KR20020069503A

KR20020069503A - 캐스크

Info

Publication number: KR20020069503A
Application number: KR1020020010295A
Authority: KR
Inventors: 오소노가츠나리; 마츠오카도시히로; 오오카메신지
Original assignee: 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤
Priority date: 2001-02-26
Filing date: 2002-02-26
Publication date: 2002-09-04
Also published as: US20020118786A1; TW552589B; US6898258B2; JP2002250790A; JP3600535B2; EP1235231A1; KR100484705B1

Abstract

본 발명은 캐스크의 열전도 효율을 향상시키는 것을 목적으로 한다. 본 발명은 배럴 본체(101)의 캐비티(102) 내의 형상을 바스켓(130)의 외형에 대응하는 형상으로 한다. 이 바스켓(130)은 판상부재(135)를 교대로 직교시켜서 적층한 구조이다. 판상부재(135)의 외주에는 전열판이 설치되어 있다. 이것에 의해, 바스켓(130)과 캐비티(102)가 넓은 면적에서 접촉상태로 되기 때문에 열전도 효율이 향상된다.

Description

캐스크{CASK}

본 발명은 연소를 마친 사용완료의(旣使用) 연료집합체를 수용, 저장하는 것으로서, 열전도 효율을 향상시키는 것, 사용완료의 연료집합체의 수용수를 증가시키는 것, 및 컴팩트화 혹은 경량화하는 것이 가능한 캐스크에 관한 것이다.

핵연료 사이클의 말기에 있어 연소를 끝내어 사용할 수 없게 된 핵연료 집합체를 사용완료의 핵연료라고 한다. 사용완료의 핵연료는, FP 등 고방사능 물질을 포함하기 때문에 열적으로 냉각할 필요가 있으므로, 원자력 발전소의 냉각 피트에서 소정 기간(1년 내지 3년간) 냉각된다. 그 후, 차폐 용기인 캐스크에 수납되고, 트랙 등에 의해서 재처리시설로 반송, 저장된다. 사용완료의 연료집합체를 캐스크 안에 수용하는 데 있어서는, 바스켓이라 칭하는 격자상 단면을 갖는 유지 요소를 이용한다. 이 사용완료의 연료집합체는, 그의 바스켓에 형성한 복수의 수납공간인 셀에 1개씩 삽입되며, 그럼으로써 수송중의 진동 등에 대해 적절한 유지력을 확보하고 있다.

이러한 캐스크의 종래예로서는, 「원자력 eye」(1998년 4월 1일 발행: 일간공업출판 프로덕션)이나 특개소 62-242725호 공보 등, 여러가지 종류의 것이 개시되어 있다. 이하에 본 발명을 개발함에 있어서 그 전제로 된 캐스크에 관해서 설명한다. 또, 하기 내용은 설명의 편의를 위하여 개시하는 것으로서, 소위 공지, 공용에 해당하는 것을 의미하지는 않는다.

도 24는 캐스크의 일례를 도시하는 사시도이다. 도 25는 도 24에 도시한 캐스크의 축방향 단면도이다. 캐스크(500)는 통형상의 배럴 본체(50l)와, 배럴 본체(501)의 외주에 마련한 중성자 차폐체인 수지(502)와, 그 외통(503), 저부(504) 및 뚜껑부(505)로 구성되어 있다. 배럴 본체(501) 및 저부(504)는 γ선 차폐체인 탄소강제의 단조품이다. 또한, 뚜껑부(505)는 스테인레스강제 등의 1차 뚜껑(506) 및 2차 뚜껑(507)으로 이루어진다. 배럴 본체(501)와 저부(504)는 맞댐 용접에 의해 결합하고 있다. 1차 뚜껑(506) 및 2차 뚜껑(507)은 배럴 본체(50l) 에 대하여 스테인레스제 등의 볼트에 의해 고정되어 있다. 뚜껑부(505)와 배럴 본체(501)의 사이에는 금속제의 O 링이 개재되어 내부의 기밀을 유지하고 있다.

배럴 본체(501)와 외통(503)의 사이에는 열전도를 하는 복수의 내부핀(508)이 마련되어 있다. 내부핀(508)은 열전도 효율을 높이기 위해서 그 재료로서 동을 이용한다. 수지(502)는 이 내부핀(508)에 의해 형성되는 공간에 유동상태로 주입해서 냉각함으로써 고화 형성된다. 바스켓(509)은 69개의 직각파이프(510)를 도 24와 같은 다발형상으로 집합시킨 구조로서, 배럴 본체(501)의 캐비티(511) 내에 거의 구속상태로 삽입되어 있다.

이 직각파이프(510)는, 삽입한 사용완료의 연료집합체가 임계에 달하지 않도록 중성자 흡수재(붕소: B)를 혼합한 알루미늄 합금으로 이루어진다. 또, 캐스크본체(5l2)의 양측에는, 캐스크(500)를 현가하기 위한 트러니언(513)이 마련되어 있다(한쪽은 생략함). 또한 캐스크 본체(512)의 양단부에는 내부에 완충재로서 목재 등을 삽입한 완충체(514)가 장착되어 있다(한쪽은 생략함).

또한, 상기 바스켓(509)에는 직각파이프(510)를 다발 형상으로 집합시킨 것 뿐만 아니라, 과자상자형이나 주조 일체 구조의 것을 이용하는 것도 있다. 과자상자형의 바스켓은 직사각형판 형상의 바스켓 재료의 양측에 절개부를 넣고, 이 절개부에 의해 직교시켜 교호형으로 조립함으로써 구성된다. 이것에 의해 복수의 셀을 갖는 바스켓을 형성할 수 있다. 또한, 주조 일체 구조의 바스켓은, 주조에 의해서 바스켓 전체를 성형하고, 그 셀은 코어를 이용하여 성형하거나 혹은 기계가공에 의해 형성하도록 한다.

그런데, 실제로 상기 캐스크(500)를 제작하는 경우에는, 보통 사용완료의 연료집합체의 수용수, 크기 및 중량 등의 설계조건에 대하여 검토할 필요가 있다. 구체적으로는, 그 수용수가 많고 외경이 작으며 중량이 가벼운 캐스크가 바람직하다고 말할 수 있다. 그런데, 상기 캐스크(500)의 구성에 의하면, 캐비티(511) 내면에 대하여 최외주의 직각파이프(510)에서 선접촉하게 되므로(이것은 과자상자형 바스켓도 주조 일체 구조의 바스켓도 동일하다), 바스켓(509)과 캐비티(511)의 사이에 공간(S)가 생겨, 셀(515)로부터 배럴 본체(501)로의 열전도를 효율적으로 할 수 없다. 또한, 공간(S)의 존재에 의해 배럴 본체(501)의 직경이 커져 버리기 때문에, 캐스크(500)가 무거워져 버린다.

이에 반하여, 캐스크 외부로 누설되는 방사선량은 중성자 및 γ선의 총량으로 규제되기 때문에, 캐스크(500)의 경량화를 도모하기 위해서는 배럴 본체(50l)의 두께를 작게 하면 좋다. 그러나, γ선 차폐체이기도 하므로, 배럴 본체(501)측에 γ선 차폐기능을 확보하는 만큼의 두께가 요구된다. 또한, 상기 캐스크(500)에서는 종래에 없는 69개의 연료집합체를 수용가능하게 하고 있지만, 소정중량으로 이루기 위해서 당해 구성에서 배럴 본체(501)의 직경을 작게 하면, 사용완료의 연료집합체의 수용수가 적어져 버린다.

본 발명은, 상기의 점에 감안하여 이루어진 것으로서, 열전도 효율을 향상시키는 것, 사용완료의 연료집합체의 수용수를 증가시키는 것, 컴팩트화 혹은 경량화하는 것중 어느 것인가의 조건을 충족시키는 캐스크를 제공하는 것을 목적으로 한다.

전술한 목적을 달성하기 위해서, 청구항 1에 따른 캐스크는, 중성자 흡수성능을 갖는 직사각형의 판상부재의 양 가장자리에 일정 간격을 두고 절개부를 마련함과 아울러, 당해 절개부 끼리가 서로 끼워지도록 상기 판상부재를 직교하여 교호형으로 적층하여 구성한 직각단면 형상의 바스켓과, γ선의 차폐를 행함과 아울러 캐비티 내를 바스켓의 외형에 대응하는 형상으로 한 배럴 본체와, 배럴 본체의 외주에 배치한 중성자 차폐체를 구비하며, 상기 캐비티 내에 삽입한 바스켓의 각 셀 내에 사용완료의 연료집합체를 수용하는 것을 특징으로 한다.

사용완료의 연료집합체는, 방사선을 발생함과 동시에 붕괴열을 수반한다.이 사용완료의 연료집합체는, 바스켓의 셀 내에 수용하게 되지만, 여기에서 배럴 본체의 캐비티 내를 바스켓의 외형에 대응하는 형상으로 함으로써 당해 바스켓을 캐비티 내에 삽입한 경우에, 외측의 판상부재(특히 직각단면 형상의 부분)가 캐비티 내면에 접촉한 상태로 된다. 또한, 캐비티 내의 형상을 바스켓의 외형에 대응하는 형상으로 하기 때문에, 바스켓과 캐비티 사이의 공간을 없애든지 혹은 극소로 할 수 있다. 상기 붕괴열은, 내부로 도입하는 헬륨가스나 직접 접촉부분을 개재하여 바스켓으로부터 배럴 본체로 효율적으로 전도한다.

또한, 캐비티 내의 공간을 극소로 하거나 또는 없애는 것에 의해 배럴 본체의 외경을 작게 할 수가 있다. 반대로, 배럴 본체의 외경을 도 25에 도시한 것과 같은 배럴 본체와 같이 한 경우, 보다 많은 셀을 형성할 수 있다. 또, 상기 접촉상태에서는, 상시 그리고 완전하게 캐비티 내면과 바스켓 외면이 접촉하고 있을 필요는 없고, 미소한 간극이 존재하거나 일시적으로 접촉을 알 수 있는 경우가 있는 것을 포함하는 것으로 한다. 또한, 상기 판상부재에는 실시형태 3에 도시한 바와 같은 중공 구조의 것도 포함된다.

또한, 상기 판상부재는 중성자 흡수기능을 갖기 때문에, 사용완료의 연료집합체를 수납한 경우에도 임계에 달하는 일이 없다. 또한, 사용완료의 연료집합체로부터 발생한 γ선은 배럴 본체에 의해 차폐되는 동시에, 중성자는 중성자 차폐체에 의해 차폐된다.

또한, 청구항 2에 따른 캐스크는, 중성자 흡수성능을 가짐과 동시에 사용완료의 연료집합체를 수납하는 복수의 셀을 주조 일체 성형한 직각단면 형상의 바스켓과, γ선의 차폐를 함과 동시에 캐비티 내를 바스켓의 외형에 대응하는 형상으로 한 배럴 본체와, 배럴 본체의 외주에 배치한 중성자 차폐체를 구비하며, 상기 캐비티 내에 삽입한 바스켓의 각 셀 내에 사용완료의 연료집합체를 수용하는 것을 특징으로 한다.

바스켓을 주조 일체 성형하고, 이 직각단면 형상을 갖는 바스켓의 외형에 배럴 본체의 캐비티 내형을 대응시키는 것에 의해, 상기와 같이 바스켓 외면이 캐비티 내면에 접촉한 상태로 된다. 또한, 캐비티 내의 형상을 바스켓의 외형에 대응하게 하였기 때문에 바스켓과 캐비티 사이의 공간을 없애든지 혹은 극소로 할 수 있다. 그 때문에, 상기 붕괴열은, 내부로 도입되는 헬륨가스나 직접 접촉부분을 개재하여, 바스켓으로부터 배럴 본체로 효율적으로 전도한다. 또한, 배럴 본체의 외경을 작게 할 수가 있다. 반대로, 배럴 본체의 외경을 도 25에 도시한 것과 같은 배럴 본체와 동일하게 한 경우, 보다 많은 셀을 형성할 수 있다.

또, 청구항 3에 따른 캐스크는, 상기 캐스크에 있어서, 상기 캐비티 내의 일부를 상기 바스켓의 외형에 대응하는 형상으로 한 것을 특징으로 한다. 이와 같이, 캐비티 내의 전부를 바스켓의 외형에 대응하게 할 필요는 없고 그 일부를 대응하게 하는 것에 의해서도, 상기 청구항 1 또는 2에 따른 캐스크와 동질의 작용, 효과를 얻을 수 있다. 즉, 캐비티 내의 일부를 바스켓의 외형에 대응하게 함으로써 캐비티 내면과 바스켓의 접촉면적을 확보할 수 있는 동시에 캐비티 내의 공간을 작게 할 수가 있다. 그 때문에 열전도를 효율적으로 할 수 있게 된다. 또한, 공간을 축소한 만큼 배럴 본체의 외경을 작게 할 수가 있고, 반대로 배럴 본체의 외경을 그대로 하는 것에 의해서 사용완료의 연료집합체의 수용수를 증가시킬 수 있다.

또한, 청구항 4에 따른 캐스크는, 상기 캐스크에 있어서, 더미 파이프를 마련함과 동시에, 상기 캐비티 내이고 배럴 본체의 두께에 여유가 있는 부분을 해당 더미 파이프에 대응하는 형상으로 하고, 상기 더미 파이프를 상기 판상부재에 접하는 상태에서 바스켓과 함께 캐비티 내에 삽입한 것을 특징으로 한다.

캐스크 안을 바스켓의 외형에 대응하는 형상으로 한 경우에는, 배럴 본체의 두께가 불균일이 되지만, 배럴 본체는 γ선을 차폐하는 것이어서 소정 두께를 확보할 수 있으면 그 이외의 두께 부분은 캐스크의 중량을 증가시키는 원인이 된다. 그래서, 이 캐스크에서는 캐비티 내이고 두께에 여유가 있는 부분에 더미 파이프에 대응하는 형상을 마련하고, 그 더미 파이프를 삽입하는 것에 의해서 경량화를 도모하도록 하고 있다.

또한, 판상부재에 접하는 상태로 삽입하기 때문에, 바스켓과 배럴 본체간의 열전달의 매개역할을 한다. 또한, 적층한 판상부재를 고정하는 기능을 갖게 할 수도 있다. 또, 더미 파이프의 형상 및 개수는 필요에 따라 적의 선택한다. 또한, 판상부재에 접하는 상태란, 상기와 마찬가지로 완전하고 항상 접하고 있을 필요는 없는 것을 의미하는 것으로 한다.

또, 청구항 5에 따른 캐스크는, 상기 캐스크에 있어서 상기 더미 파이프의 양단을 막은 것을 특징으로 한다. 더미 파이프의 양단을 막는 것에 의해 연료취급시설에서 순수(純水)를 주입했을 때, 그 더미 파이프 내에 순수가 침입하지 않기 때문에, 그 결과 순수의 주입량이 적어져서 캐스크를 경량화할 수 있다. 또한 양단을 막은 더미 파이프는, 연료를 수납하지 않는 셀에 삽입하여도 좋고, 연료를 수납하지 않는 직각파이프를 더미 파이프로 하여도 좋다. 또한, 직각파이프로 구성한 바스켓에 마련하도록 하여도 좋다(청구항 6).

또한, 청구항 7에 따른 캐스크는, 상기 캐스크에 있어서 양단을 막은 더미 파이프내에 헬륨가스 등의 열전도 매체를 봉입하는 것을 특징으로 한다. 이것에 의해 캐스크의 경량화와 함께 열전도성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시형태 1에 따른 캐스크를 도시하는 사시도이다.

도 2는 도 1에 도시한 캐스크의 축방향 단면도이다.

도 3은 도 1에 도시한 캐스크의 반경방향 단면도이다.

도 4는 도 1에 도시한 바스켓의 조립도이다.

도 5는 판상부재의 제조방법을 도시하는 순서도이다.

도 6은 파이프를 도시하는 사시도이다.

도 7은 더미 파이프의 변형예를 도시하는 사시도이다.

도 8은 캐비티의 가공장치를 도시하는 개략적인 사시도이다.

도 9는 캐비티의 가공방법을 도시하는 개략적인 설명도이다.

도 10은 캐스크의 변형예를 도시하는 반경방향 단면도이다.

도 11은 본 발명의 실시형태 2에 따른 캐스크를 도시하는 설명도이다.

도 12는 주조 블록의 변형예를 도시하는 사시도이다.

도 13은 도 11에 도시한 캐스크의 변형예를 도시하는 설명도이다.

도 14는 도 11에 도시한 캐스크의 변형예를 도시하는 설명도이다.

도 15는 도 11에 도시한 캐스크의 변형예를 도시하는 설명도이다.

도 16은 도 11에 도시한 캐스크의 변형예를 도시하는 설명도이다.

도 17은 본 발명의 실시형태 3에 따른 캐스크를 도시하는 반경방향 단면도이다.

도 18은 바스켓의 구성을 도시하는 설명도이다.

도 19는 판상부재의 조립상태를 도시하는 설명도이다.

도 20은 판상부재에 장착되는 전열판의 조립도이다.

도 21은 더미 파이프의 변형예이다.

도 22는 본 발명의 실시형태 4에 따른 캐스크의 반경방향 단면도이다.

도 23은 도 22에 도시한 직각파이프의 삽입방법을 도시하는 사시도이다.

도 24는 캐스크의 일례를 도시하는 사시도이다.

도 25는 도 24에 도시한 캐스크를 도시하는 축방향 단면도이다.

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

100: 캐스크101: 배럴 본체

102: 캐비티l04: 바닥판

105: 외통l06: 수지

107: 내부핀108: 열팽창 테두리

109: 뚜껑부110: 1차 뚜껑

111: 2차 뚜껑115: 보조 차폐체

116: 캐스크 본체117: 트러니언

118: 완충체130: 바스켓

131: 셀132: 직각파이프

이하, 본 발명에 따른 캐스크에 관하여 도면을 참조하면서 상세히 설명한다. 본 실시형태에 의해 본 발명이 한정되는 것이 아니다. 또한, 본 발명의 구성요소에, 이 분야의 당업자가 용이하게 상정할 수 있는 것이 포함되는 것은 말할 필요도 없다.

[실시형태 1]

도 1은, 본 발명의 실시형태 1에 따른 캐스크를 도시하는 사시도이다. 도 2는 도 1에 도시한 캐스크의 축방향 단면도이다. 도 3은 도 l에 도시한 캐스크의 반경방향 단면도이다. 이 실시형태 1에 따른 캐스크(100)는, 배럴 본체(101)의 캐비티(102) 내면을 바스켓(130)의 외주형상에 대응해서 기계가공한 것이다. 캐비티(102) 내면의 기계가공은, 후술하는 전용의 가공장치에 의해서 밀링 가공한다. 배럴 본체(l01) 및 바닥판(104)은, γ선 차폐기능을 갖는 탄소강제의 단조품이다. 또, 탄소강 대신에 스테인레스강을 쓰는 것도 가능하다. 배럴 본체(101)와바닥판(104)은 용접에 의해 결합한다. 또한, 내압용기로서의 밀폐성능을 확보하기 위해서 1차 뚜껑(110)과 배럴 본체(101)의 사이에는 금속 개스킷을 마련하여 놓는다.

배럴 본체(101)와 외통(105)의 사이에는, 수소를 대부분 함유하는 고분자 재료로서 중성자 차폐 기능을 갖는 수지(106)가 충전되어 있다. 또한, 배럴 본체(101)와 외통(105)의 사이에는 열전도를 하는 복수의 동제 내부핀(107)이 용접되어 있고, 상기 수지(106)는, 이 내부핀(107)에 의해서 형성되는 공간에 유동상태로 주입되어 냉각 고화된다. 또, 내부핀(107)은, 방열을 균일하게 하기 위해서 열량이 많은 부분에 높은 밀도로 마련하도록 하는 것이 바람직하다. 또한, 수지(106)와 외통(105)의 사이에는, 수 mm의 열팽창 테두리(108)가 마련된다. 이 열팽창 테두리(108)는, 고온용융 접착제 등에 히터를 매립한 소실(消失) 몰드를 외통(105) 내면에 배치하고, 수지(106)를 주입 고화한 후 히터를 가열하여 용융 배출함으로써 형성한다(도시 생략).

뚜껑부(109)는, 1차 뚜껑(110)과 2차 뚜껑(111)으로 구성된다. 이 1차 뚜껑(110)은 γ선을 차폐하는 스테인레스강 또는 탄소강으로 이루어진 원반형상이다. 또한, 2차 뚜껑(111)도 스테인레스강제 또는 탄소강제의 원반형상이지만, 그 윗면에는 중성자 차폐체로서 수지(112)가 봉입되어 있다. 1차 뚜껑(ll0) 및 2차 뚜껑(11l)은 스테인레스제 또는 탄소강제의 볼트(113)에 의해서 배럴 본체(101)에 장착된다. 또한, 1차 뚜껑(110) 및 2차 뚜껑(111)과 배럴 본체(101)의 사이에는 각각 금속 개스킷이 마련되어 내부의 밀봉성을 유지시키고 있다. 또한,뚜껑부(109)의 주위에는, 수지(114)를 봉입한 보조 차폐체(115)가 마련되어 있다.

캐스크 본체(1l6)의 양측에는 캐스크(100)를 현가하기 위한 트러니언(117)이 마련되어 있다. 또, 도 1에는 보조 차폐체(115)를 마련한 것을 도시하지만, 캐스크(l00)의 반송시에는 보조 차폐재(115)를 떼어 내고 완충체(1l8)를 장착한다(도 2참조). 완충체(118)는 스테인레스강재로 제조한 외통(120) 내에 레드우드재 등의 완충재(119)를 삽입한 구조이다.

도 4는 도 1에 도시한 바스켓의 조립도이다. 이 바스켓(130)은 직사각형의 판상부재(135)를 직교하도록 교대로 쌓아 올려 구성한 것이다. 직사각형의 판상부재(135)의 양측에는 일정 간격을 두고 절개부(136)가 형성되고, 이 절개부(136)의 간격은 셀 폭, 즉 사용완료의 연료집합체의 폭에 의해서 결정된다. 직사각형의 판상부재(135)는 이 절개부(136)가 서로 끼워지도록 직교하여 교대로 적층된다. 이것에 의해서, 전체적으로 복수의 셀을 갖는 바스켓(130)이 구성된다. 또한, 판상부재(135)의 재료로는 Al 또는 Al 합금 분말에 중성자 흡수성능을 갖는 B 또는 B 화합물의 분말을 첨가한 알루미늄 복합재 또는 알루미늄 합금을 이용한다. 또한 중성자 흡수재로서는 붕소 외에 카드뮴을 이용할 수 있다.

도 5는 상기 판상부재의 제조방법을 도시하는 순서도이다. 우선 원자화(atomizing)법 등의 급냉 응고법에 의해 A1 또는 Al 합금 분말을 제작함과 아울러 (단계 S401), B 또는 B 화합물의 분말을 준비하여(단계 S402), 이들 양 입자를 크로스 로터리 믹서 등에 의해서 10분 내지 l5분간 혼합한다(단계 S403).

상기 Al 또는 Al 합금에는, 순알루미늄 잉곳, Al-Cu계 알루미늄 합금, Al-Mg계 알루미늄 합금, Al-Mg-Si계 알루미늄 합금, Al-Zn-Mg계 알루미늄 합금, Al-Fe 계 알루미늄 합금 등을 사용할 수 있다. 또한, 상기 B 또는 B 화합물에는 B₄C, B₂O₃등을 이용할 수 있다. 여기에서, 알루미늄에 대한 붕소의 첨가량은 1.5중량%이상, 7중량% 이하로 하는 것이 바람직하다. 1.5중량% 이하에서는 충분한 중성자흡수성능이 얻어지지 않으며, 7중량%보다 많아지면 인장에 대한 연신이 저하하기 때문이다.

이어서, 혼합분말을 고무 케이스 내에 봉입하여, CIP(Cold Isostatic Press)에 의해 상온에서 전방향으로부터 균일하게 고압을 인가하여 분말성형을 한다(단계 S404). CIP의 성형조건은 성형압력을 200MPa로 하고, 성형품의 직경이 600 mm, 길이가 1500mm이도록 한다. CIP에 의해서 전방향으로부터 균일하게 압력을 가하는 것에 의해, 성형밀도의 격차가 적은 고밀도의 성형품을 얻을 수 있다.

계속해서, 상기 분말성형품을 통에 진공 봉입하여 300℃ 까지 승온한다(단계 S405). 이 탈가스 공정에서 통내의 가스성분 및 수분을 제거한다. 다음 공정에서는, 진공 탈가스한 성형품을 HIP(Hot Isostatic Press)에 의해 재성형한다(단계 S406). HIP의 성형조건은, 온도 400℃ 내지 450℃, 시간 30초, 압력 6000 톤으로 하여, 성형품의 직경이 400mm가 되도록 한다. 계속해서, 통을 제거하기 위해서 외부 연삭, 및 단면 연삭을 실시하고(단계 S407), 포트홀 압출기를 이용하여 빌렛을 열간 압출한다(단계 S408). 이 경우의 압출조건으로서, 가열온도를 500℃ 내지520℃, 압출속도를 5m/min으로 한다. 또, 이 조건은, B의 함유량에 의해 적의 변경한다. 이어서, 압출성형후 인장 교정을 실시함과 아울러(단계 S409), 비정상부 및 평가부를 절단하여 판상부재(135)로 한다(단계 S410). 그리고 판상부재(l35)에서 복수의 절개부(136)를 기계가공에 의해 형성한다(단계 S411).

도 6a는 도 3에 도시한 더미 파이프를 나타내는 사시도이다. 도 3에 도시한 바와 같이 캐비티(102)중 셀수가 5개 또는 7개가 되는 셀열의 양측에는 각각 더미 파이프(133)가 삽입되어 있다. 이 더미 파이프(133)는, 배럴 본체(101)의 중량을 경감함과 동시에 배럴 본체(101)의 두께를 균일화하는 것을 목적으로 한다. 특히, 두께의 균일화는 배럴 본체의 특정 부분에 응력이 집중하는 것을 방지하는 데 효과가 있다. 또한, 바스켓(l30)을 확실히 고정할 목적으로 이용하는 것도 가능하다. 이 더미 파이프(133)의 재료로는 붕소 함유 알루미늄 합금을 이용하여, 상기와 같은 공정에 의해 제작한다.

또, 더미 파이프(133)는 직각파이프상이지만, 그 양단은 뚜껑(133a)에 의해서 폐쇄되어 있다(도 3에서는 뚜껑은 도시 생략). 뚜껑(133a)을 용접하여 더미 파이프(133) 내를 밀봉하면, 연료취급 시설에서 순수를 주입했을 때 그 더미 파이프(133) 내에 순수가 침입하지 않기 때문에, 캐스크 경량화의 효과가 있다. 구체적으로는, 캐스크의 중량이 제한되는 것은, 연료수납 후 캐스크 안에 물이 들어간 상태로 캐스크 피트로부터 매달아 올릴 때, 연료 취출을 위해 주수(注水)하고 캐스크 피트에 매달아 내릴 때이며, 더미 파이프(133) 내에 순수가 침입하지 않는 것에 의해 이 매달아 올림 또는 매달아 내림시의 캐스크 중량이 작아지는 것을 의미한다.

또, 더미 파이프(133)의 내부를 밀봉하는 것에 의해, 내부에 별도의 재료를 충전할 수도 있다. 예를 들면 내부에 헬륨가스를 미리 충전해 둠으로써 저장시의 헬륨가스 도입작업을 용이하게 할 수 있다. 또한, 헬륨가스를 봉입하는 것에 의해 저장시의 열전도성을 향상시킬 수 있다. 또, 헬륨가스를 도입하는 경우에는, 한쪽의 뚜껑(133a)에 밸브를 마련하도록 하는 것이 바람직하다. 또한, 가스도입 후에는 밸브를 밀봉하도록 하는 것이 바람직하다. 헬륨가스 외에, 열전도성이 높은 기체 혹은 유체를 봉입하는 것에 의해 캐스크의 열전도성을 높일 수 있다. 또한, 더미 파이프(133)의 내부에 상기 수지를 봉입할 수도 있다. 이와 같이 하면,죽은 공간이 되는 더미 파이프(133)의 내부공간을 효율적으로 이용하여, 중성자 흡수성능을 향상시킬 수 있다.

도 6b는, 더미 파이프의 변형예를 도시하는 사시도이다. 이 도면에 도시한 바와 같이, 더미 파이프(134)의 단면형상이 부채꼴이 되도록 하여도 좋다. 이 경우에는 캐비티(102)의 더미 파이프 대응부분이 곡면이 된다(도시생략). 또한, 양측에 뚜껑(134a)을 용접함으로써 내부를 밀봉하고, 그 속에 헬륨가스나 수지를 도입할 수 있는 것은 도 6a에 도시한 더미 파이프(133)와 마찬가지이다.

이어서, 더미 파이프(133)는 상기한 바와 같이 배럴 본체(101)의 중량을 경감함과 동시에 배럴 본체(101)의 두께를 균일화하는 것을 목적으로 하기 때문에, 반드시 밀봉구조일 필요는 없다. 이 때문에, 더미 파이프(133)의 뚜껑(133a)을 생략하여도 좋고, 도 7a에 도시한 것과 같은, 단면이 H자 형상인 더미부재(137)로 대체할 수도 있다. 또한, 도 7b에 도시한 것과 같은, 단면이 N자 형상인더미부재(138)를 사용할 수도 있다. 특히, 단면이 N자 형상인 경우에는, 탄성 변형시켜 삽입하는 것에 의해 바스켓(130)을 확실히 고정할 수가 있다. 또한, 상기 더미 파이프(l33)는 생략할 수도 있다.

이어서, 배럴 본체(101)의 캐비티(102)의 가공에 관해서 설명한다. 도 8은 캐비티(102)의 가공장치를 도시하는 개략 사시도이다. 이 가공장치(140)는, 배럴 본체(101) 내를 관통함과 동시에 캐비티(102) 내에 장착 고정되는 고정 테이블(141)과, 고정 테이블(141) 상을 축방향으로 미끄럼 이동하는 가동 테이블(142)과, 가동 테이블(142) 상에 위치결정 고정되어 있는 새들(143)과, 새들(143) 상에 마련되고 스핀들(144) 및 구동 모터(145)로 이루어지는 스핀들 유닛(l46)과, 스핀들축에 설치한 정면밀링 커터(147)로 구성되어 있다. 또한, 스핀들 유닛(146) 상에는, 캐비티(102)내의 형상에 따라서 당접부를 성형한 반력 수용부(148)가 설치되어 있다. 이 반력 수용부(148)는 착탈가능하고 더브테일 홈(도시생략)을 따라 도면중 화살표 방향으로 미끄럼 이동한다. 또한, 반력 수용부(148)는 스핀들 유닛(146)에 대한 클램프 장치(149)를 갖고 있어서 소정 위치에 고정할 수가 있다.

또한, 고정 테이블(141)의 하부 홈 내에는 복수의 클램프 장치(150)가 장착되어 있다. 이 클램프 장치(150)는 유압 실린더(151)와, 유압 실린더(151)의 축에 설치한 쐐기형상의 이동블록(152)과, 이 이동 블록(152)과 경사면에서 당접하는 고정 블록(153)으로 구성되어 있고, 도면중 사선부측을 고정 테이블(141)의 홈 내면에 장착하도록 한다. 유압 실린더(151)의 축을 구동하면, 이동 블록(152)이 고정블록(153)에 당접하여, 쐐기의 효과에 의해 이동 블록(152)이 약간 아래쪽으로 이동한다(도면중 점선으로 도시함). 이에 따라, 이동 블록(152)의 하면이 캐비티(102) 내면에 가압 접촉하게 되므로, 고정 테이블(141)를 캐비티(102) 내에 고정할 수 있다.

또, 배럴 본체(101)는 롤러로 이루어진 회전 지지대(154)상에 장착되어 있고 반경방향으로 회전가능하게 된다. 또한, 스핀들 유닛(146)과 새들(143)의 사이에 스페이서(155)를 끼우는 것에 의해, 고정 테이블(141)상의 정면밀링 커터(147)의 높이를 조정할 수가 있다. 새들(143)은 가동 테이블(142)에 마련한 핸들(156)을 회전시키는 것에 의해 배럴 본체(101)의 반경방향으로 이동한다. 가동 테이블(142)은 고정 테이블(141)의 단부에 마련한 서보 모터(157)와 볼나사(l58)에 의해 이동 제어된다. 또, 가공이 진행함에 따라서 캐비티(102) 내의 형상이 변하기 때문에, 반력 수용부(148)나 클램프 장치(150)의 이동 블록(152)을 적당한 형상의 것으로 변경해야 한다.

도 9는 캐비티의 가공방법을 도시하는 개략적인 설명도이다. 우선, 클램프장치(150) 및 반력 수용부(148)에 의해 고정 테이블(14l)을 캐비티(102) 내의 소정위치에 고정한다. 이어서, 동도 a에 도시한 바와 같이 스핀들 유닛(146)을 소정의 절삭속도로써 이동시켜, 정면밀링 커터(l47)에 의해 캐비티(102) 내의 절삭을 행한다. 해당 위치에서의 절삭이 완료되면, 클램프 장치(150)를 빼어 고정 테이블(141)을 해방한다. 이어서, 동도 b에 도시한 바와 같이, 회전 지지대(154) 상에서 배럴 본체(101)를 90도 회전시켜, 클램프 장치(150)로써 고정 테이블(141)을 고정한다. 그리고, 상기와 같이 정면밀링 커터(147)로써 절삭을 행한다. 이 후, 상기와 같은 공정을 2회 반복한다.

이어서, 스핀들 유닛(146)을 180도 회전시켜, 동도 c에 도시한 바와 같이 순차로 캐비티(102) 내의 절삭을 한다. 이 경우도, 상기와 같이 배럴 본체(10l)를 90도 회전시키면서 가공을 반복한다. 이어서, 동도 d에 도시한 바와 같이 스핀들유닛(146)에 스페이서(155)를 끼우는 것에 의해서 당해 스핀들 유닛(146)의 위치를 높게 한다. 그리고, 이 위치에서 정면밀링 커터(147)를 축방향으로 보내어 캐비티(102)내의 절삭을 한다. 이것을 90도 회전시키면서 반복함으로써 바스켓(l30)을 삽입하는데 필요한 형상이 거의 완성된다. 또, 더미 파이프(133)를 삽입하는 부분의 절삭도, 동도 d에 도시한 것과 같이 하여 행하면 좋다. 다만, 스핀들 유닛(146)의 높이를 조정하는 스페이서 두께는 더미 파이프(133)의 일변와 같게 한다.

캐스크(l00)에 수용하는 사용완료의 연료집합체는, 핵분열성 물질 및 핵분열 생성물 등을 포함하여, 방사선을 발생하는 동시에 붕괴열을 수반하기 때문에, 캐스크(100)의 제열기능, 차폐기능 및 임계방지기능을 저장기간중(60년 정도) 확실히 유지할 필요가 있다. 이 실시형태 1에 따른 캐스크(100)에서는, 배럴 본체(101)의 캐비티(102) 내를 기계가공하여 바스켓(130)의 외주면을 밀착상태(거의 공간 없음)로 삽입하도록 하고 있고, 또한 배럴 본체(101)와 외통(105)의 사이에 내부핀(107)을 마련하고 있다. 이 때문에, 연료봉으로부터의 열은 바스켓(130) 혹은 충전한 헬륨가스를 통하여 배럴 본체(101)로 전도하여, 주로 내부핀(107)을 통하여외통(105)으로부터 방출되게 된다. 이상의 점 때문에, 바스켓(130)으로부터의 열전도율이 향상하여, 붕괴열의 제열을 효율적으로 할 수 있게 된다.

또, 사용완료의 연료집합체로부터 발생하는 γ선은, 탄소강 또는 스테인레스강로 이루어지는 배럴 본체(101), 외통(105), 뚜껑부(109) 등에서 차폐된다. 또한, 중성자는 수지(106)에 의해서 차폐되어, 방사선 업무 종사자에 대한 피폭 상의 영향을 없애도록 하고 있다. 구체적으로는, 표면선당량율이 2mSv/h 이하, 표면으로부터 1m의 선량당량율이 1OOμSv/h 이하가 되는 것과 같은 차폐기능을 얻도록 설계한다. 또한, 셀(131)을 구성하는 판상부재에는 붕소 함유 알루미늄 합금을 이용하기 때문에, 중성자를 흡수하여 임계에 달하는 것을 방지할 수 있다.

이상, 이 실시형태 1에 따른 캐스크(100)에 따르면, 배럴 본체(101)의 캐비티(102) 내를 기계가공하여 바스켓(130)의 외주면을 대략 밀착상태로 삽입하도록 하였기 때문에, 바스켓(130)으로부터의 열전도율을 향상시킬 수 있다. 또한, 캐비티(l02) 내의 공간을 없앨 수 있으므로, 배럴 본체(101)를 조밀하고 또한 경량으로 할 수 있다. 또, 이 경우이어도, 사용완료의 연료집합체의 수용수가 감소하는 것은 없다. 반대로, 배럴 본체(101)의 외경을 도 25에 도시한 캐스크(500)와 동일하게 하면, 그만큼 셀 수를 확보할 수 있으므로, 사용완료의 연료집합체의 수납수를 증가시킬 수가 있다. 구체적으로 해당 캐스크(100)에서는, 사용완료의 연료집합체의 수용수를 69개로 할 수 있고 또 캐스크 본체(116)의 외경을 2560mm, 중량을 120톤으로 억제할 수 있다. 또한, 현실의 문제로서, 상기 구성을 채용하는 것에 의해, 요구되는 중량제한, 치수제한을 충족시킨 뒤에 69개의 사용완료의 연료집합체를 수용할 수 있게 되었다.

도 10은 상기 캐스크의 변형예를 도시하는 반경방향 단면도이다. 이 캐스크(200)의 배럴 본체(20l)에서는, 바스켓(130)의 외주면이 완전히 당접하도록 캐비티(202) 내를 평면가공하는 일 없이, 일부가 당접하여 다소의 공간(Sa, Sb)이 남도록 가공한다. 즉, 캐비티(202) 내부가 원통형상을 한 캐비티(202)의 12개소에 대하여 바스켓(130)의 일부가 결합하도록 복수조의 홈(205)을 가공한다. 또한, 캐비티(202)와 바스켓(130)의 사이에 형성되는 공간(Sb)에는, 이 공간(Sb)의 형상에 대응하는 더미 파이프를 삽입한다[도 6b에 도시한 더미 파이프(134)가 적합하다].

이러한 구성에 의하면, 가공장치에 의한 배럴 본체(201)의 가공량을 적게 할 수 있기 때문에 생산성이 향상된다. 또한, 바스켓(130)이 배럴 본체(201)에 직접 당접하는 부분이 증가함과 아울러 캐비티(202) 내의 공간(Sa, Sb)을 적게 할 수 있기 때문에, 상기 실시형태 1의 캐스크(100)에는 뒤떨어지지만, 도 24 및 도 25에 도시하는 캐스크(500)에 비하여 열전도율을 향상시킬 수 있다. 또한, 캐스크(200)를 조밀하고 또한 경량으로 할 수 있다. 또, 그 외의 구성요소에 관해서는 상기 실시형태 1의 캐스크(100)와 같으므로 그 설명을 생략한다.

[실시형태 2]

도 11은 본 발명의 실시형태 2에 따른 캐스크를 도시하는 설명도이다. 이 캐스크(210)에서는 주조 일체 구조의 바스켓(211)을 사용한 점에 특징이 있다. 그 외의 구성은, 실시형태 1의 캐스크(100)와 같으므로 그 설명을 생략하는 동시에 동일의 구성요소에는 동일의 부호를 병기한다. 이 주조 바스켓(211)은 주조바스켓(211) 전체를 블록 단위로 성형하여, 그것을 적층하는 것에 의해 형성된다. 블록(212)은 주조에 의해서 일체 성형되고, 사용완료의 연료집합체를 수용하는 셀(213)은 이 블록(212)에 기계가공을 실시하는 것에 의해 형성된다. 예컨대 방전가공이나 와어어컷을 이용하여 셀(213)을 형성할 수가 있다. 또한, 주조시 코어를 이용하여 셀(213)을 형성하도록 하여도 좋다.

이렇게 하여 형성한 블록(212)은 도 1l에 도시한 바와 같이 캐비티(102) 내에 적층하여 수납된다. 캐비티(102) 내에 블록(212)을 적층하여 삽입해서 주조 바스켓(211)을 구성한 상태에서, 더미 파이프(214)를 삽입한다. 이 더미 파이프(2l4)는 실시형태 1에 개시한 것과 동일한 구성으로서, 그 형상은 도 6 및 도 7에 개시한 것을 적의 선택하여 채용할 수 있다. 더미 파이프(214)를 사용하는 것에 의해서, 주조 바스켓(211)을 사용한 경우에도 배럴 본체(101)의 중량을 경감하는 동시에 배럴 본체(101)의 두께를 균일화할 수가 있다.

주조 바스켓(2l1)에 알맞은 주조법으로서는, 치수 정밀도 등의 관점에서 금속의 주형에 의한 가압 주조법을 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 진공 주조법에 의해서도 기공이 적은 양호한 바스켓을 얻을 수 있다. 주조 바스켓(211)의 재료로서는, 알루미늄 또는 알루미늄 합금에 대하여 붕소를 첨가한 것을 쓴다. Al 또는 Al 합금에는, 순알루미늄 잉곳, Al-Cu계 알루미늄 합금, Al-Mg계 알루미늄 합금, Al-Mg-Si계 알루미늄 합금, Al-Zn-Mg계 알루미늄 합금, Al-Fe계 알루미늄 합금 등을 이용할 수 있다. 또한, 상기 B 또는 B 화합물에는, B₄C, B₂O₃등을 이용할 수 있다. 여기에서, 알루미늄에 대한 붕소의 첨가량은, 1.5중량% 이상, 7중량% 이하로 하는 것이 바람직하다. 1.5중량% 이하에서는 충분한 중성자 흡수성능이 얻어지지 않으며, 7중량%보다 많아지면 인장에 대한 연신이 저하하기 때문이다.

도 12a는 주조 블록의 변형예를 도시하는 사시도이다. 이 주조 블록(215)은 더미 파이프에 상당하는 부분[더미 셀(216)]을 주조 일체 성형한 점에 특징이 있다. 이와 같이 하면, 더미 파이프를 별도 제작하여 삽입하는 시간을 생략할 수 있기 때문에, 구조 및 조립 작업이 간단해진다. 또한, 바스켓과 더미 파이프의 접촉 계면이 없어지기 때문에 열전도 효율이 향상한다. 도 12에 도시하는 주조 블록(215)은 더미 셀(216)을 중공 구조로 했지만, 속이 채워진 구조체로 하여도 상관없다(도시생략). 또한, 주조 블록(215)을 동도 b에 도시한 바와 같이, 둘레방향으로 4 분할한 블록(215a)과, 중심에 설치한 1 파이프(215b)로 구성하여도 좋다. 이와 같이 하면, 주조 설비의 능력에 맞춰서 주조 블록(215)을 제조할 수 있다. 이상과 같이, 주조 바스켓(2l1)을 캐비티(102) 내에 거의 밀착상태로 수용함으로써 해당 주조 바스켓(211)으로부터 배럴 본체(10l)로의 열전도 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 캐비티(102) 내의 공간을 없앨 수 있으므로, 배럴 본체(101)를 조밀하고 또한 경량으로 할 수 있다.

도 13 내지 도 16는 상기 캐스크의 변형예를 도시하는 설명도이다. 도 13에 도시하는 캐스크(220)는 PWR용이며, 배럴 본체(221) 및 중성자 차폐체(222)가 정8각형상으로 되어 있고, 그 캐비티(223) 내에 주조 일체 구조의 바스켓(224)이 삽입되어 있다. 이 주조 바스켓(224)은 상기와 같이 알루미늄 또는 알루미늄 합금에붕소를 첨가한 재료로 구성되어 있다. 또한, 캐비티(223)와 주조 바스켓(224)의 사이에 생기는 공간을 메우기 위해서, 단면이 삼각형상인 더미 셀(225)이 일체로 형성되어 있다(동도 b의 확대도 참조). 이에 따라, 주조 바스켓(224)의 외형이 정8각형이 되고, 마찬가지로 정8각형의 캐비티(223)에 거의 밀착상태로 수용된다. 셀(226)과 셀(226)의 사이에는, 순수나 헬륨가스가 흐르는 관통구멍(227)이 형성되어 있다.

이 주조 바스켓(224)의 셀(226) 및 관통구멍(227)은 방전가공이나 와이어컷 등의 기계가공에 의해 형성된다. 또한, 주조 블록을 적층하여 주조 바스켓(224)으로 하는 점은 상기 주조 바스켓(211)과 동일하다. 이 캐스크(220)는 사용완료의 연료집합체를 수납하는 셀(226)을 37개 형성한 것이고, 더미 셀(225)은 주조 바스켓(224)의 네 구석에 8개 균등 배치되어 있다. 또한, 더미 셀(225)에 뚜껑을 마련하여 내부를 밀봉하도록 하여도 좋고, 내부에 헬륨가스나 수지를 봉입하도록 하여도 좋다(도시생략). 또한, 동 도면에서는 더미 셀(225)내는 중공이지만 속을 비게 하는 것도 가능하다. 이들 더미 셀(225)의 유무, 그 형상이나 뚜껑의 유무 등은, 캐스크에 요구되는 중량제한, 강도, 열전도 등의 조건에 의거하여 적의 결정하는 것이 바람직하다.

또, 더미 셀(225)의 형상은, 단면이 정삼각형일 필요는 없고, 예컨대 도 14a에 도시한 바와 같이 부채꼴형상 셀(225a)이어도 좋고, 도 14b에 도시한 바와 같이 복수의 원형상 셀(225b)이어도 좋다. 또한, 도 14c에 도시한 바와 같이 2개의 삼각형 셀(225c)이어도 좋다. 이어서, 도 15에 도시하는 캐스크(230)는 사용완료의연료집합체를 수납하는 셀(236)을 32개 형성한 것으로서, 배럴 본체(231) 및 중성자 차폐체(232)가 8각형상으로 되어 있다. 더미 셀(235)(동도 b 확대도 참조)은 바스켓(234)의 네 구석에 4개 균등 배치되어 있다. 셀(236)과 셀(236)의 사이에는, 순수나 헬륨가스가 흐르는 관통구멍(237)이 형성되어 있다.

도 16에 도시하는 캐스크(240)는 사용완료의 연료집합체를 수납하는 셀(246)이 32개 형성된 것이다. 주조 바스켓(244)의 외측에는, 그 네 구석부분에서 캐비티(243)와 접촉하지 않는 고체부(245)가 형성되어 있고(동도 b의 확대도 참조), 캐비티(243)면과의 사이에는 소정의 공간(247)이 형성되어 있다. 이것에 의해, 완전히 고체로 한 경우보다 캐스크(240)를 경량화할 수 있다는 이점이 있다. 한편 주조 바스켓(244)의 측면부는 동일면상에 위치하고, 캐비티(243) 내면과 거의 밀착상태로 되어 있다. 이것 때문에, 주조 바스켓(244)으로부터 배럴 본체(241)로의 열전도가 원활하게 행해진다. 또한, 캐비티(243) 내의 공간을 작게 할 수 있으므로, 캐스크(240)를 조밀하게 할 수 있다.

[실시형태 3]

도 17은 본 발명의 실시형태 3에 따른 캐스크를 도시하는 반경방향 단면도이다. 이 캐스크(300)는 PWR용이며, 과자상자형의 바스켓(301)을 해당 바스켓(301)의 외형에 대응하는 내부 형상을 갖는 캐비티(306) 내에 수용한 것이다. 또한, 배럴 본체(302)의 외형은 거의 정8각형으로 되어 있고, 그 주위에 수지로 구성한 중성자 차폐체(303)가 마련되어 있다. 중성자 차폐체(303)는 배럴 본체(302)와 외통(304)의 사이에 복수개의 동제의 전열핀(305)으로 구분한 공간에 충전되어 있다. 또, 해당 공간 내에 알루미늄제 또는 동제의 허니콤체를 배치하고, 이 허니콤 내에 중성자 차폐체를 압입 충전하도록 하여도 좋다(도시생략).

외통(304)은 분할구조로 되어 있고, 배럴 본체(302)에 용접한 전열핀(305)에 걸쳐서 용접되어 있다. 바람직하게는, 동 도면에 도시한 바와 같이, 전열핀(305)을 직사각형의 외통부재(304a)의 양단 가장자리에 용접하여 단면 ??자 형상의 유닛(304c)으로 하고, 이 유닛화한 상태로 배럴 본체(302)에 용접한다. 또한, 이 유닛(304c)의 용접을 일정 간격으로 하고, 최후에 유닛(304c)의 외통부재(304a) 사이에 직사각형의 외통부재(304b)에 걸쳐 외부로부터 용접한다. 이러한 조립 방법에 따르면, 극히 좁은 공간 내에서 용접작업을 할 필요가 없고 거의 외부에서 용접할 수가 있기 때문에, 용접작업을 간단하게 할 수 있다.

또, 이와 같이 유닛(304c)을 구성할 때, 외통부재(304a, 304b) 끼리의 용접부(304d)와, 전열핀(305)과 외통부재(304a)간의 용접부(304e)를 분리하도록 함으로써 열영향부가 국소적으로 집중하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 이 설치방법 외에, 모든 전열핀(305)을 배럴 본체(302)에 용접하고, 그 후 직사각형의 외통부재를 순차 전열핀(305)의 외주측단 가장자리에 용접하도록 하여도 좋다. 또 배럴 본체(302)는 실시형태 1의 캐스크(100)와 같이 스테인레스강제 또는 탄소강제의 단조품이다.

이어서, 캐비티(306) 내는, 바스켓(301)의 외형에 대응하는 형상으로 되어 있다. 도 18은 바스켓의 구성을 도시하는 설명도이다. 이 바스켓(301)은 관통구멍(311)을 갖는 직사각형의 판상부재(310)에 절개부(312)를 마련하여,판상부재(310)를 직교시켜서 교대로 적층함으로써 구성되어 있다. 이것에 의해서, 사용완료의 연료집합체를 수납하는 복수의 셀(307)이 형성된다. 상기 관통구멍(31l)은 판상부재(310)의 종방향으로 그 단면이 날일(日)자가 되도록 형성되고, 그 중앙의 리브(313)에는 복수의 연통구멍이 형성되어 있다(도시 생략). 또한, 상기 관통구멍(3l1)은 절개부(312)을 갖고 다른 판상부재(310)의 관통구멍(311)과 연통한다. 또한, 판상부재(310)의 종방향 단면에는 상하로 위치하는 판상부재(310)의 관통구멍(311) 끼리를 연통하기 위한 연통구멍(3l4)이 마련되어 있다. 또, 여기에서는 단면이 日자형인 판상부재(310)를 사용하였지만, 리브를 증가시키고 눈목(目)자 형상의 판상부재로 하여도 좋다(도시생략). 이와 같이 하면, 판상부재의 강성을 높일 수 있다.

또한, 판상부재(310)의 상하단 가장자리에는 요(凹)부(315) 및 철(凸)부(316)가 형성되어 있다. 이 요부(315)와 철부(316)에 의해서 상하에 위치하는 판상부재(310) 끼리의 위치 결정이 이루어진다(도 19 참조). 이것에 의해서, 셀(307) 내에 단차가 발생하는 것이 방지되므로, 사용완료의 연료집합체를 셀(307) 내에 원활하게 수납할 수가 있다. 또한, 판상부재(310)의 단부가장자리에는 철부(317)가 형성되어 있다. 또한, 도 20에 도시한 바와 같이, 철부(317)를 마련함으로써 판상부재(310)의 단부가장자리에 단차가 생기므로, 이 인접하는 단차의 사이에서 전열판(318)이 연장된다. 이것에 의해서 바스켓(301)의 외주면이 형성된다. 상기 판상부재(310) 및 전열판(318)의 재료는, 실시형태 1과 동일한 재료인 알루미늄 또는 알루미늄 합금에 붕소를 첨가한 것을 사용한다. 또, 전열판(318)의설치는, 동 도면에 도시하는 것과 같은 철부(317)를 마련하는 방식에 한정되지 않는다. 예를 들면 판상부재(310)의 단부가장자리를 따라 전열판(318)을 접촉시켜서, 스폿 용접 등에 의해 고정하도록 하여도 좋다(도시 생략).

바스켓(301)의 외형은, 그 4면(30la)이 전열판(318)에 의해서 동일면이 되고, 다른 4면(30lb)이 직각단면 형상이 된다. 캐비티(306)의 내부 형상은, 바스켓(301)의 동일면 부분(30la)과 거의 밀착상태가 되도록 면이 일치하고, 바스켓(30l)의 직각단면 부분(30lb)에 대응하는 부분은 거의 당해 형상에 대응하는 형상이 되지만, 구석부분에 공간(S)을 남기게 된다. 이어서, 이 공간(S)을 메우도록 단면이 삼각형인 더미 파이프(308)를 삽입한다. 이 더미 파이프(308)에 의해, 배럴 본체(302)의 중량을 경감하는 동시에 배럴 본체(302)의 두께를 균일화할 수가 있다. 또한, 바스켓(301)의 흔들림을 억제하여 확실히 고정할 수가 있다. 또, 단면삼각형의 더미 파이프(308) 대신에, 도 21에 도시한 것과 같은 단면이 사각형인 더미 파이프(308a)를 사용하는 것도 가능하다. 이 경우, 캐비티(306)의 내부 형상도 당해 더미 파이프(308a)에 대응하는 직각단면 형상이 된다.

트러니언(309)이 배럴 본체(302)에 대하여 직접 장착된다. 이 때 트러니언(309)의 장착 위치는, 배럴 본체(302)의 직각단면 부분(302b)에 설치되도록 하는 것이 바람직하다. 직각단면 부분(302b)에서는 동일면 부분(302a)보다도 배럴 본체(302)의 두께에 다소의 여유가 있기 때문에, 트러니언 자리를 가공하여도 γ선 차폐의 관점에서 영향이 적기 때문이다. 또한, 트러니언(309) 내에는 수지(309a)가 충전되지만, 공간(S)에 마련한 더미 파이프(308) 내에 수지를 충전함으로써, 트러니언(309)의 수지 비충전 부분(309b)으로부터의 중성자의 투과를 어느 정도 저지할 수 있다.

이상 이 캐스크(300)에 따르면, 과자상자형의 바스켓(301)의 외형에 대응하여 캐비티(306)를 형성했기 때문에, 바스켓(301)으로부터 배럴 본체(302)로의 열전도 효율이 향상된다. 특히, 바스켓 외주면에 마련한 전열판(318)을 개재하여 배럴 본체(302)에 붕괴열이 효율적으로 전해지고, 또한 바스켓(301)의 직각단면 부분(30lb)에서는 일부가 배럴 본체(302)에 면접촉함으로써 바스켓(301)을 확실히 유지하는 동시에 열전도 효율의 향상에 기여하고 있다. 또한, 공간(S)에 더미 파이프(308)를 삽입함으로써 바스켓(301)의 변형에 저항할 수 있기 때문에 보다 좋은 유지를 할 수 있다. 또한, 열전도 효율이 더욱 좋아진다. 또한, 상기 구성에 있어서 전열판(318)을 생략하여도 어느 정도 열전도 효율을 향상시킬 수 있는 것은 말할 필요도 없다.

[실시형태 4]

도 22는 본 발명의 실시형태 4에 따른 캐스크의 반경방향 단면도이다. 이 실시형태 4에 따른 캐스크(400)는 상기 실시형태 1에 도시하는 캐스크의 과자상자형의 바스켓을 직각파이프형의 바스켓(430)으로 변경한 것이다. 그 외의 구성은 실시형태 1의 캐스크(100)와 동일하기 때문에 그 설명을 생략하고 동일의 구성요소에는 동일의 부호를 병기한다. 이 바스켓(430)은 사용완료의 연료집합체를 수용하는 셀(131)을 구성하는 69개의 직각파이프(132)로 이루어진다. 직각파이프(132)로는 상기와 같이 A1 또는 Al 합금 분말에 중성자 흡수성능을 갖는 B 또는 B 화합물의 분말을 첨가한 알루미늄 복합재 또는 알루미늄 합금을 이용한다. 또한, 중성자 흡수재로서는 붕소 외에 카드뮴을 사용할 수 있다. 직각파이프(132)의 제조방법은 실시형태 1에서 도시한 압출법에 의해 행한다.

상기 직각파이프(132)는 예컨대 단면의 일변이 162 mm, 내측이 151mm인 사각형상으로 이루어진다. 치수 공차는 요구되는 규격의 관계로 마이너스 공차를 O으로 잡는다. 또한, 내측각의 R이 5mm인 것에 반하여, 외측각의 R을 0.5mm의 날카로운 에지로 성형한다. 에지 부분의 R이 큰 경우, 바스켓(430)에 응력이 가해지면, 직각파이프(132)의 특정 부위(에지 근방)에 응력 집중이 일어나 파손의 원인이 될 수 있다. 이것 때문에, 직각파이프(132)를 날카로운 에지로 함으로써 인접하는 직각파이프(132)에 대하여 응력이 곧바로 전해지므로, 직각파이프(132)의 특정 부위에 대한 응력 집중을 피할 수 있다. 또, 이 직각파이프(132)의 다른 제조방법으로서, 본원의 출원인에 의해 1999년 5월 27일자(「바스켓 및 캐스크」)로 이미 출원완료된 것이 있으므로, 그것을 참조해서 제조하여도 좋다.

도 23은 상기 직각파이프의 삽입 방법을 도시하는 사시도이다. 상기 공정에 의해 제조한 직각파이프(132)는, 캐비티(102) 내의 가공형상을 따라 순차 삽입된다. 여기에서, 직각파이프(132)에 왜곡과 비틀림이 생기고 치수의 마이너스공차가 0이기 때문에, 직각파이프(132)를 적당히 삽입하고자 하면 공차의 누적이나 왜곡의 영향을 받아 삽입하기 어렵게 되고, 무리하게 삽입하면 직각파이프(132)에 과도한 응력이 가해지게 된다. 그래서, 제조한 전부 또는 일부의 직각파이프(132)의 왜곡 및 비틀림을 레이저 측정기 등에 의해 미리 측정하고, 컴퓨터를 사용함으로써 해당측정 데이터에 근거하여 알맞은 삽입 위치를 산출하도록 한다. 이와 같이 하면, 캐비티(102)내에 직각파이프(132)를 용이하게 삽입할 수가 있고, 각각의 직각파이프(132)에 걸린 응력을 균일하게 할 수 있다.

또, 도 22 및 도 23에 도시한 바와 같이, 캐비티(102)중 셀수가 5개 또는 7개로 되는 직각파이프열의 양측에는 각각 더미 파이프(433)가 삽입되어 있다. 이 더미 파이프(433)에도 붕소 삽입 알루미늄 합금을 이용하여, 상기와 같은 공정에 의해 제작한다. 또한, 이 더미 파이프(433)의 양단에는 뚜껑이 마련되어 있다(도 6a 참조). 더미 파이프(433)에 뚜껑을 제공하여도 좋고, 내부를 밀봉하는 것에 의해 캐스크(400)의 경량화를 도모할 수도 있다. 또한, 더미 파이프(433)의 내부에 헬륨가스나 수지 등의 중성자 차폐재를 충전하도록 하여도 좋다.

이상, 본 발명의 캐스크(청구항 1)에 따르면, 외주에 중성자 차폐체를 가짐과 동시에 γ선의 차폐를 하는 배럴 본체의 캐비티 내를, 복수의 판상부재를 교대에 적층하여 구성한 직각단면 형상의 바스켓 외형에 대응하는 형상으로 하였기 때문에, 바스켓이 캐비티 내면에 면접촉하는 부분이 생기는 것과 동시에 바스켓과 캐비티 사이의 공간이 없어지던가 또는 극소로 된다. 이것 때문에, 열전도율이 향상하여 사용완료의 연료집합체의 수용수를 증가시킬 수가 있다. 또한, 컴팩트화 혹은 경량화하는 것이 가능하다.

또한, 본 발명의 캐스크(청구항 2)에 따르면, 외주에 중성자 차폐체를 가짐과 동시에 γ선의 차폐를 하는 배럴 본체의 캐비티 내를, 직각단면 형상을 갖는 주조 일체 성형의 바스켓의 외형에 대응하는 형상으로 하였기 때문에, 바스켓이 캐비티 내면에 면접촉하는 것과 동시에 바스켓과 캐비티 사이의 공간이 없어지던가 또는 극소로 된다. 이것 때문에, 열전도율이 향상하여, 사용완료의 연료집합체의 수용수를 증가시킬 수가 있다. 또한, 컴팩트화 또는 경량화할 수가 있다.

또, 본 발명에 따른 캐스크(청구항 3)에서는, 캐비티 내의 일부를 상기 바스켓의 외형에 대응하는 형상으로 하였기 때문에, 상기 청구항 1 또는 2에 따른 캐스크에는 뒤떨어지지만 그 열전도율을 향상시켜서 사용완료의 연료집합체의 수용수를 증가시킬 수 있다. 또한, 컴팩트화 혹은 또는 경량화할 수가 있다.

또, 본 발명에 따른 캐스크(청구항 4)에서는 또한 더미 파이프를 마련하는 것과 동시에, 상기 캐비티 내이고 배럴 본체의 두께에 여유가 있는 부분을 해당 더미 파이프에 대응하는 형상으로 하여, 상기 더미 파이프를 상기 판상부재에 접하는 상태로 바스켓과 함께 캐비티 내에 삽입하도록 하였다. 이것 때문에, 캐스크의 추가 경량화를 도모할 수 있다. 또한, 열전도율을 향상시킬 수 있다.

또, 본 발명의 캐스크(청구항 5 및 6)에 따르면, 더미 파이프의 양단을 막음으로써 캐스크를 경량화할 수가 있다. 또한, 본 발명에 따른 캐스크(청구항 7)에서는, 양단을 막은 더미 파이프 내에 헬륨가스 등의 열전도매체를 봉입하는 것에 의해서 캐스크의 경량화와 함께 열전도성을 향상시킬 수 있다.

Claims

중성자 흡수성능을 갖는 직사각형의 판상부재의 양 가장자리에 일정 간격을 두고 절개부를 마련함과 동시에 당해 절개부 끼리가 서로 끼워지도록 상기 판상부재를 직교하여 교대로 적층시켜 구성한 직각단면 형상의 바스켓과,

γ선의 차폐를 행함과 동시에 캐비티 내를 바스켓의 외형에 대응하는 형상으로 한 배럴 본체와,

배럴 본체의 외주에 배치한 중성자 차폐체를 구비하고,

상기 캐비티 내에 삽입한 바스켓의 각 셀 내에 사용완료의 연료집합체를 수용하는 것을 특징으로 하는 캐스크.
중성자 흡수성능을 가짐과 동시에 사용완료의 연료집합체를 수납하는 복수의 셀을 주조 일체 성형한 직각단면 형상의 바스켓과,

γ선의 차폐를 행함과 동시에 캐비티 내를 바스켓의 외형에 대응하는 형상으로 한 배럴 본체와,

배럴 본체의 외주에 배치한 중성자 차폐체를 구비하고,

상기 캐비티 내에 삽입한 바스켓의 각 셀 내에 사용완료의 연료집합체를 수용하는 것을 특징으로 하는 캐스크.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 캐비티 내의 일부를 상기 바스켓의 외형에 대응하는 형상으로 한 것을 특징으로 하는 캐스크.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

추가로 더미 파이프를 마련함과 동시에, 상기 캐비티 내이고 배럴 본체의 두께에 여유가 있는 부분을 해당 더미 파이프에 대응하는 형상으로 하고, 상기 더미 파이프를 상기 판상부재에 접하는 상태로 바스켓과 함께 캐비티 내에 삽입한 것을 특징으로 하는 캐스크.
제 4 항에 있어서,

상기 더미 파이프의 양단을 막은 것을 특징으로 하는 캐스크.
외주에 중성자 차폐체를 갖고 또 γ선의 차폐를 하는 배럴 본체의 캐비티 내를, 중성자 흡수성능을 갖는 복수의 직각파이프를 캐비티 내에 삽입한 상태에서 해당 직각파이프에 의해 구성되는 직각단면 형상의 바스켓의 외형에 대응하는 형상으로 하고, 또한 양단을 막은 중공의 더미 파이프를 마련함과 동시에, 상기 캐비티 내이고 배럴 본체의 두께에 여유가 있는 부분을 해당 더미 파이프에 대응하는 형상으로 하고, 상기 더미 파이프를 상기 직각파이프에 접하는 상태에서 바스켓과 함께 캐비티 내에 삽입하고, 상기 캐비티 내에 삽입한 바스켓의 각 셀 내에 사용완료의 연료집합체를 수용하여 저장하도록 한 것을 특징으로 하는 캐스크.
제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,

양단을 막은 더미 파이프 내에 헬륨가스 등의 열전도 매체를 봉입하는 것을 특징으로 하는 캐스크.