(57)【要約】【課題】コンクリートキャスク／コンクリートサイロのキャニスタにおいて、放射性物質が放出されることなく、尚且つ不活性ガスのインリークを的確に検知することができるようにする。【解決手段】コンクリートキャスク２内に縦置きで収納されるキャニスタ４の密封構造の喪失を検知する方法において、キャニスタ４は使用済燃料と共に外気よりも熱伝導率の大きい不活性ガスが密封され尚且つ内部圧力が負圧とされ、キャニスタ４の底温度ＴB、蓋温度ＴT、及び側壁温度ＴSのうちの少なくとも一つの温度に所定の閾値を超えて変化が生じたときにキャニスタ４の密封構造が損なわれたと判断するようにしている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンクリートキャスク内に縦置きで収納されるキャニスタの密封構造の喪失を検知する方法において、
前記キャニスタは使用済燃料と共に外気よりも熱伝導率の大きい不活性ガスが密封され尚且つ内部圧力が負圧とされ、
前記キャニスタの底温度、蓋温度及び側壁温度のうちの少なくとも一つの温度に所定の閾値を超えて変化が生じたときに前記キャニスタの密封構造が損なわれたと判断する
ことを特徴とするキャニスタの密封喪失の検知方法。
【請求項２】
前記キャニスタの前記底温度及び前記蓋温度が所定の閾値を超えて上昇し且つ前記側壁温度が所定の閾値を超えて低下するときに、前記キャニスタの密封構造が損なわれたと判断することを特徴とする請求項１記載のキャニスタの密封喪失の検知方法。
【請求項３】
前記キャニスタの前記底温度、前記蓋温度及び前記側壁温度のうちのいずれか二つの温度の間の温度差に所定の閾値を超えて変化が生じたときに、前記キャニスタの密封構造が損なわれたと判断することを特徴とする請求項１記載のキャニスタの密封喪失の検知方法。
【請求項４】
前記キャニスタの前記底温度と前記コンクリートキャスクに取り込まれる外気の温度との間の温度差に所定の閾値を超えて変化が生じたときに、前記キャニスタの密封構造が損なわれたと判断することを特徴とする請求項１記載のキャニスタの密封喪失の検知方法。
【請求項５】
前記キャニスタの前記蓋温度と前記コンクリートキャスクのコンクリート蓋の内部温度との間の温度差に所定の閾値を超えて変化が生じたときに、前記キャニスタの密封構造が損なわれたと判断することを特徴とする請求項１記載のキャニスタの密封喪失の検知方法。
【請求項６】
前記キャニスタの前記底温度と前記コンクリートキャスクに取り込まれる外気の温度とから算出される熱流束あるいは推定キャニスタ内指標温度に所定の閾値を超えて変化が生じたときに、前記キャニスタの密封構造が損なわれたと判断することを特徴とする請求項１記載のキャニスタの密封喪失の検知方法。
【請求項７】
コンクリートキャスク内に縦置きで収納されるキャニスタの密封構造の喪失を検知する装置において、
使用済燃料と共に外気よりも熱伝導率の大きい不活性ガスが密封され尚且つ内部圧力が負圧とされたキャニスタと、
前記キャニスタの底温度、蓋温度及び側壁温度のうちの少なくとも一つの温度を計測する温度センサと、
前記温度センサからの計測値データが入力され、入力された計測温度値に所定の閾値を超えて変化が生じたときに前記キャニスタの密封構造が損なわれたと判断する密封喪失判断部とを有する
ことを特徴とするキャニスタの密封喪失の検知装置。
【請求項８】
前記密封喪失判断部には、前記温度センサから前記キャニスタの前記底温度、前記蓋温度及び前記側壁温度の全ての計測値が入力され、前記キャニスタの前記蓋温度及び前記側壁温度が所定の閾値を超えて上昇し且つ前記側壁温度が所定の閾値を超えて低下したときに、前記キャニスタの密封構造が損なわれたと判断することを特徴とする請求項７記載のキャニスタの密封喪失の検知装置。
【請求項９】
前記密封喪失判断部には、前記温度センサから前記キャニスタの前記底温度、前記蓋温度及び前記側壁温度のうちの少なくとも二つの温度の計測値データが入力され、前記二つの温度の間の温度差に所定の閾値を超えて変化が生じたときに前記キャニスタの密封構造が損なわれたと判断することを特徴とする請求項７記載のキャニスタの密封喪失の検知装置。
【請求項１０】
さらに前記コンクリートキャスクに取り込まれる外気の温度を計測する温度センサを備え、
前記密封喪失判断部には、前記キャニスタの前記底温度と前記コンクリートキャスクに取り込まれる前記外気の温度との計測値データが入力され、前記キャニスタの前記底温度と前記外気の温度との差に所定の閾値を超えて変化が生じたときに、前記キャニスタの密封構造が損なわれたと判断することを特徴とする請求項７記載のキャニスタの密封喪失の検知装置。
【請求項１１】
さらに前記コンクリートキャスクのコンクリート蓋の内部温度を計測する温度センサを備え、
前記密封喪失判断部には、前記キャニスタの前記蓋温度と前記コンクリート蓋の前記内部温度との計測値データが入力され、前記キャニスタの前記蓋温度と前記コンクリート蓋の前記内部温度との差に所定の閾値を超えて変化が生じたときに、前記キャニスタの密封構造が損なわれたと判断することを特徴とする請求項７記載のキャニスタの密封喪失の検知装置。
【請求項１２】
さらに前記コンクリートキャスクに取り込まれる外気の温度を計測する温度センサを備え、
前記密封喪失判断部には、前記キャニスタの前記底温度と前記コンクリートキャスクに取り込まれる前記外気の温度との計測値データが入力され、前記キャニスタの前記底温度と前記コンクリートキャスクに取り込まれる前記外気の温度とから算出される熱流束あるいは推定キャニスタ内指標温度に所定の閾値を超えて変化が生じたときに、前記キャニスタの密封構造が損なわれたと判断することを特徴とする請求項７記載のキャニスタの密封喪失の検知装置。
【請求項１３】
コンクリートサイロ内に横置きで収納されるキャニスタの密封構造の喪失を検知する方法において、
前記キャニスタは使用済燃料と共に外気よりも熱伝導率の大きい不活性ガスが密封され尚且つ内部圧力が負圧とされ、
前記キャニスタの底温度、蓋温度、横置きの姿勢における側壁下部温度、及び横置きの姿勢における側壁上部温度のうちの少なくとも一つの温度に所定の閾値を超えて変化が生じたときに、前記キャニスタの密封構造が損なわれたと判断することを特徴とするキャニスタの密封喪失の検知方法。
【請求項１４】
前記キャニスタの前記底温度及び前記側壁下部温度が所定の閾値を超えて上昇し且つ前記蓋温度及び前記側壁上部温度が所定の閾値を超えて低下するときに、前記キャニスタの密封構造が損なわれたと判断することを特徴とする請求項１３記載のキャニスタの密封喪失の検知方法。
【請求項１５】
前記キャニスタの前記底温度、前記蓋温度、前記側壁下部温度及び前記側壁上部温度のうちのいずれか二つの温度の間の温度差に所定の閾値を超えて変化が生じたときに、前記キャニスタの密封構造が損なわれたと判断することを特徴とする請求項１３記載のキャニスタの密封喪失の検知方法。
【請求項１６】
コンクリートサイロ内に横置きで収納されるキャニスタの密封構造の喪失を検知する装置において、
使用済燃料と共に外気よりも熱伝導率の大きい不活性ガスが密封され尚且つ内部圧力が負圧とされたキャニスタと、
前記キャニスタの底温度、蓋温度、横置きの姿勢における側壁下部温度及び横置きの姿勢における側壁上部温度のうちの少なくとも一つの温度を計測する温度センサと、
前記温度センサからの少なくとも一つの温度の計測値データが入力され、入力された計測温度値に所定の閾値を超えて変化が生じたときに、前記キャニスタの密封構造が損なわれたと判断する密封喪失判断部とを有する
ことを特徴とするキャニスタの密封喪失の検知装置。
【請求項１７】
前記密封喪失判断部には、前記温度センサから前記キャニスタの前記底温度、前記蓋温度、前記側壁下部温度及び前記側壁上部温度の計測値データが入力され、前記キャニスタの前記底温度及び前記側壁下部温度が所定の閾値を超えて上昇し、且つ前記蓋温度及び前記側壁上部温度が所定の閾値を超えて低下したときに、前記キャニスタの密封構造が損なわれたと判断することを特徴とする請求項１６記載のキャニスタの密封喪失の検知装置。
【請求項１８】
前記密封喪失判断部には、前記温度センサから前記キャニスタの前記底温度、前記蓋温度、前記側壁下部温度及び前記側壁上部温度のうちの少なくとも二つの温度の計測値データが入力され、二つの温度の間の差に所定の閾値を超えて変化が生じたときに前記キャニスタの密封構造が損なわれたと判断することを特徴とする請求項１６記載のキャニスタの密封喪失の検知装置。
【請求項１９】
請求項７から１２および請求項１６から１８のいずれか１つに記載のキャニスタの密封喪失の検知装置を備えることを特徴とするキャニスタ。
【請求項２０】
請求項１９記載のキャニスタを備えることを特徴とするコンクリート製貯蔵設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、キャニスタの密封喪失の検知方法及び検知装置並びにキャニスタ及びコンクリート製貯蔵容器に関する。さらに詳述すると、本発明は、特に、使用済燃料の長期貯蔵管理に用いられるコンクリートキャスク／コンクリートサイロの金属製キャニスタの密封性の喪失を検知する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子炉の使用済燃料に代表される高放射性物質の貯蔵手段としてのコンクリートキャスク／コンクリートサイロタイプの貯蔵設備は、使用済燃料を収納するキャニスタと、このキャニスタを収納するキャスク本体とを備える。使用済燃料中の核分裂生成物の崩壊は燃料を原子炉から取り出した後も続くため、貯蔵中もキャニスタは発熱する。このため、コンクリートキャスクでは、例えば、図２７に示すように、核分裂生成物を収納するキャニスタ１０１とキャスク本体１０２との間に空気流路１０３が設けられ、冷却空気１０４を流すことによってキャニスタ１０１の熱が除去されるようにしている。具体的には、キャスク本体１０２の下部に空気導入口１０５が設けられると共に上部に空気導出口１０６が設けられ、キャニスタ１０１を冷却することで加熱された冷却空気１０４が空気流路１０３を上昇して空気導出口１０６から排出され、これに伴って空気導入口１０５から新たな空気が冷却空気１０４として取り込まれるようにしている（特許文献１）。
【０００３】
コンクリートキャスクのキャニスタの内部には、使用済燃料と共に、熱伝導が良く且つ不活性なガス（具体的には例えば、ヘリウムガス）が、対流効果によって除熱性能を向上させるために通常は正圧で充填されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１９４７２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
コンクリートキャスク／コンクリートサイロの、使用済燃料を収納するキャニスタは、金属（具体的には例えば、ステンレス鋼）で形成されており、蓋は溶接されている。このため、コンクリートキャスク／コンクリートサイロについて、キャニスタからの漏洩は設計上想定されていない。しかしながら、使用済燃料の長期に亙る貯蔵管理における安全性を確保する上で、外気に含まれる塩分によって貯蔵中のキャニスタに応力腐食割れ（「ＳＣＣ」とも呼ばれる）が発生して密封性能が失われることを防ぐというキャニスタの漏洩対策が課題になっている。
【０００６】
そこで、本発明は、コンクリートキャスク／コンクリートサイロのキャニスタにおいて、密封喪失時に、内部ガスを環境に放出することなく、密封喪失を検知する方法及び検知装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
かかる目的を達成するため、本発明は、コンクリートキャスク内に縦置きで収納されるキャニスタの密封構造の喪失を検知する方法において、キャニスタは使用済燃料と共に外気よりも熱伝導率の大きい不活性ガスが密封され尚且つ内部圧力が負圧とされ、キャニスタの底温度、蓋温度及び側壁温度のうちの少なくとも一つの温度に所定の閾値を超えて変化が生じたときにキャニスタの密封構造が損なわれたと判断するようにしている。
【０００８】
また、本発明のキャニスタの密封喪失の検知方法は、キャニスタの底温度及び蓋温度が所定の閾値を超えて上昇し且つ側壁温度が所定の閾値を超えて低下するときに、キャニスタの密封構造が損なわれたと判断するようにしても良い。
【０００９】
また、本発明のキャニスタの密封喪失の検知方法は、キャニスタの底温度、蓋温度及び側壁温度のうちのいずれか二つの温度の間の温度差に所定の閾値を超えて変化が生じたときに、キャニスタの密封構造が損なわれたと判断するようにしても良い。
【００１０】
また、本発明のキャニスタの密封喪失の検知方法は、キャニスタの底温度とコンクリートキャスクに取り込まれる外気の温度との間の温度差に所定の閾値を超えて変化が生じたときに、キャニスタの密封構造が損なわれたと判断するようにしても良い。
【００１１】
また、本発明のキャニスタの密封喪失の検知方法は、キャニスタの蓋温度とコンクリートキャスクのコンクリート蓋の内部温度との間の温度差に所定の閾値を超えて変化が生じたときに、キャニスタの密封構造が損なわれたと判断するようにしても良い。
【００１２】
また、本発明のキャニスタの密封喪失の検知方法は、キャニスタの底温度とコンクリートキャスクに取り込まれる外気の温度とから算出される熱流束あるいは推定キャニスタ内指標温度に所定の閾値を超えて変化が生じたときに、キャニスタの密封構造が損なわれたと判断するようにしても良い。
【００１３】
本発明のキャニスタの密封喪失の検知装置は、コンクリートキャスク内に縦置きで収納されるキャニスタの密封構造の喪失を検知する装置において、使用済燃料と共に外気よりも熱伝導率の大きい不活性ガスが密封され尚且つ内部圧力が負圧とされたキャニスタと、キャニスタの底温度、蓋温度及び側壁温度のうちの少なくとも一つの温度を計測する温度センサと、温度センサからの計測値データが入力され、入力された計測温度値に所定の閾値を超えて変化が生じたときにキャニスタの密封構造が損なわれたと判断する密封喪失判断部とを有している。
【００１４】
また、本発明のキャニスタの密封喪失の検知装置は、密封喪失判断部には、温度センサからキャニスタの底温度、蓋温度及び側壁温度の全ての計測値が入力され、キャニスタの蓋温度及び側壁温度が所定の閾値を超えて上昇し且つ側壁温度が所定の閾値を超えて低下したときに、キャニスタの密封構造が損なわれたと判断するようにしても良い。
【００１５】
また、本発明のキャニスタの密封喪失の検知装置は、密封喪失判断部には、温度センサからキャニスタの底温度、蓋温度及び側壁温度のうちの少なくとも二つの温度の計測値データが入力され、二つの温度の間の温度差に所定の閾値を超えて変化が生じたときにキャニスタの密封構造が損なわれたと判断するようにしても良い。
【００１６】
また、本発明のキャニスタの密封喪失の検知装置は、さらにコンクリートキャスクに取り込まれる外気の温度を計測する温度センサを備え、密封喪失判断部には、キャニスタの底温度とコンクリートキャスクに取り込まれる外気の温度との計測値データが入力され、キャニスタの底温度と外気の温度との差に所定の閾値を超えて変化が生じたときに、キャニスタの密封構造が損なわれたと判断するようにしても良い。
【００１７】
また、本発明のキャニスタの密封喪失の検知装置は、さらにコンクリートキャスクのコンクリート蓋の内部温度を計測する温度センサを備え、密封喪失判断部には、キャニスタの蓋温度とコンクリート蓋の内部温度との計測値データが入力され、キャニスタの蓋温度とコンクリート蓋の内部温度との差に所定の閾値を超えて変化が生じたときに、キャニスタの密封構造が損なわれたと判断するようにしても良い。
【００１８】
また、本発明のキャニスタの密封喪失の検知装置は、さらにコンクリートキャスクに取り込まれる外気の温度を計測する温度センサを備え、密封喪失判断部には、キャニスタの底温度とコンクリートキャスクに取り込まれる外気の温度との計測値データが入力され、キャニスタの底温度とコンクリートキャスクに取り込まれる外気の温度とから算出される熱流束あるいは推定キャニスタ内指標温度に所定の閾値を超えて変化が生じたときに、キャニスタの密封構造が損なわれたと判断するようにしても良い。
【００１９】
また、本発明は、コンクリートサイロ内に横置きで収納されるキャニスタの密封構造の喪失を検知する方法において、キャニスタは使用済燃料と共に外気よりも熱伝導率の大きい不活性ガスが密封され尚且つ内部圧力が負圧とされ、キャニスタの底温度、蓋温度、横置きの姿勢における側壁下部温度、及び横置きの姿勢における側壁上部温度のうちの少なくとも一つの温度に所定の閾値を超えて変化が生じたときに、キャニスタの密封構造が損なわれたと判断するようにしている。
【００２０】
また、本発明のキャニスタの密封喪失の検知方法は、キャニスタの底温度及び側壁下部温度が所定の閾値を超えて上昇し且つ蓋温度及び側壁上部温度が所定の閾値を超えて低下するときに、キャニスタの密封構造が損なわれたと判断するようにしても良い。
【００２１】
また、本発明のキャニスタの密封喪失の検知方法は、キャニスタの底温度、蓋温度、側壁下部温度及び側壁上部温度のうちのいずれか二つの温度の間の温度差に所定の閾値を超えて変化が生じたときに、キャニスタの密封構造が損なわれたと判断するようにしても良い。
【００２２】
また、本発明は、コンクリートサイロ内に横置きで収納されるキャニスタの密封構造の喪失を検知する装置において、使用済燃料と共に外気よりも熱伝導率の大きい不活性ガスが密封され尚且つ内部圧力が負圧とされたキャニスタと、キャニスタの底温度、蓋温度、横置きの姿勢における側壁下部温度及び横置きの姿勢における側壁上部温度のうちの少なくとも一つの温度を計測する温度センサと、温度センサからの少なくとも一つの温度の計測値データが入力され、入力された計測温度値に所定の閾値を超えて変化が生じたときに、キャニスタの密封構造が損なわれたと判断する密封喪失判断部とを有するようにしている。
【００２３】
また、本発明のキャニスタの密封喪失の検知装置は、密封喪失判断部には、温度センサからキャニスタの底温度、蓋温度、側壁下部温度及び側壁上部温度の計測値データが入力され、キャニスタの底温度及び側壁下部温度が所定の閾値を超えて上昇し、且つ蓋温度及び側壁上部温度が所定の閾値を超えて低下したときに、キャニスタの密封構造が損なわれたと判断するようにしても良い。
【００２４】
また、本発明のキャニスタの密封喪失の検知装置は、密封喪失判断部には、温度センサからキャニスタの底温度、蓋温度、側壁下部温度及び側壁上部温度のうちの少なくとも二つの温度の計測値データが入力され、二つの温度の間の差に所定の閾値を超えて変化が生じたときにキャニスタの密封構造が損なわれたと判断するようにしても良い。
【００２５】
また、本発明にかかるキャニスタは、請求項７から１２および請求項１６から１８のいずれか１つに記載のキャニスタの密封喪失の検知装置を備えることを特徴とする。
【００２６】
また、本発明にかかるコンクリート製貯蔵設備は、請求項１９記載のキャニスタを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２７】
本発明のキャニスタの密封喪失の検知方法や検知装置によれば、初期内圧が負圧であるように構成されたキャニスタの密封構造が損なわれていることを的確に検知することができるので、縦置き姿勢／横置き姿勢のキャニスタにおける密封性の喪失の検知手法や検知手段としての有用性や信頼性の向上を図ることが可能になる。
【００２８】
本発明のキャニスタの密封喪失の検知方法や検知装置によれば、キャニスタの密封構造が仮に損なわれた場合でも、キャニスタの内圧が負圧から大気圧（１ ａｔｍ）と等しくなるまでにインリークの発生を検知することによって放射性物質を含む内部のガスの外環境への放出を防ぐことが可能になる。
【００２９】
さらに、これらのキャニスタの密封喪失の検知方法や検知装置によると、キャニスタの密封構造が仮に損なわれたとしても、直ちに放射性物質を含む内部のガスの外環境への放出が起こることがないままに使用済燃料の温度が高くなるという現象が生ずるので、放射性物質を含む内部のガスの外環境への放出が防ぎつつキャニスタのインリークの発生を検知することができる。しかも、内圧が大気圧と等しくなるまでにインリークの発生を検知すれば環境汚染を引き起こすことがないので、許容漏洩量を考慮する必要がない。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明に係るキャニスタの密封喪失の検知方法及びキャニスタの密封喪失の検知装置の第一の実施形態が適用され得る貯蔵設備の一例を示す概略構造図である（コンクリートキャスクは縦断面図であり、キャニスタは側面図である）。
【図２】第一の実施形態におけるキャニスタに関する各部温度の位置を示す図である。図２Ａは縦置きの姿勢のキャニスタの正面図である。図２Ｂは縦置きの姿勢のキャニスタの平面図である。図２Ｃは縦置きの姿勢のキャニスタの底面図である。
【図３】本発明に係るキャニスタの密封喪失の検知装置の第一の実施形態の一例を示す機能ブロック図である。
【図４】本発明に係るキャニスタの密封喪失の検知方法及びキャニスタの密封喪失の検知装置の第二の実施形態が適用され得る貯蔵設備の一例を示す概略構造図である（コンクリートサイロは縦断面図であり、キャニスタは側面図である）。
【図５】第二の実施形態におけるキャニスタに関する各部温度の位置を示す図である。図５Ａは横置きの姿勢のキャニスタの側面図である。図５Ｂは横置きの姿勢のキャニスタの正面図である。図５Ｃは横置きの姿勢のキャニスタの背面図である。
【図６】本発明に係るキャニスタの密封喪失の検知装置の第二の実施形態の一例を示す機能ブロック図である。
【図７】検証例において用いられた貯蔵設備の模型の概略構造と共に温度計測位置を示す縦断面図である。
【図８】検証例において用いられた貯蔵設備の模型の概略構造と共に温度計測位置を示す図である。図８Ａは縦置きの姿勢のキャニスタの平面図である。図８Ｂは縦置きの姿勢のキャニスタの底面図である。
【図９】検証例における初期内圧が０．８ ａｔｍ の場合の圧力変化とキャニスタ蓋温度ＴT、キャニスタ底温度ＴB、及びキャニスタ側壁温度ＴSの変化との間の関係を示す図である。
【図１０】検証例における初期内圧が０．５ ａｔｍ の場合の圧力変化とキャニスタ蓋温度ＴT、キャニスタ底温度ＴB、及びキャニスタ側壁温度ＴSの変化との間の関係を示す図である。
【図１１】検証例における初期内圧が０．１ ａｔｍ の場合の圧力変化とキャニスタ蓋温度ＴT、キャニスタ底温度ＴB、及びキャニスタ側壁温度ＴSの変化との間の関係を示す図である。
【図１２】検証例におけるキャニスタ模型の各部毎の初期内圧の負圧度別の各部温度の変化量を示す図である。
【図１３】検証例における初期内圧が０．８ ａｔｍ の場合の圧力変化と底−蓋温度差ΔＴBT（即ち、キャニスタ底温度ＴBとキャニスタ蓋温度ＴTとの温度差）の変化量との間の関係を示す図である。
【図１４】検証例における初期内圧が０．５ ａｔｍ の場合の圧力変化と底−蓋温度差ΔＴBT（即ち、キャニスタ底温度ＴBとキャニスタ蓋温度ＴTとの温度差）の変化量との間の関係を示す図である。
【図１５】検証例における初期内圧が０．１ ａｔｍ の場合の圧力変化と底−蓋温度差ΔＴBT（即ち、キャニスタ底温度ＴBとキャニスタ蓋温度ＴTとの温度差）の変化量との間の関係を示す図である。
【図１６】検証例における初期内圧が０．８ ａｔｍ の場合の圧力変化と底−側壁温度差ΔＴBS（即ち、キャニスタ底温度ＴBとキャニスタ側壁温度ＴSとの温度差）の変化量との間の関係を示す図である。
【図１７】検証例における初期内圧が０．５ ａｔｍ の場合の圧力変化と底−側壁温度差ΔＴBS（即ち、キャニスタ底温度ＴBとキャニスタ側壁温度ＴSとの温度差）の変化量との間の関係を示す図である。
【図１８】検証例における初期内圧が０．１ ａｔｍ の場合の圧力変化と底−側壁温度差ΔＴBS（即ち、キャニスタ底温度ＴBとキャニスタ側壁温度ＴSとの温度差）の変化量との間の関係を示す図である。
【図１９】検証例における初期内圧の負圧度別の底−側壁温度差ΔＴBSの変化量、キャニスタ底温度ＴBの変化量、及びキャニスタ蓋温度ＴTの変化量を示す図である。
【図２０】検証例における初期内圧の負圧度別のインリーク前の発熱体の温度を示す図である。
【図２１】検証例における初期内圧の負圧度別のインリーク前後での発熱体の温度上昇度を示す図である。
【図２２】キャニスタ内部ガス種類と燃料温度の変化との関係を示すグラフである。
【図２３】キャニスタ底部の境界条件を示す説明図である。
【図２４】底面を通る熱流束と内圧（初期０．１ ａｔｍ  Ｈｅ ）との関係を示すグラフである。
【図２５】キャニスタ底部における内外部境界条件を示す説明図である。
【図２６】（ＴＨ’−ＴＢ’）と内圧（初期０．１ ａｔｍ  Ｈｅ ）の関係を示すグラフである。
【図２７】従来のコンクリートキャスクを一部切り欠いて示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明の構成を図面に示す実施の形態の例に基づいて詳細に説明する。
【００３２】
《第一の実施形態：縦置きキャニスタ》
図１から図３に、本発明に係るキャニスタの密封喪失の検知方法及びキャニスタの密封喪失の検知装置の第一の実施形態を示す。
【００３３】
本実施形態では、コンクリートキャスクタイプとも呼ばれる、コンクリートキャスク２内にキャニスタ４が縦置きの姿勢で収納される態様の貯蔵設備１の場合について説明する。
【００３４】
貯蔵設備１は、コンクリートキャスク２のコンクリート容器３内に収容されるキャニスタ４を冷却する内部冷却外気５を給気口６から取り込んで当該給気口６よりも高い位置に設けられる排気口７から排出する構造を備える。
【００３５】
コンクリートキャスク２は、コンクリート容器３とコンクリート蓋８とを有し、遮蔽機能を備える非密封構造として構成される。
【００３６】
キャニスタ４は、金属製例えばステンレス鋼製であり、例えば底付きの円筒状の容器内に使用済燃料が収納された上で内側カバープレートと外側カバープレートとの二重蓋が溶接によって取り付けられて密封される構造を備える。
【００３７】
キャニスタ４は、また、例えばステンレス鋼製のバスケットとも呼ばれるハニカム構造の仕切り１１が装入され、仕切り１１の各区画に放射性物質である使用済燃料が挿入される。
【００３８】
キャニスタ４は、封入された放射性物質が外部に漏洩しないようにするために溶接による密封構造が採られると共に、外気よりも熱伝導率の大きい不活性ガスが封入され、キャニスタ４内の使用済燃料の崩壊熱がバスケット１１や不活性ガスを介してキャニスタ４へと伝達される構造とされている。
【００３９】
キャニスタ４内に封入される不活性ガスとしては、外気（通常は、空気）よりも熱伝導率の大きい不活性ガス、一般にはヘリウム（Ｈｅ）が用いられることが好ましいものの、他の不活性ガスが用いられるようにしても良い。
【００４０】
キャニスタ４は、初期内圧が負圧にされた上で密封される。キャニスタ４内の圧力は、負圧（即ち、１ ａｔｍ 未満）であれば特定の値に限定されるものではなく、具体的には例えば０．１〜０．８ ａｔｍ 程度の範囲のうちのいずれかの値に設定されることが考えられる。
【００４１】
キャニスタ４の初期内圧が負圧であることにより、キャニスタ４の密封構造が仮に損なわれた場合には外から外気がキャニスタ４内へと吸い込まれる（別言すると、インリークが起こる）ことになる。
【００４２】
キャニスタ４は支持脚９の上に載せられてコンクリート容器３内に収容される。
【００４３】
コンクリート容器３の上部開口はコンクリート蓋８によって塞がれる。
【００４４】
キャニスタ４とコンクリート容器３との間に、内部冷却外気５が流れる流通空間１０が設けられる。この構造に関連し、流通空間１０へと通じる給気口６がコンクリート容器３の底部に設けられ、また、流通空間１０と連通する排気口７がコンクリート容器３の上端寄りの位置に設けられる。
【００４５】
上記構造により、コンクリートキャスク２の上下に設けられる給気口６及び排気口７を通じて外気が内部冷却外気５として自然対流し、内部冷却外気５へと熱を伝えることによってキャニスタ４内の使用済燃料の崩壊熱が除去される。
【００４６】
給気口６や排気口７はコンクリートキャスク２の周面において開口するように設けられることが一般的であるものの、給気口６がコンクリートキャスク２／コンクリート容器３の例えば底面において開口するように設けられたり、排気口７がコンクリートキャスク２／コンクリート蓋８の例えば上面（別言すると、天面）において開口するように設けられたりするようにしても良い。
【００４７】
そして、本実施形態のキャニスタの密封喪失の検知方法は、外気よりも熱伝導率の大きい不活性ガスが密封されて内部圧力が負圧とされたキャニスタ４の底温度ＴB、蓋温度ＴT、及び側壁温度ＴSのうちの少なくとも一つの温度に所定の閾値を超えて変化が生じたときに、キャニスタ４の密封構造が損なわれて外気のキャニスタ４の内部へのインリークが発生したと判断するようにしている。尚、本明細書において、所定の閾値とは、特定の値に限定されるものではなく、例えば想定実機に関する数値解析や実験または外気温度の変動実績などに基づいて適切な値に適宜設定されるものである。
【００４８】
ここで、監視対象となる温度としては、底温度ＴB、蓋温度ＴT、及び側壁温度ＴSのいずれでも良いが、単独で用いるだけでなく他の温度との組み合わせで用いても良く、好ましくは最も大きな温度変化を示す底温度ＴBあるいは底温度ＴBと他の温度との組み合わせであるが、これらに特に限られるものではなく、全ての部位の温度を用いても良いし、場合によってはそれらの組み合わせであっても良い。例えば、キャニスタ４の底温度ＴB、蓋温度ＴT、及び側壁温度ＴSのうちのいずれか二つの温度の間の温度差ΔＴBS（＝ＴB−ＴS）、ΔＴTS（＝ＴT−ＴS）、ΔＴBT（＝ＴB−ＴT）に所定の閾値を超えて変化が生じたときにキャニスタ４の密封構造が損なわれて外気のキャニスタ４の内部へのインリークが発生したと判断するようにしても良い。また、大きな温度変化を生む底温度と側壁温度との間の温度差に変化が生じたときにキャニスタの密封構造が損なわれたと判断しても良いし、さらに好ましくはキャニスタの底温度及び蓋温度が所定の閾値を超えて上昇し且つ側壁温度が所定の閾値を超えて低下するときに、キャニスタの密封構造が損なわれたと判断しても良い。
【００４９】
上記キャニスタの密封喪失の検知方法は、本発明に係るキャニスタの密封喪失の検知装置によっても実施され得る。本実施形態のキャニスタの密封喪失の検知装置は、コンクリートキャスク（コンクリート製貯蔵容器）２に縦置きで収納されるキャニスタ４の密封構造の喪失を検知するものであって、使用済燃料と共に外気よりも熱伝導率の大きい不活性ガスが密封され尚且つ内部圧力が負圧とされたキャニスタ４と、キャニスタ４の底温度ＴBを計測する第一の温度センサ１３Ａ、キャニスタ４の蓋温度ＴTを計測する第二の温度センサ１３Ｂ、及びキャニスタ４の側壁温度ＴSを計測する第三の温度センサ１３Ｃのうちの少なくとも一つの温度センサと、いずれかの温度センサ１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃによって計測される少なくとも一つの温度の計測値データが入力され、当該入力された計測値に所定の閾値を超えて変化が生じたときにキャニスタ４の密封構造が損なわれて外気のキャニスタ４の内部へのインリークが発生したと判断する密封喪失判断部１６ａを有する。
【００５０】
ここで、密封喪失判断部１６ａは、底温度ＴB、蓋温度ＴT、及び側壁温度ＴSのいずれの温度を単独で用いて、若しくは複数の温度間の温度差あるいは他の温度との組み合わせで用いて、それらの温度が所定の閾値を超えて変化が生じたときにキャニスタ４の密封構造が損なわれて外気のキャニスタ４の内部へのインリークが発生したと判断するようにしている。即ち、最も大きな温度変化を示す底温度ＴBあるいは底温度ＴBと他の温度との組み合わせが好ましいが、これらに特に限られるものではなく、全ての部位の温度を用いても良いし、場合によってはそれらの組み合わせであっても良い。例えば、密封喪失判断部１６ａは、キャニスタ４の底温度ＴB、蓋温度ＴT、及び側壁温度ＴSのうちのいずれか二つの温度の間の温度差ΔＴBS、ΔＴTS、ΔＴBTに所定の閾値を超えて変化が生じたときにキャニスタ４の密封構造が損なわれて外気のキャニスタ４の内部へのインリークが発生したと判断するようにしても良い。また、密封喪失判断部１６ａは、大きな温度変化を生む底温度ＴBと側壁温度ＴSとの間の温度差に変化が生じたときにキャニスタの密封構造が損なわれたと判断しても良いし、さらに好ましくはキャニスタの底温度ＴB及び蓋温度ＴTが所定の閾値を超えて上昇し且つ側壁温度ＴSが所定の閾値を超えて低下するときに、キャニスタの密封構造が損なわれたと判断しても良い。
【００５１】
第一から第三の温度センサ１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃとしては、例えば熱電対やサーミスターのような温度計測手段が用いられ得る。第一から第三の温度センサ１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃは、キャニスタ４の密封性喪失の検知感度を一層高める上ではキャニスタ４の表面に直に接触してキャニスタの表面温度を計測することが望ましいものの、場合によっては非接触式温度計が用いられてキャニスタ４の表面の温度を測定したり表面の極近傍の温度を計測したりするようにしても良い。
【００５２】
発明者らの知見によると、キャニスタ４の初期内圧が負圧で外気例えば空気よりも熱伝導率の大きい不活性ガス具体的には例えばヘリウムガスが充填された状態から外気がキャニスタ４内へとインリークする場合、キャニスタ４の内部の圧力増加（言い換えると、負圧から大気圧(１ ａｔｍ)へと向かう圧力変化）に伴い、キャニスタ底温度ＴBとキャニスタ蓋温度ＴTとが上昇する一方でキャニスタ側壁温度ＴSは低下する。
【００５３】
キャニスタ４に生ずる温度変化のメカニズムは、熱伝導率の大きい不活性ガス雰囲気の中にインリークで熱伝導率の小さい外気即ち空気が混入することで、熱伝導率の低下に伴って除熱効果が低減し、キャニスタ４内の使用済燃料の温度が上昇することに起因する。したがって、使用済燃料に接触しているキャニスタ４の底の温度ＴBが上昇する。
【００５４】
また、混入した外気は不活性ガスよりも密度が大きい（具体的には例えば、空気はヘリウムよりも密度が大きい）ため、外気はキャニスタ４内の下部空間に溜まる一方で、不活性ガスはキャニスタ４内の上部空間に溜まることになる。これにより、温度が上昇した使用済燃料の熱が熱伝導の良い不活性ガスを介してキャニスタ４の蓋へと伝えられ、キャニスタ蓋温度ＴTも上昇すると考えられる。
【００５５】
また、インリークでキャニスタ底温度ＴBとキャニスタ蓋温度ＴTとが上昇する。一方で、使用済燃料の発熱量自体はインリーク前後で基本的には変化しないことから、キャニスタ側壁温度ＴSは相対的に低下すると考えられる。
【００５６】
ここで、発明者の知見によると、キャニスタ内気体とキャニスタ外部の気体とが同一の場合、例えばキャニスタ内に空気が密封されている場合、キャニスタ内が加圧された状態では漏洩が発生するとキャニスタ底温度ＴBが上昇する一方でキャニスタ蓋温度ＴTは低下するが、キャニスタ内が負圧の状態では外気のインリークが発生して空気がキャニスタ４内に混入するとキャニスタ底温度ＴBが低下する一方でキャニスタ蓋温度ＴTは上昇する。すなわち、キャニスタ底温度ＴBが上昇し且つキャニスタ蓋温度ＴTも上昇するという現象は、キャニスタ内が不活性ガス雰囲気の負圧の状態からインリークが発生して熱伝導率が不活性ガスよりも小さい外気としての空気が混入する場合に特有の現象であり、従来は知られていない知見である。
【００５７】
なお、インリーク後のキャニスタ４の内部の大気圧に向かう圧力増加に伴い、キャニスタ底温度ＴBとキャニスタ側壁温度ＴSとの温度差ΔＴBS（＝ＴB−ＴS）やキャニスタ底温度ＴBとキャニスタ蓋温度ＴTとの温度差ΔＴBT（＝ＴB−ＴT）は大きくなる。
【００５８】
キャニスタ底温度ＴBとしては、キャニスタ４の底の何れの箇所における温度が計測されて用いられても構わないものの、外気のインリークが発生した場合のキャニスタの底面４Ｂにおける温度変化は底面４Ｂの中心位置に於いて最も大きくなるので、底面４Ｂの水平面方向における中心位置４Ｂcの温度が計測されて用いられることが好ましい（図２Ａ、図２Ｃ）。
【００５９】
キャニスタ蓋温度ＴTとしては、キャニスタ４の蓋の何れの箇所における温度が計測されて用いられても構わないものの、外気のインリークが発生した場合のキャニスタの蓋の上面（以下、天面４Ｔと呼ぶ）における温度変化は天面４Ｔの中心位置に於いて最も大きくなるので、天面４Ｔの水平面方向における中心位置４Ｔcの温度が計測されて用いられることが好ましい（図２Ａ、図２Ｂ）。
【００６０】
キャニスタ側壁温度ＴSとしては、キャニスタ４の側壁の何れの箇所における温度が計測されて用いられても構わないものの、外気のインリークが発生した場合のキャニスタの側壁の外面（以下、側周面４Ｓと呼ぶ）における温度変化は側周面４Ｓの上下方向における中央位置若しくは中央位置の周囲に於いて最も大きくなることが多いので、側周面４Ｓの上下方向における中央位置４Ｓc若しくはその周囲の温度が計測されて用いられることが好ましい（図２Ａ）。なお、キャニスタ底温度ＴBとキャニスタ蓋温度ＴTとのそれぞれの上昇の程度／バランスやキャニスタ４内の構造物の構成により、キャニスタ４の側周面４Ｓにおける温度変化が最も大きくなる位置が側周面４Ｓの上下方向における中央位置４Ｓcからずれる場合がある。
【００６１】
上記の発明者らの知見を踏まえ、縦置き姿勢のキャニスタ４に関する下記のＩからIIIまでの温度のうちの少なくとも一つを観測して温度が経時的に変化するか否かを監視することにより、キャニスタ４の密封構造が維持されているか或いは損なわれているかの判定を行うこと、つまりキャニスタ４における外気インリークの検知を行うことが可能になる。
Ｉ）キャニスタ底温度ＴB（尚、インリークによって上昇する）
II）キャニスタ蓋温度ＴT（尚、インリークによって上昇する）
III)キャニスタ側壁温度ＴS（尚、インリークによって低下する）
【００６２】
ここで、キャニスタ蓋温度ＴTとしては、キャニスタ蓋そのものの表面温度のみならず、キャニスタ蓋温度ＴTの影響を受ける（言い換えると、キャニスタ蓋温度ＴTの変化に伴って温度が変動する）空間や部材の温度が含められても良い。具体的には、キャニスタ４の蓋に対向する、コンクリートキャスク２のコンクリート蓋８の底面８Ｂとキャニスタ４の天面４Ｔとの間でキャニスタ蓋温度ＴTの影響を受ける空間や部材の温度が用いられることが考えられ、例えばコンクリートキャスク２のコンクリート蓋８の底面温度即ちコンクリート蓋底面温度ＴＬＢが用いられるようにしても良い。そこで、キャニスタ蓋温度ＴTには、キャニスタ４の蓋の温度に加え、コンクリートキャスク２のコンクリート蓋８の底面８Ｂとキャニスタ４の天面４Ｔとの間でキャニスタ蓋温度ＴTの影響を受ける空間や部材の温度具体的には例えばコンクリート蓋底面温度ＴＬＢが含まれるものとする。なお、コンクリートキャスク２のコンクリート蓋８の底面８Ｂとキャニスタ４の天面４Ｔとの間の空間に於ける内部冷却外気５の自然対流は少ないため、前述の空間や空間に接する部材はキャニスタ蓋温度ＴTの影響を受け易い。
【００６３】
上記の発明者らの知見を踏まえ、また、縦置き姿勢のキャニスタ４に関する下記のｉからiiiまでの温度差のうちの少なくとも一つを観測して温度差が経時的に変化するか否かを監視することにより、キャニスタ４の密封構造が維持されているか或いは損なわれているかの判定を行うこと、つまりキャニスタ４における外気インリークの検知を行うことが可能になる。なお、下記のｉ、ii、iiiの順番が外気インリークに対する感度の良好さの順位に対応すると考えられ、延いては外気インリークの検知における有利さの順位に対応すると考えられる。
ｉ）キャニスタ底温度ＴBとキャニスタ側壁温度ＴSとの温度差ΔＴBS
ii）キャニスタ蓋温度ＴTとキャニスタ側壁温度ＴSとの温度差ΔＴTS
iii)キャニスタ底温度ＴBとキャニスタ蓋温度ＴTとの温度差ΔＴBT
【００６４】
キャニスタ４に関する二つの温度の間の温度差が用いられる場合には、外気温度の変化の影響を受けてそれぞれ変動する二つの温度から、外気温度の変化が相殺されるので、外気温度の変化の影響を受け難くなって正確な判定が行われ得る。
【００６５】
また、キャニスタ４の初期内圧の負圧度が大きい（即ち、初期内圧が低い）ほど、インリークに伴う熱伝導率の小さい外気（空気）の流入量が多いので、インリーク後の（別言すると、インリークの進行に伴う）キャニスタ４内の使用済燃料の温度上昇の度合いが大きくなり（図２１参照）、このため、キャニスタ４に関する各部温度ＴB、ＴT、ＴSの変化幅や温度差ΔＴBS、ΔＴTS、ΔＴBTは大きくなる。
【００６６】
なお、キャニスタ４の初期内圧の負圧度が大きいほどインリーク後のキャニスタ４内の使用済燃料の温度上昇の度合いが大きく、そして、キャニスタ４に関する各部温度ＴB、ＴT、ＴSの変化幅や温度差ΔＴBS、ΔＴTS、ΔＴBTの変化幅が大きいほど外気インリークの検知には有利である（言い換えると、検知感度が向上する）ものの、これら各部温度ＴB、ＴT、ＴSや温度差ΔＴBS、ΔＴTS、ΔＴBTの変化の大きさは使用済燃料の温度変化の大きさが反映された結果であるので、必要に応じ、キャニスタ４内の使用済燃料の許容温度上昇の程度が考慮された上で初期内圧の負圧度が設定される。
【００６７】
キャニスタの密封喪失の検知装置は、所定のプログラムがコンピュータ上で実行されることによって実現されるようにしても良い。
【００６８】
キャニスタの密封喪失の検知装置１５は、例えば、図３に示すような、制御部１６（具体的には、ＣＰＵ；即ち、中央演算処理装置）、記憶部１７、インターフェース１８、及び表示部１９を少なくとも備えるコンピュータにおいて、記憶部１７に記憶されているプログラムが実行されることによって実現され得る。
【００６９】
キャニスタの密封喪失の検知装置１５としてのコンピュータの制御部１６に、プログラムが実行されることにより、各温度センサ１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃから入力されたキャニスタ４の底温度ＴB、蓋温度ＴT、及び側壁温度ＴSのうちの少なくとも一つの温度に所定の閾値を超えて変化が生じたときにキャニスタ４の密封構造が損なわれたとの判断を行う密封喪失判断部１６ａが構成される。第一の温度センサ１３Ａ、第二の温度センサ１３Ｂ、及び第三の温度センサ１３Ｃの計測値データは、インターフェース１８を介してコンピュータに入力され、入力された計測値に経時的な変化が生じているか否かが密封喪失判断部１６ａによって判定される。
【００７０】
また、本実施形態の密封喪失判断部１６ａは、上述したように底温度ＴB、蓋温度ＴT、及び側壁温度ＴSのいずれかの温度を単独で用いて、それらの温度が所定の閾値を超えて変化が生じたときにキャニスタ４の密封構造が損なわれて外気のキャニスタ４の内部へのインリークが発生したと判断するようにしているが、これに特に限られず、全ての部位の温度を用いても良いし、あるいはそれらの組み合わせ即ち複数の温度間の温度差若しくは他の温度との組み合わせを用いても良く、より好ましくは最も大きな温度変化を示す底温度ＴBあるいは底温度ＴBと他の温度との組み合わせから得られる温度変化から判断することである。例えば、コンピュータの制御部１６に、プログラムが実行されることにより、キャニスタ４の底温度ＴB、蓋温度ＴT、及び側壁温度ＴSのうちのいずれか二つの温度の間の温度差ΔＴBS、ΔＴTS、ΔＴBTに所定の閾値を超えて変化が生じたときにキャニスタ４の密封構造が損なわれて外気のキャニスタ４の内部へのインリークが発生したと判断するようにしても良い。
【００７１】
また、密封喪失判断部１６ａは、大きな温度変化を生む底温度ＴBと側壁温度ＴSとの間の温度差に変化が生じたときにキャニスタの密封構造が損なわれたと判断しても良いし、さらに好ましくはキャニスタの底温度ＴB及び蓋温度ＴTが所定の閾値を超えて上昇し且つ側壁温度ＴSが所定の閾値を超えて低下するときに、キャニスタの密封構造が損なわれたと判断しても良い。
【００７２】
そして、計測値に所定の閾値を超えて経時的な変化が生じている場合には、検知装置１５は、例えば、キャニスタ４の密封構造が損なわれたことを表示部１９に表示させたり、あるいは警報などを発する。
【００７３】
なお、発明者らの知見によると、図２２に示すように、キャニスタ４の内部気体が空気の場合には、使用済燃料の温度低下は少しであるが、不活性ガス（具体的には例えば、ヘリウム）が少しでも存在すれば、使用済燃料の温度は劇的に低下する。そして、使用済燃料の温度、更にはキャニスタ４の表面温度は、負圧度（具体的には、０．１〜０．８ ａｔｍ 程度の範囲）には殆ど依存しない。したがって、キャニスタ４の初期内圧を負圧にすることは、当該キャニスタ４内に収納される使用済燃料の崩壊熱の管理の観点からも何ら問題にはならない。
【００７４】
また、キャニスタ４の初期内圧が負圧であるため、キャニスタ４の密封構造が仮に損なわれたとしても、直ちに放射性物質を含む内部のガスの外環境への放出が起こることがないままに使用済燃料の温度が高くなるという現象が生ずるので、放射性物質を含む内部のガスの外環境への放出を防ぎつつキャニスタ４の外気インリークの発生を検知することができる。したがって、例えば日本の放射性物質輸送容器の密封設計基準における輸送規則や米国の規格（具体的には、ＵＳ  ＮＲＣ  ＮＵＲＥＧ−１５３６  “Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｒｅｖｉｅｗ  Ｐｌａｎ  ｆｏｒ  Ｓｐｅｎｔ  Ｆｕｅｌ  Ｄｒｙ  Ｓｔｏｒａｇｅ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  ａｔ  ａ  Ｇｅｎｅｒａｌ  Ｌｉｃｅｎｓｅ  Ｆａｃｉｌｉｔｙ”  Ｒｅｖｉｓｉｏｎ  １）によって規定されるような許容漏洩量（即ち、何Ｐａまでに漏洩を検出しなければならないか）を考慮する必要がない。
【００７５】
さらに、放射性物質が外環境へと放出されるケースとしては、キャニスタ４の内圧が大気圧になってキャニスタ４内部の気体が外部の気体即ち外気と置換される場合が考えられる。しかしながら、応力腐食割れ（ＳＣＣ）は通常はキャニスタ４下部の溶接部に於いて発生するので、応力腐食割れによる亀裂が発生して外気のインリークが進行して大気圧になった状態においても、外からキャニスタ４内へと吸い込まれる外気の密度よりもキャニスタ４内の不活性ガスの密度の方が小さい場合には、吸い込まれた外気がキャニスタ４内の下部空間に溜まる一方で不活性ガスはキャニスタ４内の上部空間に溜まる。このため、亀裂部において内部ガス即ち不活性ガスが分子拡散によって外部ガス即ち外気と置換される量は極めて微少であり、したがって放射性物質を含む内部ガスの外環境への放出は抑制されると考えられる。
【００７６】
《第二の実施形態：横置きキャニスタ》
図４から図６に、本発明に係るキャニスタの密封喪失の検知方法及びキャニスタの密封喪失の検知装置の第二の実施形態を示す。尚、本実施形態において、第一の実施形態の縦置きキャニスタと同様の構成については説明を省略する。
【００７７】
本実施形態では、コンクリートサイロタイプとも呼ばれる、コンクリートサイロ２２内にキャニスタ２４が横置きの姿勢で収納される態様の貯蔵設備２１の場合について説明する。
【００７８】
貯蔵設備２１は、コンクリートサイロ２２のコンクリート製保管庫２３内に収容されるキャニスタ２４を冷却する内部冷却外気２５を給気口２６から取り込んで当該給気口２６よりも高い位置に設けられる排気口２７から排出する構造を備える。
【００７９】
コンクリートサイロ２２は、コンクリート製保管庫２３とコンクリート蓋２８とを有し、遮蔽機能を備える非密封構造として構成される。
【００８０】
キャニスタ２４の構成（具体的には、金属製、二重蓋、仕切り／バスケットの装入、溶接による密封構造、不活性ガスの封入、初期内圧が負圧など）は上述の第一の実施形態と同様である。
【００８１】
キャニスタ２４はレール状の支持架台２９の上に載せられてコンクリート製保管庫２３内に収容される。
【００８２】
コンクリート製保管庫２３の側部開口はコンクリート蓋２８によって塞がれる。
【００８３】
キャニスタ２４とコンクリート製保管庫２３及びコンクリート蓋２８との間に、内部冷却外気２５が流れる流通空間３０が設けられる。この構造に関連し、流通空間３０へと通じる給気口２６がコンクリート製保管庫２３の底部に設けられ、また、流通空間３０と連通する排気口２７がコンクリート製保管庫２３の天井部に設けられる。
【００８４】
上記構造により、コンクリートサイロ２２の上下に設けられる給気口２６及び排気口２７を通じて外気が内部冷却外気２５として自然対流し、内部冷却外気２５へと熱を伝えることによってキャニスタ２４内の使用済燃料の崩壊熱が除去される。
【００８５】
そして、本実施形態のキャニスタの密封喪失の検知方法は、外気よりも熱伝導率の大きい不活性ガスが密封されて内部圧力が負圧とされたキャニスタ２４の底温度ＴHB、蓋温度ＴHT、横置きの姿勢における側壁下部温度ＴHSL、及び横置きの姿勢における側壁上部温度ＴHSUのうちの少なくとも一つの温度に所定の閾値を超えて変化が生じたときにキャニスタ２４の密封構造が損なわれて外気のキャニスタ２４の内部へのインリークが発生したと判断するようにしている。
【００８６】
ここで、監視対象となる温度としては、キャニスタ２４の底温度ＴHB、蓋温度ＴHT、側壁下部温度ＴHSL、及び側壁上部温度ＴHSUのうちの少なくとも一つの温度のいずれでも良いが、単独で用いるだけでなく他の温度との組み合わせで用いても良く、好ましくは最も大きな温度変化を示す底温度ＴBあるいは底温度ＴBと他の温度との組み合わせであるが、これらに特に限られるものではなく、全ての部位の温度を用いても良いし、場合によってはそれらの組み合わせであっても良い。例えば、キャニスタ２４の底温度ＴHB、蓋温度ＴHT、側壁下部温度ＴHSL、及び側壁上部温度ＴHSUのうちのいずれか二つの温度の間の温度差ΔＴHBT（＝ＴHB−ＴHT）、ΔＴHBSU（＝ＴHB−ＴHSU）、ΔＴHSLT（＝ＴHSL−ＴHT）、ΔＴHSLU（＝ＴHSL−ＴHSU）に所定の閾値を超えて変化が生じたときにキャニスタ２４の密封構造が損なわれて外気のキャニスタ２４の内部へのインリークが発生したと判断するようにしても良い。また、大きな温度変化を生む底温度ＴHBと蓋温度ＴHTとの間若しくは側壁上部温度ＴHSUとの間の温度差に変化が生じたときにキャニスタの密封構造が損なわれたと判断しても良いし、さらに好ましくはキャニスタ２４の底温度ＴHB及び側壁下部温度ＴHSLが所定の閾値を超えて上昇し且つ蓋温度ＴHT及び側壁上部温度ＴHSUが所定の閾値を超えて低下するときに、キャニスタの密封構造が損なわれたと判断しても良い。  
【００８７】
上記キャニスタの密封喪失の検知方法は、本発明に係るキャニスタの密封喪失の検知装置によっても実施され得る。本実施形態のキャニスタの密封喪失の検知装置は、コンクリートサイロ２２に横置きの姿勢で収納されるキャニスタ２４の密封構造の喪失を検知するものであって、使用済燃料と共に外気よりも熱伝導率の大きい不活性ガスが密封され尚且つ負圧とされたキャニスタ２４と、キャニスタ２４の底温度ＴHBを計測する第一の温度センサ３３Ａ、蓋温度ＴHTを計測する第二の温度センサ３３Ｂ、横置きの姿勢における側壁下部温度ＴHSLを計測する第三の温度センサ３３Ｃ、及び横置きの姿勢における側壁上部温度ＴHSUを計測する第四の温度センサ３３Ｄのうちの少なくとも一つの温度センサと、いずれかの温度センサ３３Ａ、３３Ｂ、３３Ｃ、３３Ｄによって計測される少なくとも一つの温度の計測値データが入力され、当該入力された計測値に所定の閾値を超えて変化が生じたときにキャニスタ２４の密封構造が損なわれて外気のキャニスタ２４の内部へのインリークが発生したと判断する密封喪失判断部３６ａを有する。
【００８８】
ここで、密封喪失判断部３６ａは、底温度ＴHB、蓋温度ＴHT、側壁下部温度ＴHSL、及び側壁上部温度ＴHSUのいずれかの温度を単独で用いて、若しくは複数の温度間の温度差あるいは他の温度との組み合わせで用いて、それらの温度が所定の閾値を超えて変化が生じたときにキャニスタ２４の密封構造が損なわれて外気のキャニスタ２４の内部へのインリークが発生したと判断するようにしている。即ち、最も大きな温度変化を示す底温度ＴHBあるいは底温度ＴHBと他の温度との組み合わせが好ましいが、これらに特に限られるものではなく、全ての部位の温度を用いても良いし、場合によってはそれらの組み合わせであっても良い。例えば、密封喪失判断部３６ａは、キャニスタ２４の底温度ＴHB、蓋温度ＴHT、側壁下部温度ＴHSL及び側壁上部温度ＴHSUのうちのいずれか二つの温度の間の温度差ΔＴHBT、ΔＴHBSU、ΔＴHSLT、ΔＴHSLUに所定の閾値を超えて変化が生じたときにキャニスタ２４の密封構造が損なわれて外気のキャニスタ２４の内部へのインリークが発生したと判断するようにしても良い。また、密封喪失判断部３６ａは、大きな温度変化を生む底温度ＴHBと蓋温度ＴHTとの間若しくは側壁上部温度ＴHSUとの間の温度差に変化が生じたときにキャニスタの密封構造が損なわれたと判断しても良いし、さらに好ましくはキャニスタ２４の底温度ＴHB及び側壁下部温度ＴHSLが所定の閾値を超えて上昇し且つ蓋温度ＴHT及び側壁上部温度ＴHSUが所定の閾値を超えて低下するときに、キャニスタの密封構造が損なわれたと判断しても良い。
【００８９】
第一から第四の温度センサ３３Ａ、３３Ｂ、３３Ｃ、３３Ｄは、第一の実施形態の温度センサと同様であり、説明は省略する。
【００９０】
発明者らの知見によると、キャニスタ２４の初期内圧が負圧で熱伝導率が外気例えば空気よりも大きい不活性ガス例えばヘリウムガスが充填された状態の場合、キャニスタ２４の密封喪失により外気がキャニスタ２４内へとインリークすると、熱伝導率の低下に伴って除熱効果が低減することにより、キャニスタ底温度ＴHBが上昇すると共にキャニスタ側壁下部温度ＴHSLも上昇し、一方で、キャニスタ蓋温度ＴHTは低下すると共にキャニスタ側壁上部温度ＴHSUも低下する。
【００９１】
なお、横置き姿勢のキャニスタ２４において、キャニスタ底部は水平方向における一方の端部、キャニスタ蓋部は水平方向における他方の端部になる。即ち、キャニスタ底温度ＴHBは、縦置きのキャニスタ４の使用済燃料並びにバスケットが接触している底になる部分の温度に相当し、キャニスタ蓋温度ＴHTは縦置きのキャニスタ４の蓋になる部分の温度に相当する。
【００９２】
さらに、キャニスタ側壁下部温度ＴHSLは、横置きのキャニスタ２４の側壁のうちの、キャニスタ２４の中心を通る水平面Ｈpよりも下部になる部分の温度である。
【００９３】
また、キャニスタ側壁上部温度ＴHSUは、横置きのキャニスタ２４の側壁のうちの、キャニスタ２４の中心を通る水平面Ｈpよりも上部になる部分の温度である。
【００９４】
キャニスタ２４の温度変化は、第１の実施形態と同様に、熱伝導率の大きい不活性ガス雰囲気の中にインリークで熱伝導率の小さい外気（空気）が混入するため、熱伝導率の低下に伴って除熱効果が低減し、キャニスタ２４内の使用済燃料の温度が上昇することによって生じる。
【００９５】
そして、使用済燃料の熱は、接触（特に、金属同士の接触）によって最も伝えられるため、キャニスタ底温度ＴHB及び横置きの姿勢におけるキャニスタ側壁下部温度ＴHSLが上昇し、キャニスタ蓋温度ＴHT及び横置きの姿勢におけるキャニスタ側壁上部温度ＴHSUが低下する。
【００９６】
キャニスタ底温度ＴHBとしては、キャニスタ２４の底の何れの箇所における温度が計測されて用いられても構わないものの、外気のインリークが発生した場合のキャニスタの底の外面（即ち、底面）における温度変化は底面の中心位置に於いて最も大きくなるので、横置き姿勢のキャニスタ２４の底の、キャニスタ２４の軸心方向（即ち、水平方向Ｈ）における一方の端面（即ち、底面２４ＨＢ）の鉛直面方向Ｖpにおける中心位置２４ＨＢcの温度が計測されて用いられることが好ましい（図５Ａ、図５Ｃ）。
【００９７】
キャニスタ蓋温度ＴHTとしては、キャニスタ２４の蓋のうちの何れの箇所における温度が計測されて用いられても構わないものの、外気のインリークが発生した場合のキャニスタの蓋の外面（即ち、天面）における温度変化は天面の中心位置に於いて最も大きくなるので、横置き姿勢のキャニスタ２４の蓋の、キャニスタ２４の軸心方向（即ち、水平方向Ｈ）における他方の端面（即ち、天面２４ＨＴ）の鉛直面方向Ｖpにおける中心位置２４ＨＴcの温度が計測されて用いられることが好ましい（図５Ａ、図５Ｂ）。
【００９８】
キャニスタ側壁下部温度ＴHSL としては、横置き姿勢のキャニスタ２４の側壁のうちの、キャニスタ２４の中心を通る水平面Ｈpよりも下部になる部分の何れの箇所における温度が計測されて用いられても構わないものの、側壁の外面（即ち、側周面２４ＨＳ）のうちの最下部２４ＨＳＬ（別言すると、最下底部）の、水平方向Ｈにおける中央位置２４ＨＳＬc若しくはその周囲の温度が計測されて用いられることが好ましい（図５Ａ）。なお、キャニスタ底温度ＴHBとキャニスタ蓋温度ＴHTとのそれぞれの上昇と低下との程度／バランスやキャニスタ２４内の構造物の構成により、キャニスタ２４の側壁の外面（即ち、側周面２４ＨＳ）における温度変化が最も大きくなる位置が側周面２４ＨＳのうちの最下部２４ＨＳＬの水平方向Ｈにおける中央位置２４ＨＳＬcからずれる場合がある。
【００９９】
キャニスタ側壁上部温度ＴHSU としては、横置き姿勢のキャニスタ２４の側壁のうちの、キャニスタ２４の中心を通る水平面Ｈpよりも上部になる部分の何れの箇所における温度が計測されて用いられても構わないものの、横置き姿勢のキャニスタ２４の側壁の外面（即ち、側周面２４ＨＳ）のうちの最上部２４ＨＳＵ（別言すると、天辺部）の、水平方向Ｈにおける中央位置２４ＨＳＵcの温度が計測されて用いられることが好ましい（図５Ａ）。
【０１００】
上記の発明者らの知見を踏まえ、横置き姿勢のキャニスタ２４に関する下記のＩからIVまでの温度のうちの少なくとも一つを観測して温度が経時的に変化するか否かを監視することにより、キャニスタ２４の密封構造が維持されているか或いは損なわれているかの判定を行うこと、つまりキャニスタ２４におけるインリークの検知を行うことが可能になる。
Ｉ）キャニスタ底温度ＴHB（尚、インリークによって上昇する）
II）キャニスタ蓋温度ＴHT（尚、インリークによって低下する）
III)横置き姿勢のキャニスタ側壁下部温度ＴHSL（尚、インリークによって上昇する）
IV）横置き姿勢のキャニスタ側壁上部温度ＴHSU（尚、インリークによって低下する）
【０１０１】
上記の発明者らの知見を踏まえ、また、横置き姿勢のキャニスタ２４に関する下記のｉからivまでの温度差のうちの少なくとも一つを観測して温度差が経時的に変化するか否かを監視することにより、キャニスタ２４の密封構造が維持されているか或いは損なわれているかの判定を行うこと、延いてはキャニスタ２４におけるインリークの検知を行うことが可能になる。
ｉ）キャニスタ底温度ＴHBとキャニスタ蓋温度ＴHTとの温度差ΔＴHBT
ii）キャニスタ底温度ＴHBとキャニスタ側壁上部温度ＴHSUとの温度差ΔＴHBSU
iii)キャニスタ側壁下部温度ＴHSLとキャニスタ蓋温度ＴHTとの温度差ΔＴHSLT
iv）キャニスタ側壁下部温度ＴHSLとキャニスタ側壁上部温度ＴHSUとの温度差ΔＴHSLU
【０１０２】
なお、キャニスタ底温度ＴHBとキャニスタ側壁下部温度ＴHSLとの上昇の度合いが異なるので、キャニスタ底温度ＴHBとキャニスタ側壁下部温度ＴHSLとの温度差ΔＴHBSLが観測されて経時変化の有無が監視されるようにしても良く、また、キャニスタ蓋温度ＴHTとキャニスタ側壁上部温度ＴHSUの低下の度合いが異なるので、キャニスタ蓋温度ＴHTとキャニスタ側壁上部温度ＴHSUとの温度差ΔＴHTSUが観測されて経時変化の有無が監視されるようにしても良い。
【０１０３】
キャニスタ２４に関する二つの温度の間の温度差が用いられる場合には、外気温度の変化の影響を受けてそれぞれ変動する二つの温度から、外気温度の変化が相殺されるので、外気温度の変化の影響を受け難くなって正確な判定が行われ得る。
【０１０４】
また、キャニスタ２４の初期内圧の負圧度が大きい（即ち、初期内圧が低い）ほど、インリークに伴うキャニスタ内部気体よりも熱伝導率の小さい外気（空気）の流入量が多いので、インリーク後の（別言すると、インリークの進行に伴う）キャニスタ２４内の使用済燃料の温度上昇の度合いが大きくなり、このため、キャニスタ２４に関する各部温度ＴHB、ＴHT、ＴHSL、ＴHSUの変化幅や温度差ΔＴHBT、ΔＴHBSU、ΔＴHSLT、ΔＴHSLUは大きくなる。
【０１０５】
なお、キャニスタ２４の初期内圧の負圧度が大きいほど外気インリーク後のキャニスタ２４内の使用済燃料の温度上昇の度合いが大きく、そして、各部温度ＴHB、ＴHT、ＴHSL、ＴHSUの変化幅や温度差ΔＴHBT、ΔＴHBSU、ΔＴHSLT、ΔＴHSLUの変化幅が大きいほどキャニスタ２４の密封構造が損なわれて外気のキャニスタ４の内部へのインリークが発生したこと検知するには有利である（言い換えると、検知感度が向上する）ものの、これら各部温度ＴHB、ＴHT、ＴHSL、ＴHSUや温度差ΔＴHBT、ΔＴHBSU、ΔＴHSLT、ΔＴHSLUの変化の大きさは使用済燃料の温度変化の大きさが反映された結果であるので、必要に応じ、キャニスタ２４内の使用済燃料の許容温度上昇の程度が考慮された上で初期内圧の負圧度が設定される。
【０１０６】
キャニスタの密封喪失の検知装置は、所定のプログラムがコンピュータ上で実行されることによって実現されるようにしても良い。
【０１０７】
キャニスタの密封喪失の検知装置３５は、例えば、図６に示すような、制御部３６（具体的には、ＣＰＵ；即ち、中央演算処理装置）、記憶部３７、インターフェース３８、及び表示部３９を少なくとも備えるコンピュータにおいて、記憶部３７に記憶されているプログラムが実行されることによって実現され得る。
【０１０８】
キャニスタの密封喪失の検知装置３５としてのコンピュータの制御部３６には、プログラムが実行されることにより、各温度センサ３３Ａ、３３Ｂ、３３Ｃ、３３Ｄから入力されたキャニスタ２４の底温度ＴHB、蓋温度ＴHT、側壁下部温度ＴHSL、及び側壁上部温度ＴHSUのうちの少なくとも一つの温度に所定の閾値を超えて変化が生じたときにキャニスタ２４の密封構造が損なわれたとの判断を行う密封喪失判断部３６ａが構成される。第一の温度センサ３３Ａ、第二の温度センサ３３Ｂ、第三の温度センサ３３Ｃ、及び第四の温度センサ３３Ｄの計測値データは、インターフェース３８を介して検知装置・コンピュータ３５に入力され、入力された計測値に所定の閾値を超えて経時的な変化が生じているか否かが密封喪失判断部３６ａによって判定される。
【０１０９】
ここで、密封喪失判断部３６ａは、底温度ＴHB、蓋温度ＴHT、側壁下部温度ＴHSL、及び側壁上部温度ＴHSUのいずれかの温度を単独で用いて、若しくは複数の温度間の温度差あるいは他の温度との組み合わせで用いて、それらの温度が所定の閾値を超えて変化が生じたときにキャニスタ２４の密封構造が損なわれて外気のキャニスタ２４の内部へのインリークが発生したと判断するようにしている。このとき、最も大きな温度変化を示す底温度ＴBあるいは底温度ＴBと他の温度との組み合わせが好ましいが、これらに特に限られるものではなく、全ての部位の温度を用いても良いし、場合によってはそれらの組み合わせであっても良い。例えば、密封喪失判断部３６ａは、キャニスタ２４の底温度ＴHB、蓋温度ＴHT、側壁下部温度ＴHSL及び側壁上部温度ＴHSUのうちのいずれか二つの温度の間の温度差ΔＴHBT、ΔＴHBSU、ΔＴHSLT、ΔＴHSLUに所定の閾値を超えて変化が生じたときにキャニスタ２４の密封構造が損なわれて外気のキャニスタ２４の内部へのインリークが発生したと判断するようにしても良い。また、密封喪失判断部３６ａは、大きな温度変化を生む底温度ＴHBと蓋温度ＴHTとの間若しくは側壁上部温度ＴHSUとの間の温度差に変化が生じたときにキャニスタの密封構造が損なわれたと判断しても良いし、さらに好ましくはキャニスタ２４の底温度ＴHB及び側壁下部温度ＴHSLが所定の閾値を超えて上昇し且つ蓋温度ＴHT及び側壁上部温度ＴHSUが所定の閾値を超えて低下するときに、キャニスタの密封構造が損なわれたと判断しても良い。
【０１１０】
そして、計測値に所定の閾値を超えて経時的な変化が生じている場合には、検知装置３５は、例えば、キャニスタ２４の密封構造が損なわれたことを表示部３９に表示させたり、あるいは警報を発したりする。
【０１１１】
なお、発明者らの知見によると、前述したように、キャニスタ２４内に不活性ガス例えばヘリウムが少しでも存在することによって、使用済燃料の温度は劇的に低下し、尚且つ使用済燃料の温度、更にはキャニスタ２４の表面温度は、負圧度には殆ど依存しない（図２２参照）ことから、キャニスタ２４の初期内圧を負圧にすることは、当該キャニスタ２４内に収納される使用済燃料の崩壊熱の管理の観点からも何ら問題にはならない。
【０１１２】
以上のように構成されたキャニスタの密封喪失の検知方法やキャニスタの密封喪失の検知装置１５、３５によれば、キャニスタの密封喪失が起こると、熱伝導率の大きい不活性ガス雰囲気の中にインリークで熱伝導率の小さい外気即ち空気が混入することで、熱伝導率の低下に伴って除熱効果が低減し、キャニスタ４内の使用済燃料の温度が上昇することに起因する様々な特有の現象を伴うので、キャニスタ４、２４の密封構造が損なわれていることを的確に検知することができる。このため、縦置き姿勢のキャニスタ４や横置き姿勢のキャニスタ２４における密封性の喪失の検知手法としての有用性や信頼性の向上を図ることが可能になる。
【０１１３】
また、キャニスタ４、２４の密封構造が仮に損なわれたとしても、直ちに放射性物質を含む内部ガスの外環境への放出が起こることがないままに使用済燃料の温度が高くなるという現象が生ずるので、放射性物質を含む内部のガスの外環境への放出が防ぎつつキャニスタ２４の外気インリークの発生を検知することができる。したがって、許容漏洩量を考慮する必要もない。
【０１１４】
なお、上述の実施形態は本発明を実施する際の好適な形態の一例ではあるものの本発明の実施の形態が上述のものに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において本発明は種々変形実施可能である。
【０１１５】
例えば、上述の実施形態では図１に概略構造を示すコンクリートキャスクタイプの貯蔵設備１や図４に概略構造を示すコンクリートサイロタイプの貯蔵設備２１に対して本発明が適用される場合を例に挙げたが、本発明が適用され得る貯蔵設備の具体的な構成／構造は図１や図４に示す例に限定されるものではなく、キャニスタが縦置きの姿勢で収納される種々の貯蔵設備やキャニスタが横置きの姿勢で収納される種々の貯蔵設備に対して本発明は適用可能である。
【０１１６】
また、上述の実施形態ではキャニスタ４、２４の任意の部位の表面温度の変化あるいは複数の部位の間の温度差の変化に着目するようにしているが、キャニスタ４、２４の各部位の表面温度以外の温度との差が用いられるようにしても良い。具体的には、キャニスタ４、２４の上述の各部温度ＴB，…，ＴHSUと、コンクリートキャスク２／コンクリートサイロ２２の給気口６、２６に設けられる第五の温度センサ１３Ｅで取り込まれる外気の温度（給気温度ＴＩＮと呼ぶ）との差が用いられるようにしても良い。キャニスタ４、２４の各部温度特に底温度ＴB，ＴHB、及び側壁下部温度ＴHSLは、一日のうちの外気温度の変化に伴って変動する内部冷却外気５、２５の温度の影響を受け易く、キャニスタ４、２４の密封性の喪失（具体的には、インリークの発生）とは関係なく、変動する。このため、キャニスタ４、２４の各部温度と給気温度との差が用いられることにより、キャニスタ４、２４の各部温度の変動から外気温度の変化に伴う内部冷却外気５、２５の温度の変動分を相殺して取り除くことができる。具体的には例えば、縦置きキャニスタ４の底温度ＴBは内部冷却外気５の温度の影響を特に受け易いので、キャニスタ底温度ＴBと給気温度ＴＩＮとの間の温度差が経時的に変化するか否かを監視することにより、キャニスタ４の密封構造が維持されているかあるいは損なわれているかの判定、つまりキャニスタ４における外気インリークの検知を行うようにしても良い。
【０１１７】
また、上述の実施形態ではキャニスタの各部位の表面温度を計測し、計測温度そのものの変動を利用して計測値に所定の閾値を超えて変化が生じたときにキャニスタの密封構造が損なわれて外気のキャニスタの内部へのインリークが発生したと判断するようにしているが、これに特に限られず、キャニスタ内部への外気のインリークに起因する温度変化によって引き起こされるその他の物理現象例えば熱流束の変化や内部指標温度の変化などを検出して密封喪失を判断するようにしても良い。特にキャニスタ４の底温度ＴBは、給気温度ＴＩＮの影響を大きく受けることから、給気温度ＴＩＮの影響を緩和することにより、キャニスタ４の底温度ＴBの温度変化を用いて、精度良く漏えいを検知することが好ましい。例えば、キャニスタ４の底温度ＴBと給気温度ＴＩＮからキャニスタ底面を通過する熱流束を求め、その変化からインリークによるキャニスタ内圧の変化を推定する手法、あるいはキャニスタ内部からキャニスタ底面のステンレス板を通過し、外気へ放出される熱流束が一定である条件下で、キャニスタ内部の指標温度ＴＨを求め、キャニスタ内部指標温度ＴHと底温度ＴBとの温度差の変化からキャニスタ内圧の変化を推測することが可能である。
【０１１８】
［熱流束を求める方法］
図２３は、キャニスタ底部の温度境界条件を示したものである。外気と接しているキャニスタ底面は、加熱されていることから、自然対流による熱伝達熱流束ｑｃが生じることになる。なお、キャニスタ架台からの熱伝導による放熱も生じるが、ここでは、キャニスタ底部中心位置での熱流束を評価対象としている。よって、キャニスタ底部の板厚が底部中心から架台とキャニスタ底部の接触点までの距離に比べて十分に薄いことから、接触による熱伝導の影響が評価対象のキャニスタ底部中心位置に及ばないと仮定した。これらの熱流束の関係を以下の式１に示す。
【０１１９】
【数１】
2020148769.tif 000003
なお、空気側の熱伝達係数ｈａは、伝熱ハンドブック（伝熱工学資料改訂第５版、日本機会学会、２００９年）より、下向き加熱円形平板の自然対流伝熱相関式を用いる。
したがって、
【０１２０】
【数２】
2020148769.tif 000004
より、
【０１２１】
【数３】
2020148769.tif 000005
ここで、Ｌ（キャニスタ直径）は、０．４０６４ｍとした。
【０１２２】
初期０．１ａｔｍヘリウムからの漏えい試験ケースを対象として計算で求めた熱流束の差とキャニスタ内圧の関係を図２４に示す。なお、図中のΔｑＢ（＝ｑＢ−ｑＢ０）は、内圧の上昇とともに、上昇していることが分かる。
【０１２３】
［キャニスタ内指標温度を求める方法］
キャニスタ底面中心温度ＴＢと給気温度ＴＩＮを用いて、キャニスタ内部の指標温度ＴＨを求める。いわゆる逆問題として、既知の温度データを用いて境界条件を求めるものである。キャニスタ内からキャニスタ底部に与えられる熱流束は、キャニスタ内部の発熱体から熱伝導で伝わる熱流束、輻射熱流束に加えて、対流による熱流束が考えられるがこれらをまとめた熱流束をｑＩとする。また、この熱流束は、キャニスタ内部の底面極近傍において、ヘリウムの指標温度ＴＨが熱伝導により与えていると仮定する。
【０１２４】
キャニスタ内部からキャニスタ底部を通過し、大気に放出されるまでの熱の流れと境界条件を図２５に示す。
【０１２５】
熱は、キャニスタ内部からキャニスタ底部のステンレス板を通じて、大気（空気）に流れる。ここでは、キャニスタ底面内側の極近傍である高さｌＨ離れた場所でのヘリウム指標温度をＴＨとして、式４に示すようにｑＩの熱流束がステンレス板に熱伝導で熱が伝わると仮定する。ステンレス板内では、熱は、式５に示す熱伝導で伝わる。また、ステンレス板と空気との熱移行は、式６に示す熱伝達および輻射熱で伝わる。ここでは、キャニスタ架台を通じて熱伝導による放熱は、この地点において影響しないと仮定した。よって、熱流束ｑＩ、ｑＳは、それぞれ以下の式で表現される。
【０１２６】
【数４】
2020148769.tif 000006
【０１２７】
【数５】
2020148769.tif 000007
【０１２８】
【数６】
2020148769.tif 000008
いま、キャニスタ内部、キャニスタ底部のステンレス板、及びキャニスタ底部を通過し待機に放出される熱流束は同じであることから、ｑＩ＝ｑＳ＝ｑＢが成立する。よって、上記の３つの式からＴＢＩを消去して、ＴＨを求めると以下の式になる。
【０１２９】
【数７】
2020148769.tif 000009
キャニスタ内底部近傍のヘリウム指標温度ＴＨは、式７に示すように、ＴＢとＴＩＮを用いて表されることとなる。ｌＨは、キャニスタ内底部の極近傍の範囲で任意に決められる値であり、ここでは、ｌＨ＝０．０１ｍに設定した。
また、ＴＨ−ＴＢは、式８になる。
【０１３０】
【数８】
2020148769.tif 000010
計測開始点からの温度変動値、ＴＨ’−ＴＢ’は、
【０１３１】
【数９】
2020148769.tif 000011
となる。
【０１３２】
初期０．１ａｔｍヘリウムからの漏えい試験ケースでのＴＨ’−ＴＢ’とキャニスタ内圧の関係を図２６に示す。なお、図中のＴＨ’−ＴＢ’の値は、内圧の上昇とともに、上昇していることが分かる。
【０１３３】
尚、式１から式９における各記号の意味は以下の通りである。
ｌＨ：キャニスタ底面からヘリウム温度ＴＨの観測点までの距離（ｍ）
ｌｓ：キャニスタ底面厚さ（ｍ）
λＨ：ヘリウムの熱伝導率（Ｗ／ｍ／℃）
λｓ：ステンレスの熱伝導率（Ｗ／ｍ／℃）
λａ：空気の熱伝導率（Ｗ／ｍ／℃）
ｑＩ：キャニスタ内ヘリウムからキャニスタ底面への熱流束（Ｗ／ｍ２）
ｑＳ：キャニスタ底面を通過する熱流束（Ｗ／ｍ２）
ｑＢ：キャニスタ底面から空気への熱流束（Ｗ／ｍ２）
ｈａ：キャニスタ底面と空気間の熱伝達率（Ｗ／ｍ２／℃）
ＴＨ：キャニスタ内底面近傍のヘリウム温度（℃）
ＴＢＩ：キャニスタ底面内側温度（℃）
ＴＢ：キャニスタ底面外側温度（℃）
ＴＩＮ：給気温度（℃）
Ｇrｌ：グラスホフ数（−）
β：空気の熱膨張率（１／Ｋ）
νａ：空気の動粘性係数（ｍ２／ｓ）
ｇ：重力加速度（ｍ／ｓ２）
Ｎuａ：空気側のヌッセルト数（−）
Ｐrａ：空気のプラントル数（−）
Ｌ：代表長（ｍ）（ここではキャニスタ直径である。０．４０６４ｍに設定された。）
Ｃ１：補正係数
【０１３４】
また、キャニスタ各部位の表面温度とそれ以外の温度との温度差が用いられて、その温度差が所定の閾値を超えて変化が生じたときにキャニスタの密封構造が損なわれて外気のキャニスタの内部へのインリークが発生したと判断するようにしても良い。例えば、縦置きキャニスタ４の蓋温度ＴTとコンクリートキャスク２のコンクリート蓋８の内部温度ＴＬＭとを組み合わせ、その温度差に所定の閾値を超える温度変化が生じたときにキャニスタ４の密封構造が損なわれたと判断するようにしても良い。コンクリート蓋８の内部温度ＴＬＭは、例えばコンクリートキャスク２のコンクリート蓋８の中に仕込まれた第六の温度センサ１３Ｆによって計測される。この手法によると、コンクリートキャスク２のコンクリート蓋８の内部温度ＴＬＭはキャニスタ４の蓋温度ＴTの変化に対して時間遅れを伴い且つ遥かに緩やかに変化するため、キャニスタ４に外気インリークが発生してキャニスタ４の蓋温度ＴTが変化すると当該キャニスタ４の蓋温度ＴTとコンクリートキャスク２のコンクリート蓋８の内部温度ＴＬＭとの差は拡大する。このため、これらの間の温度差に所定の閾値を超えた変化が生じたときにキャニスタ４の密封構造が損なわれたと判断することができる。また、キャニスタ蓋温度ＴTにはコンクリートキャスク２のコンクリート蓋８の底面温度が含まれる。したがって、コンクリート蓋８の底面温度はキャニスタ４の蓋温度ＴTの変化に対して比較的即応して変化する一方で、コンクリート蓋８の内部温度ＴＬＭはキャニスタ４の蓋温度ＴTやコンクリート蓋８の底面温度の変化に対して時間遅れを伴い且つ緩やかに変化するので、コンクリート蓋８の底面温度と内部温度ＴＬＭとの間の温度差に変化が生じたときにキャニスタ４の密封構造が損なわれたと判断することもできる。
【０１３５】
《検証例》
本発明に係るキャニスタの密封喪失の検知方法の妥当性を検証するために行われた試験例を図７から図２１を用いて説明する。なお、図７及び図８は、本検証例において用いられた貯蔵設備の模型の概略構造と共に温度計測位置を示すための概略図であり、各部の寸法関係が実物の寸法関係に合わせて正確に表されている図ではない。
【０１３６】
本検証例では、キャスク内にキャニスタが縦置きの姿勢で収納される態様の貯蔵設備の模型５１が用いられて（図７、図８）、キャニスタの初期内圧が負圧である状態からのインリーク試験が実施された。
【０１３７】
貯蔵設備の模型５１は、キャニスタ模型５４と縦置きの姿勢の前記キャニスタ模型５４を覆うキャスク模型５２とから構成された。キャスク模型５２及びキャニスタ模型５４は想定実機の１／４．５縮尺の大きさに形成され、キャスク模型５２の下端寄りの位置の４箇所に給気口５６を有すると共に上端寄りの位置の４箇所に排気口５７を有するものとして構成された。図中における符号６０は、給気口５６及び排気口５７と連通する空間であり、内部冷却外気５５が流れる流通空間である。
【０１３８】
キャスク模型５２は、下記寸法の円筒形に形成された。
・外径：７６６ ｍｍ
・高さ：１２７１．７ ｍｍ
・中空部の直径：４５１ ｍｍ
【０１３９】
キャニスタ模型５４は、ステンレス製であり、下記寸法の円筒形に形成された。
・外径：４０６．４ ｍｍ
・高さ：１０４３ ｍｍ
・胴板厚：４．５ ｍｍ
・上蓋及び底板の板厚：４０ ｍｍ
【０１４０】
キャニスタ模型５４の上蓋は胴部に溶接された。底板は、開閉可能なフランジ構造とされ、金属ガスケットで密封が保持されるようにされた上でボルトによって締め付けられた。
【０１４１】
キャニスタ模型５４の底板を貫通する配管が取り付けられると共に当該配管に対してバルブ６４が設けられ、キャニスタ模型５４内へのガス充填時及びインリーク試験時に前記バルブ６４が使用された。
【０１４２】
キャニスタ模型５４内に、使用済燃料を模擬した発熱体６２が１２本設置された。発熱体６２は、棒状ヒータ（具体的には、直径１６ ｍｍ、長さ９００ ｍｍ であると共に、上端側１００ ｍｍ 及び下端側８０ ｍｍ の非発熱部を有する）の周りに直径１６ ｍｍ、長さ８８５ ｍｍ の中実のアルミパイプ６本が配設された構造を備えるものとして構成された。棒状ヒータは、変圧器により電圧が変えられることによって発熱量が調節され得るようにされた。
【０１４３】
発熱体６２は、仕切られた各区画の内寸が７１ ｍｍ ×７１ ｍｍ であるバスケット６１に入れられた。バスケット６１の上部に十字型の固定ジグが設けられ、各発熱体６２／棒状ヒータがバスケット６１の各区画の中心に配置されて固定された。
【０１４４】
発熱体６２の棒状ヒータの熱は周囲のアルミパイプを伝わり、発熱体６２全体が熱せられると共に、キャニスタ模型５４の底も熱せられることになる。
【０１４５】
キャニスタ模型５４の蓋とバスケット６１の上端との間には３０ ｍｍ の隙間が設けられた。
【０１４６】
熱電対が設置されてキャニスタ模型５４に関する複数箇所の温度が計測された。温度計測位置は下記のように設定された（図７、図８）。下記における括弧内の名称は、当該の位置に於いて計測される温度の呼び方である。
・キャニスタ模型の蓋の上面（即ち、天面）の水平面方向における中心位置の温度
（キャニスタ蓋温度ＴT）
・キャニスタ模型の側壁の外面（即ち、側周面）の上下方向における中央位置の温度
（キャニスタ側壁温度ＴS）
・キャニスタ模型の底の下面（即ち、底面）の水平面方向における中心位置の温度
（キャニスタ底温度ＴB）
【０１４７】
本検証例で用いられた貯蔵設備の模型５１はキャニスタ内の熱流動上の相似則を考慮して設計され、実機と模型とでキャニスタ内のレーリー数（Ｒａ＊数）を一致させるように構成された。
【０１４８】
試験における発熱体６２からの発熱量は、実機と模型とでキャニスタの表面熱流束を一致させるように設定された。具体的には、実機における発熱量が１０ ｋＷ に相当する試験として、実機と模型とでキャニスタの表面熱流束を一致させるように、模型での発熱量は４９４ Ｗ に設定された（但し、電圧変動があるために多少の変動が生じた）。
【０１４９】
キャニスタ模型５４は、真空状態から徐々に不活性ガスであるヘリウム（Ｈｅ）を内部に充填し、初期内圧が所定の負圧値になるように設定された。
【０１５０】
キャニスタ模型５４の初期内圧の条件として、０．８ ａｔｍ、０．５ ａｔｍ、及び０．１ ａｔｍ の三つの内圧が設定された。
【０１５１】
そして、キャニスタ模型５４の初期内圧が負圧である状態から１ ａｔｍ になるまでのインリーク試験が実施された。
【０１５２】
なお、本検証例における試験では、キャニスタ模型５４内への初期充填ガスとしてヘリウムが使用されており、インリーク時にはヘリウムよりも熱伝導率の小さい空気が混入することになる。初期充填ガスとしてヘリウムが用いられた状態は実機のＲａ＊数よりも小さい条件となり、また、温度勾配が実機よりも小さくなる傾向になる。さらに、空気の混入においても実機で空気が混入するよりも模型で空気が混入する方が温度勾配の付きにくい傾向となることから、試験結果は、実際よりも過小評価したものになると考えられた。
【０１５３】
キャニスタ模型５４の初期内圧が負圧（具体的には、０．８ ａｔｍ、０．５ ａｔｍ、０．１ ａｔｍ）である状態から１ ａｔｍ になるまでのインリークが発生した状況が模擬され（尚、初期充填ガスがヘリウムであるキャニスタ模型５４内に外気である空気が吸い込まれる）、キャニスタ模型５４内の圧力変化に伴うキャニスタ蓋温度ＴT、キャニスタ底温度ＴB、及びキャニスタ側壁温度ＴSの変化について図９（初期内圧：０．８ ａｔｍ）、図１０（初期内圧：０．５ ａｔｍ）、及び図１１（初期内圧：０．１ ａｔｍ）に示す結果が得られた。
【０１５４】
図９、図１０、及び図１１に示す結果から、初期内圧の負圧の程度がいずれの場合についても、負圧から大気圧へと向かう圧力増加に伴い、キャニスタ底温度ＴBが上昇すると共にキャニスタ蓋温度ＴTも上昇する一方でキャニスタ側壁温度ＴSは若干低下することが確認された。
【０１５５】
上記のような温度変化が現れる理由は下記のように考えられた。すなわち、熱伝導率の大きいヘリウム雰囲気の中にインリークで熱伝導率の小さい空気が混入したため、熱伝導率の低下に伴って除熱効果が低減し、キャニスタ模型５４内の発熱体６２の温度が上昇した。
【０１５６】
そして、キャニスタ模型５４内の発熱体６２の温度の上昇に伴い、当該発熱体６２に接触しているキャニスタ模型５４の底の温度ＴBが上昇した。
【０１５７】
また、混入した空気はヘリウムよりも密度が大きいため、空気はキャニスタ模型５４内の下部空間に溜まる一方で、ヘリウムはキャニスタ模型５４内の上部空間に溜まることになる。これにより、温度が上昇した発熱体６２の熱が熱伝導の良いヘリウムを介してキャニスタ模型５４の蓋へと伝えられ、キャニスタ蓋温度ＴTも上昇した。
【０１５８】
また、インリークでキャニスタ底温度ＴBとキャニスタ蓋温度ＴTとが上昇した分、発熱体６２自身の発熱量自体はインリーク前後で同じであることから、キャニスタ側壁温度ＴSは低下した。
【０１５９】
図９、図１０、及び図１１に示す結果について、キャニスタ模型５４の各部（具体的には、蓋（天面の中心位置）、側壁（側周面の上下中央位置）、及び底（底面の中心位置））毎に、キャニスタ模型５４の初期内圧の負圧度別の各部温度ＴT、ＴS、ＴBの変化量が整理されて図１２に示す結果が得られた。
【０１６０】
図１２に示す結果から、初期内圧の負圧度の高低に関係なく、キャニスタ蓋温度ＴT及びキャニスタ底温度ＴBは上昇し、キャニスタ側壁温度ＴSは低下することが確認された。
【０１６１】
図１２に示す結果から、また、初期内圧の負圧度が大きい（即ち、初期内圧が低い）ほど、各部温度ＴT、ＴS、ＴBの変化幅が大きくなることが確認された。これは、キャニスタ模型５４の初期内圧の負圧度が大きいほど、インリークに伴う熱伝導率の小さい空気の流入量が多いので、インリーク後の（別言すると、インリークの進行に伴う）キャニスタ模型５４内の発熱体６２の温度上昇の度合いが大きくなることが反映されるためであると考えられた。
【０１６２】
図９、図１０、及び図１１に示す結果が用いられて、圧力変化に伴うキャニスタ底温度ＴBとキャニスタ蓋温度ＴTとの温度差ΔＴBT（＝ＴB−ＴT；「底−蓋温度差ΔＴBT」と呼ぶ）の変化量について図１３（初期内圧：０．８ ａｔｍ）、図１４（初期内圧：０．５ ａｔｍ）、及び図１５（初期内圧：０．１ ａｔｍ）に示す結果が得られた。
【０１６３】
図１３、図１４、及び図１５に示す結果から、負圧から大気圧へと向かう圧力増加に伴い、底−蓋温度差ΔＴBTの変化幅が大きくなることが確認された。
【０１６４】
また、図９、図１０、及び図１１に示す結果が用いられて、圧力変化に伴うキャニスタ底温度ＴBとキャニスタ側壁温度ＴSとの温度差ΔＴBS（＝ＴB−ＴS；「底−側壁温度差ΔＴBS」と呼ぶ）の変化量について図１６（初期内圧：０．８ ａｔｍ）、図１７（初期内圧：０．５ ａｔｍ）、及び図１８（初期内圧：０．１ ａｔｍ）に示す結果が得られた。
【０１６５】
図１６、図１７、及び図１８に示す結果から、負圧から大気圧へと向かう圧力増加に伴い、底−側壁温度差ΔＴBSの変化幅が大きくなることが確認された。
【０１６６】
図９、図１０、及び図１１、並びに、図１６、図１７、及び図１８に示す結果について、キャニスタ模型５４の初期内圧の負圧度別に、底−側壁温度差ΔＴBS、キャニスタ底温度ＴB、及びキャニスタ蓋温度ＴTの変化量が整理されて図１９に示す結果が得られた。
【０１６７】
図１９に示す結果から、初期内圧の負圧度の高低に関係なく、底−側壁温度差ΔＴBSの変化幅が最も大きく、次いでキャニスタ底温度ＴBの変化幅が大きいことが確認された。
【０１６８】
図１９に示す結果から、また、初期内圧の負圧度が大きい（即ち、初期内圧が低い）ほど、底−側壁温度差ΔＴBS、キャニスタ底温度ＴB、及びキャニスタ蓋温度ＴTのいずれも変化幅が大きくなることが確認された。
【０１６９】
インリーク前後のそれぞれにおいて発熱体６２の温度が計測され、キャニスタ模型５４の初期内圧の負圧度別の、インリーク前の発熱体６２の温度に関して図２０に示す結果が得られ、また、インリーク前後での（即ち、キャニスタ模型５４の内圧が初期内圧から１ ａｔｍ になるまでインリークした場合の）発熱体６２の温度上昇度に関して図２１に示す結果が得られた。発熱体６２の温度は、具体的には、発熱体６２を構成する棒状ヒータの表面の上下方向における中央位置の温度である。
【０１７０】
図２０に示す結果から、インリーク前の発熱体６２の温度は、初期内圧の負圧度の高低に殆ど依存していないことが確認された。
【０１７１】
また、図２１に示す結果から、インリーク前後での発熱体６２の温度は、初期内圧の負圧度が大きい（即ち、初期内圧が低い）ほど、上昇幅が大きいことが確認された。
【０１７２】
以上の結果から、キャニスタの初期内圧が負圧である場合には、キャニスタの密封構造が損なわれてインリークが発生することにより、初期内圧が負圧であることに起因して、キャニスタの箇所によって特有の温度変化が起こることが確認された。
【０１７３】
したがって、キャニスタの初期内圧を負圧にした上で、キャニスタに関する温度を観測し、箇所別の温度の変化や箇所別の温度の差の変化を監視することにより、変化の傾向や程度に基づいてキャニスタの密封構造が維持されているか或いは損なわれているかの判定を行うこと、延いてはキャニスタにおけるインリークの検知を行うことが可能であることが確認された。
【符号の説明】
【０１７４】
１    貯蔵設備（コンクリートキャスクタイプ）
２    コンクリートキャスク
３    コンクリート容器
４    キャニスタ（縦置き姿勢）
５    内部冷却外気
６    給気口
７    排気口
８    コンクリート蓋
９    支持脚
１０    流通空間
１１    ハニカム構造の仕切り（バスケット）
１３Ａ  第一の温度センサ
１３Ｂ  第二の温度センサ
１３Ｃ  第三の温度センサ
１３Ｅ  給気口で給気温度を計測する第五の温度センサ
１３Ｆ  第六の温度センサ
１５    キャニスタの密封喪失の検知装置
１６    制御部
１６ａ  密封喪失判断部
１７    記憶部
１８    インターフェース
１９    表示部
２１    貯蔵設備（コンクリートサイロタイプ）
２２    コンクリートサイロ
２３    コンクリート製保管庫
２４    キャニスタ（横置き姿勢）
２５    内部冷却外気
２６    給気口
２７    排気口
２８    コンクリート蓋
２９    支持架台
３０    流通空間
３１    ハニカム構造の仕切り（バスケット）
３３Ａ  第一の温度センサ
３３Ｂ  第二の温度センサ
３３Ｃ  第三の温度センサ
３３Ｄ  第四の温度センサ
３３Ｅ  給気口で給気温度を計測する第五の温度センサ
３５    キャニスタの密封喪失の検知装置
３６    制御部
３６ａ  密封喪失判断部
３７    記憶部
３８    インターフェース
３９    表示部
５１    貯蔵設備の模型
５２    キャスク模型
５４    キャニスタ模型
５５    内部冷却外気
５６    給気口
５７    排気口
６０    流通空間
６１    ハニカム構造の仕切り（バスケット）
６２    発熱体
６４    バルブ
１０１    キャニスタ
１０２    キャスク本体
１０３    空気流路
１０４    冷却空気
１０５    空気導入口
１０６    空気導出口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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