(401)가 캐비티 내면에 접촉하는 구성이라면 상기 개수이외라도 상관없다. 또한, 이 밖의 구성요소에 관해서는 상기 실시예 1의 캐스크(100)와 동일하기 때문에 그 설명을 생략한다.
또한, 도 15에 다른 변형예를 도시한다. 이 캐스크(450)는 쉘 본체(451)의 캐비티(452)내에 각형 파이프(453)의 일부를 결합하는 8조의 홈(454)을 기계 가공하는 것으로, 수납 개수를 77개로 늘린 구조이다. 또한, 쉘 본체(451)의 두께가 얇아지는 부분에는, 상기와 같이 γ선을 차폐하는 탄소강제 보조 차폐체(455)를 설치하여 보강한다. 또한, 바스켓(456)과 쉘 본체(451) 사이의 공간 영역(Sb)에는 그 형상으로 맞춘 스페이서를 삽입하도록 하더라도 좋다(도시생략). 한편, 이 밖의 구성요소에 관해서는 상기 실시예 2의 캐스크(200)와 동일하기 때문에, 그 설명을 생략한다.
도 16은 본 발명의 실시예 5에 관한 캐스크를 도시하는 직경방향 단면도이다. 도 17 및 도 18은 도 16에 도시한 캐스크의 바스켓의 구조를 도시한 설명도이다. 이 캐스크(600)에서는, 바스켓(601)을 복수의 판형체(602)를 교대로 조합함으로써 구성한 점에 특징이 있다. 이 조합한 상태에서 바스켓(601)이 대략 각형 단면으로 된다. 또한, 각 판형체(602)의 길이 방향의 양측에는 복수의 절취부(603)가 설치되어 있고, 판형체(602)의 조합은 상기 절취부(603)를 서로 끼워맞춤으로써 행한다.
한편, 도시하지 않았지만 판형체(602)의 종방향 단부 에지에 모떼기부 또는 R을 형성하도록 해도 좋다. 이와 같이 하면, 사용후 핵연료 집합체가 바스켓(601)의 도중에 걸리는 일 없이 해당 바스켓(601)에 대하여 원활하게 삽입된다. 이와 같이, 판형체(602)를 교대로 조합하는 것으로, 복수의 셀(131)을 가지는 바스켓(601)이 된다. 또한, 도 18에 도시한 바와 같이, 바스켓(601)의 양단에 이용하는 판형체(602)중 일방향측의 판형체(602x)는 그 폭이 반으로 된다. 이 때문에, 바스켓(601)의 단부가 동일면으로 된다.
판형체(602)의 재료에는, A1 또는 A1합금의 분말에 중성자 흡수 성능을 갖는 B 또는 B화합물의 분말을 첨가한 알루미늄복합재 또는 알루미늄 합금을 이용한다. 또한, 이 판형체(602)는 도 4에 도시한 압출 성형에 의해서 제조한다. 절취부(603)는 압출 성형후 절삭 가공 또는 펀칭 가공에 의해서 형성한다. 또한, 판형체(602)는 A1판에 B의 판을 부착한 구성이라도 좋다(도시 생략).
또한, 바스켓(601)의 외주에 위치하게 되는 판형체(602)의 단부 에지(602a) 사이에는 도 18에 도시한 것 같은 전열판(603)이 설치되어 있다. 이 전열판(603)은 그 절취부(603a)를 판형체(602)의 단부 에지(602a)에 설치한 돌기부(602b)에 결합시키고, 나사 고정 또는 스폿 용접하는 것으로 고정한다. 또한, 돌기부(602b)를 설치하는 일 없이 판형체 단면에 직접 용접하도록 하더라도 좋다. 이 전열판(603)에 의해 사용후 핵연료 집합체로부터의 붕괴열이 판형체(602)로부터 쉘 본체(101)에 전해지기 쉽게 된다.
또한, 캐비티(102)중 셀수가 5개 또는 7개로 되는 각형 파이프열의 양측에는 각각 더미 파이프(133)가 삽입되어 있다. 이 더미 파이프(133)는 쉘 본체(101)의 중량을 경감하는 동시에 쉘 본체(101)의 두께를 균일화하는 것과, 바스켓(601)을 확실하게 고정하는 것을 목적으로 한다. 이 더미 파이프(133)에도 붕소 첨가 알루미늄 합금을 이용하여, 상기와 동일한 공정에 의해 제작한다. 또한, 이 더미 파이프(133)는 생략할 수도 있다. 이외의 구성은 상기 실시예 1의 캐스크와 동일하기 때문에, 그 설명을 생략하고, 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 붙인다.
이상, 이 캐스크(600)에 의하면, 판형체(602)를 조합시켜 구성한 바스켓(601)의 각형 단면에 맞춰 캐비티내의 형상을 형성함으로써, 캐비티(102)내의 공간 영역을 없앨 수 있기 때문에, 쉘 본체(101)를 콤팩트하고 또한 경량으로 할 수 있다. 반대로, 쉘 본체(101)의 외부 직경을 도 19에 도시하는 캐스크와 동일하게 하면, 그만큼 셀수를 확보할 수 있기 때문에, 사용후 핵연료 집합체의 수납수를 증가할 수 있다. 또한, 전열판(603)을 설치함으로써, 붕괴열을 효과적으로 피할 수 있다.
또한, 상기 실시예 1 내지 5에서는, PWR형 원자로의 사용후 핵연료 집합체를 수용하는 것을 전제로 하여 기재하고 있으나, BWR형 원자로의 사용후 핵연료 집합체를 수용하는 경우라도 상기와 같은 구성을 채용할 수 있다. BWR형 원자로의 사용후 핵연료 집합체의 경우, 격자형 셀의 사이즈를 크게 할 필요가 있다. 이 경우, 셀이 정연하고 나란할 필요는 없고, 종래 일반적으로 채용되어 있도록 인접하는 셀이 엇갈려 있어도 상관없다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 관한 캐스크에 의하면, 외주에 중성자 차폐체를 구비함과 동시에 γ선의 차폐를 행하는 쉘 본체의 캐비티내를, 중성자 흡수 기능을 가지는 복수의 각형 파이프로부터 격자형 셀을 구성한 바스켓의 외형에 맞춘 형상으로 했기 때문에, 외측의 각형 파이프가 캐비티 내면에 면접촉하게 됨과 동시에 각형 파이프와 캐비티 사이에 공간 영역이 생기지 않는다. 이 때문에, 열전도율이 향상되고, 사용후 핵연료 집합체의 수용수를 증가할 수 있다. 또한, 콤팩트화 또는 경량화할 수 있다.
다음의 본 발명에 관한 캐스크에서는, 캐비티내의 일부를 상기 바스켓의 외형에 맞춘 형상으로 했기 때문에, 상기 발명에 관한 캐스크에는 뒤떨어지지만, 그 열전도율을 향상시키고, 사용후 핵연료 집합체의 수용수를 증가할 수 있다. 또, 콤팩트화 또는 경량화할 수 있다.
다음의 본 발명에 관한 캐스크에서는, 외주에 중성자 차폐체를 구비하고, 또한 γ선의 차폐를 행하는 쉘 본체의 캐비티 내면과, 중성자 흡수 기능을 가지는 복수의 각형 파이프로부터 격자형 셀을 구성한 바스켓의 외면중 한쪽을 다른쪽 형상으로 합치는 것으로 양면을 접촉 상태로 했기 때문에, 열전도 효율을 향상할 수 있음과 동시에 사용후 핵연료 집합체의 수용수를 증가할 수 있다. 또, 콤팩트화 또는 경량화할 수 있다.
다음의 본 발명에 관한 캐스크에서는, 더미 파이프를 더 설치함과 동시에, 상기 캐비티내에서 쉘 본체의 두께에 여유가 있는 부분을 해당 더미 파이프에 맞춘 형상으로 하고, 상기 더미 파이프를 상기 각형 파이프에 접하는 상태로 바스켓과 함께 캐비티내에 삽입하도록 했다. 이 때문에, 캐스크의 더욱 경량화를 도모할 수 있다. 또, 열전도율을 향상할 수 있다.
다음의 본 발명에 관한 캐스크에서는, 쉘 본체의 외측에서 해당 쉘 본체의 두께가 얇게 되는 부분에 γ선을 차폐하는 보조 차폐체를 설치했기 때문에, γ선의 차폐 능력을 저하시키는 일 없이, 상기 캐스크와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
다음의 본 발명에 관한 캐스크에서는, 바스켓과 캐비티 사이에 스페이서를 설치했기 때문에, 사용후 핵연료 집합체로부터 발생하는 붕괴열의 열전도 효율을 향상시킬 수 있다.
다음의 본 발명에 관한 캐스크에서는, 복수의 바스켓을 구성하는 각형 파이프를 캐비티 삽입전에 일체화해 두도록 했기 때문에, 캐스크의 조립을 용이하게 할 수 있다. 또한, 각형 파이프 사이의 접촉 계면이 없어지기 때문에, 열전도 효율이 향상될 수 있다.
다음의 본 발명에 관한 캐스크는, 구조재에 중성자 흡수재를 첨가한 복수의 각형 파이프를 다발로 하는 것으로, 사용후 핵연료 집합체를 수용하는 복수의 격자형 셀을 형성한 바스켓과, γ선 차폐체로 이루어지는 단조품에서 원통 형상의 캐비티내를 상기 각형 파이프로 구성한 바스켓 외형에 맞춰 평면 가공한 쉘 본체와, 쉘 본체와 외통 사이로 연장한 내부 핀을 복수로 가짐과 동시에 쉘 본체, 외통 및 내부 핀으로 형성하는 공간에 충전한 중성자를 차폐하는 중성자 차폐체를 구비하고, 상기 캐비티내에 상기 각형 파이프를 차례로 삽입하여 바스켓을 구성했을 때, 해당 바스켓 외면이 캐비티 내면에 접하도록 했다. 이 때문에, 열전도율이 향상되어, 사용후 핵연료 집합체의 수용수를 증가할 수 있다. 또한, 콤팩트화 또는 경량화할 수 있다.
다음의 본 발명에 관한 캐스크는, 외주에 중성자 차폐체를 구비하고, 또한 γ선의 차폐를 행하는 쉘 본체의 캐비티내를, 중성자 흡수 기능을 가지는 복수의 판형체를 직교하여 교대로 조합시키는 것으로 격자형을 이룬 각형 단면 형상의 바스켓의 외형에 맞춘 형상으로 하여, 상기 캐비티내에 삽입한 바스켓의 각 셀내에 사용후 핵연료 집합체를 수용하여 저장하도록 했다. 이 때문에, 쉘 본체의 외부 직경을 작게 할 수 있기 때문에, 캐스크를 콤팩트화 또는 경량화할 수 있다.
다음의 본 발명에 관한 캐스크는, 캐비티내의 일부를 상기 바스켓의 외형에 맞춘 형상으로 했기 때문에, 상술한 발명의 캐스크에는 뒤떨어지지만, 콤팩트화 또는 경량화할 수 있다.
다음의 본 발명에 관한 캐스크는, 더미 파이프를 더 설치함과 동시에, 상기 캐비티내에서 쉘 본체의 두께에 여유가 있는 부분을 해당 더미 파이프에 맞춘 형상으로 하여, 상기 더미 파이프를 상기 판형체에 접하는 상태로 바스켓과 함께 캐비티내에 삽입했다. 이 때문에, 캐스크의 더욱 경량화를 도모할 수 있다. 또한, 열전도율을 향상할 수 있다.
다음의 본 발명에 관한 캐스크는, 상기 판형체를 조합시켜 바스켓을 구성할 때에, 상기 바스켓의 외주에 위치하는 판형체의 단부 에지와, 다른 판형체의 단부 에지 사이에 전열판을 설치하였기 때문에, 판형체로부터 쉘 본체에의 열전도 효율이 향상된다. 이 때문에, 사용후 핵연료 집합체의 수용수를 증가시킬 수 있다.
이상과 같이, 본 발명에 관한 캐스크는 연소를 끝낸 사용후 핵연료 집합체를 열전도 효율을 향상시키고, 사용후 핵연료 집합체의 수용수를 증가시켜 수용 및 저장하는데 유용하며, 또한 캐스크를 콤팩트화 또는 경량화하는 데 적합하다.

Claims (13)

  1. 캐스크에 있어서,
    내부에 캐비티를 갖는 동시에 외주에 중성자 차폐체를 구비하고, 또한 γ선의 차폐를 행하는 쉘 본체와,
    중성자 흡수 기능을 가지는 복수의 각형 파이프에 의해 구성된 각형 단면 형상을 갖는 바스켓을 포함하며,
    상기 캐비티내를 상기 바스켓의 외형에 맞춘 형상으로 하고, 상기 캐비티내에 삽입한 바스켓의 각 셀내에 사용후 핵연료 집합체를 수용하여 저장하도록 한 것을 특징으로 하는
    캐스크.
  2. 캐스크에 있어서,
    내부에 캐비티를 갖는 동시에 외주에 중성자 차폐체를 구비하고, 또한 γ선의 차폐를 행하는 쉘 본체와,
    중성자 흡수 기능을 가지는 복수의 각형 파이프에 의해 구성된 각형 단면 형상을 갖는 바스켓을 포함하며,
    상기 캐비티내의 일부를 상기 바스켓의 외형에 맞춘 형상으로 하고, 상기 캐비티내에 삽입한 바스켓의 각 셀내에 사용후 핵연료 집합체를 수용하여 저장하도록 한 것을 특징으로 하는
    캐스크.
  3. 캐스크에 있어서,
    내부에 캐비티를 갖는 동시에 외주에 중성자 차폐체를 구비하고, 또한 γ선의 차폐를 행하는 쉘 본체와,
    중성자 흡수 기능을 가지는 복수의 각형 파이프로부터 구성된 격자형 셀을 갖는 바스켓을 포함하며,
    상기 캐비티의 내면 및 상기 바스켓의 외면중 한쪽을 다른쪽 형상에 맞춘 것으로 양면을 접촉 상태로 하고, 상기 캐비티내에 삽입한 바스켓의 각 셀내에 사용후 핵연료 집합체를 수용하여 저장하도록 한 것을 특징으로 하는
    캐스크.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서,
    더미 파이프를 더 설치함과 동시에, 상기 캐비티내에서 쉘 본체의 두께에 여유가 있는 부분을 상기 더미 파이프에 맞춘 형상으로 하고, 상기 더미 파이프를 상기 각형 파이프에 접하는 상태로 바스켓과 함께 캐비티내에 삽입한 것을 특징으로 하는
    캐스크.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 쉘 본체의 외측에서 상기 쉘 본체의 두께가 얇아지는 부분에 γ선을 차폐하는 보조 차폐체를 더 설치한 것을 특징으로 하는
    캐스크.
  6. 캐스크에 있어서,
    내부에 캐비티를 갖는 동시에 외주에 중성자 차폐체를 구비하고, 또한 γ선의 차폐를 행하는 쉘 본체와,
    중성자 흡수 기능을 가지는 복수의 각형 파이프로부터 구성된 격자형 셀을 갖는 바스켓을 포함하며,
    상기 캐비티와 상기 바스켓 사이에 스페이서를 설치하고, 상기 캐비티내에 삽입한 바스켓의 각 셀내에 사용후 핵연료 집합체를 수용하여 저장하도록 한 것을 특징으로 하는
    캐스크.
  7. 제 1 항 내지 제 3 항 또는 제 6 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 바스켓을 구성하는 복수의 각형 파이프를 캐비티 삽입전에 일체화해 두는 것을 특징으로 하는
    캐스크.
  8. 캐스크에 있어서,
    구조재에 중성자 흡수재를 첨가한 복수의 각형 파이프를 다발로 하는 것으로, 사용후 핵연료 집합체를 수용하는 복수의 격자형 셀을 형성한 바스켓과,
    γ선 차폐체로 이루어지는 단조품으로 원통 형상의 캐비티내를 상기 각형 파이프로 구성한 바스켓 외형에 맞춰 평면 가공한 쉘 본체와,
    상기 쉘 본체와 외통 사이로 연장된 복수의 내부 핀을 구비하는 동시에 쉘 본체, 외통 및 내부 핀에 의해 형성하는 공간에 충전한 중성자를 차폐하는 중성자 차폐체를 포함하고;
    상기 캐비티내에 상기 각형 파이프를 차례로 삽입하여 바스켓을 구성했을 때, 상기 바스켓 외면이 캐비티 내면에 접하도록 한 것을 특징으로 하는
    캐스크.
  9. 캐스크에 있어서,
    내부에 캐비티를 갖는 동시에 외주에 중성자 차폐체를 구비하고, 또한 γ선의 차폐를 행하는 쉘 본체와,
    중성자 흡수 능력을 가지는 복수의 판형체를 직교하여 교대로 조합시키는 것으로 격자형을 이룬 각형 단면 형상을 갖는 바스켓을 포함하며,
    상기 캐비티내를 상기 바스켓의 외형에 맞춘 형상으로 하고, 또한 더미 파이프를 설치하는 동시에, 상기 캐비티내에서 쉘 본체의 두께에 여유가 있는 부분을 상기 더미 파이프에 맞춘 형상으로 하고, 상기 더미 파이프를 상기 판형체에 접하는 상태로 바스켓과 함께 캐비티내에 삽입하고, 상기 캐비티내에 삽입한 바스켓의 각 셀내에 사용후 핵연료 집합체를 수용하여 저장하도록 한 것을 특징으로 하는
    캐스크.
  10. 삭제
  11. 캐스크에 있어서,
    내부에 캐비티를 갖는 동시에 외주에 중성자 차폐체를 구비하고, 또한 γ선의 차폐를 행하는 쉘 본체와,
    중성자 흡수 능력을 가지는 복수의 판형체를 직교하여 교대로 조합시키는 것으로 격자형을 이룬 각형 단면 형상을 갖는 바스켓을 포함하며,
    상기 캐비티내를 상기 바스켓의 외형에 맞춘 형상으로 하고, 또한 상기 판형체를 조합시켜 바스켓을 구성할 때에, 상기 바스켓의 외주에 위치하는 판형체의 단부에 캐비티 벽면과 접하는 전열판을 설치하여, 상기 캐비티내에 삽입한 바스켓의 각 셀내에 사용후 핵연료 집합체를 수용하여 저장하도록 한 것을 특징으로 하는
    캐스크.
  12. 캐스크에 있어서,
    내부에 캐비티를 갖는 동시에 외주에 중성자 차폐체를 구비하고, 또한 γ선의 차폐를 행하는 쉘 본체와,
    중성자 흡수 능력을 가지는 복수의 판형체를 직교하여 교대로 조합시키는 것으로 격자형을 이룬 각형 단면 형상을 갖는 바스켓을 포함하며,
    상기 캐비티내를 상기 바스켓의 외형에 맞춘 형상으로 하고, 또한 더미 파이프를 설치하는 동시에, 상기 캐비티내에서 쉘 본체의 두께에 여유가 있는 부분을 상기 더미 파이프에 맞춘 형상으로 하고, 상기 더미 파이프를 상기 판형체에 접하는 상태로 바스켓과 함께 캐비티내에 삽입하고, 또한 상기 판형체를 조합시켜 바스켓을 구성할 때에, 상기 바스켓의 외주에 위치하는 판형체의 단부에 캐비티 벽면과 접하는 전열판을 설치하여, 상기 캐비티내에 삽입한 바스켓의 각 셀내에 사용후 핵연료 집합체를 수용하여 저장하도록 한 것을 특징으로 하는
    캐스크.
  13. 삭제
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