(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
格子状に配列された複数の収納空間を形成するバスケットをキャスク本体内に収納し、使用済み燃料集合体を前記複数の収納空間のそれぞれに収納する使用済み燃料集合体収納方法において、
前記複数の収納空間のうちの最外周収納空間を除く複数の中央収納空間のうちの一部の収納空間にＭＯＸ使用済み燃料集合体を１体ずつ収納するＭＯＸ使用済み燃料集合体収納ステップと、
前記複数の収納空間のうちの前記ＭＯＸ使用済み燃料集合体を収納しない複数の収納空間にウラン使用済み燃料集合体を１体ずつ収納するウラン使用済み燃料集合体収納ステップと、
を有し、
前記ＭＯＸ使用済み燃料集合体収納ステップは、前記ＭＯＸ使用済み燃料集合体を、互いに隣接しない収納空間内のみに収納すること、を特徴とする使用済み燃料集合体収納方法。
【請求項２】
格子状に配列された複数の収納空間を形成するバスケットをキャスク本体内に収納し、使用済み燃料集合体を前記複数の収納空間のそれぞれに収納する使用済み燃料集合体収納方法において、
前記複数の収納空間のうちの最外周収納空間を除く複数の中央収納空間のうちの一部の収納空間にＭＯＸ使用済み燃料集合体を１体ずつ収納するＭＯＸ使用済み燃料集合体収納ステップと、
前記複数の収納空間のうちの前記ＭＯＸ使用済み燃料集合体を収納しない複数の収納空間にウラン使用済み燃料集合体を１体ずつ収納するウラン使用済み燃料集合体収納ステップと、
を有し、
前記ＭＯＸ使用済み燃料集合体は所定の原子力発電プラントで生じたものであって、
前記ウラン使用済み燃料集合体収納ステップは前記所定の原子力発電プラント以外のプラントで行なわれ、
前記ＭＯＸ使用済み燃料集合体収納ステップは前記ウラン使用済み燃料集合体収納ステップの後に前記所定の原子力発電プラントで行なわれ、
当該使用済み燃料集合体収納方法は、前記ウラン使用済み燃料集合体収納ステップの後で前記ＭＯＸ使用済み燃料集合体収納ステップの前に、前記ウラン使用済み燃料集合体収納ステップで前記ウラン使用済み燃料集合体が収納された状態の前記キャスク本体を前記所定の原子力発電プラントに輸送する輸送ステップを有すること、
を特徴とする使用済み燃料集合体収納方法。
【請求項３】
格子状に配列された複数の収納空間を形成するバスケットを、金属製の胴本体を含むキャスク本体内に収納し、使用済み燃料集合体を前記複数の収納空間のそれぞれに収納する使用済み燃料集合体収納方法において、
前記複数の収納空間のうちの最外周収納空間を除く複数の中央収納空間のうちの一部の収納空間にＭＯＸ使用済み燃料集合体を１体ずつ収納するＭＯＸ使用済み燃料集合体収納ステップと、
前記複数の収納空間のうちの前記ＭＯＸ使用済み燃料集合体を収納しない複数の収納空間に、前記胴本体を構成する金属に比べて、熱伝導率が同等以上であり中性子反射効果が同等以下であり中性子吸収特性が同等以上である中性子吸収除熱体を収納する中性子吸収除熱体収納ステップと、
を有し、
前記中性子吸収除熱体は、ボロンまたはサマリウムを含有するアルミニウム合金製部材を含むこと、
を特徴とする使用済み燃料集合体収納方法。
【請求項４】
前記中性子吸収除熱体は、金属製の管の中に耐熱性の中性子吸収材または中性子減速材の少なくとも一方を含む封入物を封入したものであること、を特徴とする請求項３に記載の使用済み燃料集合体収納方法。
【請求項５】
格子状に配列された複数の収納空間を形成するバスケットを、金属製の胴本体を含むキャスク本体内に収納し、使用済み燃料集合体を前記複数の収納空間のそれぞれに収納する使用済み燃料集合体収納方法において、
前記複数の収納空間のうちの最外周収納空間を除く複数の中央収納空間のうちの一部の収納空間にＭＯＸ使用済み燃料集合体を１体ずつ収納するＭＯＸ使用済み燃料集合体収納ステップと、
前記複数の収納空間のうちの前記ＭＯＸ使用済み燃料集合体を収納しない複数の収納空間に、前記胴本体を構成する金属に比べて、熱伝導率が同等以上であり中性子反射効果が同等以下であり中性子吸収特性が同等以上である中性子吸収除熱体を収納する中性子吸収除熱体収納ステップと、
を有し、
前記中性子吸収除熱体は、金属製の管の中に耐熱性の中性子吸収材または中性子減速材の少なくとも一方を含む封入物を封入したものであること、を特徴とする使用済み燃料集合体収納方法。
【請求項６】
前記封入物は、耐熱性の中性子吸収材であるボロンカーバイドを含むこと、を特徴とする請求項４または請求項５に記載の使用済み燃料集合体収納方法。
【請求項７】
前記中性子吸収除熱体は、金属製の管の中に耐熱性の中性子減速材であるカーボンまたはシリコンカーバイドを充填したものであること、を特徴とする請求項４ないし請求項６のいずれか１項に記載の使用済み燃料集合体収納方法。
【請求項８】
前記ＭＯＸ使用済み燃料集合体は所定の原子力発電プラントで生じたものであって、
前記中性子吸収除熱体収納ステップは前記所定の原子力発電プラントの外部で行なわれ、
前記ＭＯＸ使用済み燃料集合体収納ステップは前記中性子吸収除熱体収納ステップの後に前記所定の原子力発電プラントの内部で行なわれ、
前記使用済み燃料集合体収納方法は、前記中性子吸収除熱体収納ステップの後で前記ＭＯＸ使用済み燃料集合体収納ステップの前に、前記中性子吸収除熱体収納ステップで前記中性子吸収除熱体が収納された状態の前記キャスクを前記所定の原子力発電プラントに輸送する輸送ステップを有すること、
を特徴とする請求項３ないし請求項７のいずれか一項に記載の使用済み燃料集合体収納方法。
【請求項９】
格子状に配列された複数の収納空間を形成するバスケットを、金属製の胴本体を含むキャスク本体内に収納し、使用済み燃料集合体を前記複数の収納空間のそれぞれに収納する使用済み燃料集合体収納方法において、
前記複数の収納空間のうちの最外周収納空間を除く複数の中央収納空間のうちの一部の収納空間にＭＯＸ使用済み燃料集合体を１体ずつ収納するＭＯＸ使用済み燃料集合体収納ステップと、
前記複数の収納空間のうちの前記ＭＯＸ使用済み燃料集合体を収納しない複数の収納空間に、前記胴本体を構成する金属に比べて、熱伝導率が同等以上であり中性子反射効果が同等以下であり中性子吸収特性が同等以上である中性子吸収除熱体を収納する中性子吸収除熱体収納ステップと、
を有し、
前記ＭＯＸ使用済み燃料集合体は所定の原子力発電プラントで生じたものであって、
前記中性子吸収除熱体収納ステップは前記所定の原子力発電プラントの外部で行なわれ、
前記ＭＯＸ使用済み燃料集合体収納ステップは前記中性子吸収除熱体収納ステップの後に前記所定の原子力発電プラントの内部で行なわれ、
前記使用済み燃料集合体収納方法は、前記中性子吸収除熱体収納ステップの後で前記ＭＯＸ使用済み燃料集合体収納ステップの前に、前記中性子吸収除熱体収納ステップで前記中性子吸収除熱体が収納された状態の前記キャスクを前記所定の原子力発電プラントに輸送する輸送ステップを有すること、
を特徴とする使用済み燃料集合体収納方法。
【請求項１０】
金属製の胴本体を含むキャスク本体と、
前記キャスク本体内に収納されて格子状に配列された複数の収納空間を形成するバスケットと、
前記複数の収納空間のうちの最外周収納空間を除く複数の中央収納空間のうちの一部の収納空間に１体ずつ収納されたＭＯＸ使用済み燃料集合体と、
前記複数の収納空間のうちの前記ＭＯＸ使用済み燃料集合体を収納しない複数の収納空間に１体ずつ収納された、ウラン使用済み燃料集合体、または、前記胴本体を構成する金属に比べて、熱伝導率が同等以上であり中性子反射効果が同等以下であり中性子吸収特性が同等以上である中性子吸収除熱体と、
を有し、
前記ＭＯＸ使用済み燃料集合体が、前記最外周収納空間を除く複数の中央収納空間のうちで互いに隣接しない収納空間内のみに収納されていること、
を特徴とする使用済み燃料集合体収納体。
【請求項１１】
金属製の胴本体を含むキャスク本体と、
前記キャスク本体内に収納されて格子状に配列された複数の収納空間を形成するバスケットと、
前記複数の収納空間のうちの最外周収納空間を除く複数の中央収納空間のうちの一部の収納空間に１体ずつ収納されたＭＯＸ使用済み燃料集合体と、
前記複数の収納空間のうちの前記ＭＯＸ使用済み燃料集合体を収納しない複数の収納空間に１体ずつ収納された、前記胴本体を構成する金属に比べて、熱伝導率が同等以上であり中性子反射効果が同等以下であり中性子吸収特性が同等以上でありボロンまたはサマリウムを含有するアルミニウム合金製部材を含む中性子吸収除熱体と、
を有すること、を特徴とする使用済み燃料集合体収納体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、使用済み燃料集合体を輸送または貯蔵のためにキャスク内に収納する方法および、その方法によって収納された収納体に関する。
【背景技術】
【０００２】
発電用軽水炉で一定期間使用された燃料は、炉心より取り出されて使用済み燃料プール等に一定期間保管され、その後に再処理工場に搬出される。再処理によって回収されたプルトニウムは再資源として取り出し、ＭＯＸ燃料（二酸化プルトニウムと二酸化ウランの混合燃料）として再利用することになっている。現在、発生する使用済み燃料は発電需要と共に増大しているために、再処理工場が稼動しても国内で発生する使用済み燃料は再処理工場での処理容量を上回ることとなり、再処理されるまでの期間を適切に管理・貯蔵される必要がある。必要な貯蔵容量は、２０１０年で６，０００ｔＵ規模、２０２０年で１５，０００ｔＵ規模であると予想されている。
【０００３】
原子力発電所の敷地内外にて使用済み燃料を管理・貯蔵する方法として、乾式キャスク貯蔵、コンクリートキャスク貯蔵等の乾式貯蔵方式および水プールの湿式貯蔵方式の各方式があるが、コスト的にもまた長期にわたる安定貯蔵を考えた場合においても乾式貯蔵が注目されている。乾式貯蔵方式のうち、現在国内で実用化されているキャスク貯蔵方式は、乾式キャスクの中に使用済み燃料を燃料集合体の状態で収納し貯蔵する方法である。キャスクによる貯蔵施設では、発電所での燃料仕様およびサイト使用済み燃料貯蔵プールでの保管期間により、様々な状態の使用済み燃料を貯蔵することが考えられ、燃料仕様ごとに輸送貯蔵兼用キャスクを設計する必要があった。
【０００４】
ところで、ＭＯＸ燃料を軽水炉で燃焼させた結果として得られるＭＯＸ使用済み燃料では、同じ燃焼度のウラン燃料と比べてアクチナイド核種の量が増す。そのため、非特許文献１によれば、沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）燃料の一例では、ＭＯＸ使用済み燃料で、ウラン使用済み燃料に比べて、Ｃｍ−２４２、Ｃｍ−２４４等により中性子放出率が７倍、Ｐｕ−２３８等により発熱量が４割増の傾向を示す。したがって、ＭＯＸ使用済み燃料の輸送・貯蔵では、特に中性子遮蔽と除熱の対策が課題と考えられる。
【０００５】
中性子遮蔽能力と除熱能力の向上に向けて、ＭＯＸ使用済み燃料に限らず従来から対策が検討されてきた。たとえば、遮蔽性能の確保の観点から特許文献１に見られるようにキャスク胴本体とバスケットセル外側の間に遮蔽ブロックを挿入するもの、特許文献２に見られるようにキャスクの軽量化や伝熱効率向上を目的として胴本体とバスケット間にアルミ合金製のダミーパイプを挿入する方式が考案されている。
【０００６】
ＭＯＸ使用済み燃料集合体のキャスク内の収納方法については、特許文献３では、輸送・貯蔵キャスクにおいて臨界安全の観点から中性子増倍率を低減するためのウランとＭＯＸ使用済み燃料集合体の配置例が示されている。
【０００７】
また、特許文献４や特許文献５には輸送貯蔵キャスクのバスケットにおいて、その集合体と略同重量の遮蔽体を配置することにより遮蔽効果を増して効率的な輸送、貯蔵を行なう方法が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】実開昭６１−１４０９９９号公報
【特許文献２】特開２００１−７４８８４号公報
【特許文献３】特開平７−２６０９９１号公報
【特許文献４】特開平２−１７６４９８号公報
【特許文献５】特開２００５−９９６０号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】「最新核燃料工学−高度化の現状と展望−」，「高度燃料技術」研究専門委員会  社団法人日本原子力学会編、２００１年６月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１、２の従来例でみられるように、異なる燃料仕様に対して、それぞれの仕様・貯蔵状態に応じたキャスクの設計変更がなされるが、異なる燃料仕様に対してのバスケット内の使用済み燃料の具体的な配置方法については示されていない。
【００１１】
特許文献３では臨界安全対策のためのＭＯＸ使用済み燃料の配置例が示されているが、ＭＯＸ使用済み燃料がバスケット周辺部にも配置されているためキャスクの径方向の外表面線量率が低減されず、また一部のＭＯＸ使用済み燃料が相互に隣接配置されているためにキャスクの蓋部、底部の外表面で局所的に線量率が増加し、中性子遮蔽の観点からキャスク外表面での中性子線量を低減することにはならない。
【００１２】
また、特許文献４、５においては、ステンレス鋼製の角管状の遮蔽体を、キャスクの内壁に接するバスケット周辺部に配置した場合、遮蔽効果が増すとしているが、一方では角管自身は中性子反射体としても振る舞うため、燃料集合体が収納された中央領域の中性子増倍が増し増倍中性子数も増すことになる。その結果、中性子線源の強さが増してその分だけ遮蔽効果の増加分は相殺されてしまう恐れがある。
【００１３】
今後、ＭＯＸ燃料の使用を考えると、キャスクの設計変更をせずに従来の使用済み燃料の輸送・貯蔵キャスクを運用することによって、製造コストの上昇を抑制することは経済的メリットの一つとなる。
【００１４】
本発明の目的は、ＭＯＸ使用済み燃料を従来使用されているキャスクで輸送貯蔵することができるよう、中性子遮蔽や除熱効果を増すことにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するために、本発明に係る使用済み燃料集合体収納方法の一つの態様は、格子状に配列された複数の収納空間を形成するバスケットをキャスク本体内に収納し、使用済み燃料集合体を前記複数の収納空間のそれぞれに収納する使用済み燃料集合体収納方法において、前記複数の収納空間のうちの最外周収納空間を除く複数の中央収納空間のうちの一部の収納空間にＭＯＸ使用済み燃料集合体を１体ずつ収納するＭＯＸ使用済み燃料集合体収納ステップと、前記複数の収納空間のうちの前記ＭＯＸ使用済み燃料集合体を収納しない複数の収納空間にウラン使用済み燃料集合体を１体ずつ収納するウラン使用済み燃料集合体収納ステップと、を有し、前記ＭＯＸ使用済み燃料集合体収納ステップは、前記ＭＯＸ使用済み燃料集合体を、互いに隣接しない収納空間内のみに収納すること、を特徴とする。
本発明に係る使用済み燃料集合体収納方法の他の一つの態様は、格子状に配列された複数の収納空間を形成するバスケットをキャスク本体内に収納し、使用済み燃料集合体を前記複数の収納空間のそれぞれに収納する使用済み燃料集合体収納方法において、前記複数の収納空間のうちの最外周収納空間を除く複数の中央収納空間のうちの一部の収納空間にＭＯＸ使用済み燃料集合体を１体ずつ収納するＭＯＸ使用済み燃料集合体収納ステップと、前記複数の収納空間のうちの前記ＭＯＸ使用済み燃料集合体を収納しない複数の収納空間にウラン使用済み燃料集合体を１体ずつ収納するウラン使用済み燃料集合体収納ステップと、を有し、前記ＭＯＸ使用済み燃料集合体は所定の原子力発電プラントで生じたものであって、前記ウラン使用済み燃料集合体収納ステップは前記所定の原子力発電プラント以外のプラントで行なわれ、前記ＭＯＸ使用済み燃料集合体収納ステップは前記ウラン使用済み燃料集合体収納ステップの後に前記所定の原子力発電プラントで行なわれ、当該使用済み燃料集合体収納方法は、前記ウラン使用済み燃料集合体収納ステップの後で前記ＭＯＸ使用済み燃料集合体収納ステップの前に、前記ウラン使用済み燃料集合体収納ステップで前記ウラン使用済み燃料集合体が収納された状態の前記キャスク本体を前記所定の原子力発電プラントに輸送する輸送ステップを有すること、を特徴とする。
【００１６】
また、本発明に係る使用済み燃料集合体収納方法の他の一つの態様は、格子状に配列された複数の収納空間を形成するバスケットを、金属製の胴本体を含むキャスク本体内に収納し、使用済み燃料集合体を前記複数の収納空間のそれぞれに収納する使用済み燃料集合体収納方法において、前記複数の収納空間のうちの最外周収納空間を除く複数の中央収納空間のうちの一部の収納空間にＭＯＸ使用済み燃料集合体を１体ずつ収納するＭＯＸ使用済み燃料集合体収納ステップと、前記複数の収納空間のうちの前記ＭＯＸ使用済み燃料集合体を収納しない複数の収納空間に、前記胴本体を構成する金属に比べて、熱伝導率が同等以上であり中性子反射効果が同等以下であり中性子吸収特性が同等以上である中性子吸収除熱体を収納する中性子吸収除熱体収納ステップと、を有し、前記中性子吸収除熱体は、ボロンまたはサマリウムを含有するアルミニウム合金製部材を含むこと、を特徴とする。
また、本発明に係る使用済み燃料集合体収納方法の他の一つの態様は、格子状に配列された複数の収納空間を形成するバスケットを、金属製の胴本体を含むキャスク本体内に収納し、使用済み燃料集合体を前記複数の収納空間のそれぞれに収納する使用済み燃料集合体収納方法において、前記複数の収納空間のうちの最外周収納空間を除く複数の中央収納空間のうちの一部の収納空間にＭＯＸ使用済み燃料集合体を１体ずつ収納するＭＯＸ使用済み燃料集合体収納ステップと、前記複数の収納空間のうちの前記ＭＯＸ使用済み燃料集合体を収納しない複数の収納空間に、前記胴本体を構成する金属に比べて、熱伝導率が同等以上であり中性子反射効果が同等以下であり中性子吸収特性が同等以上である中性子吸収除熱体を収納する中性子吸収除熱体収納ステップと、を有し、前記中性子吸収除熱体は、金属製の管の中に耐熱性の中性子吸収材または中性子減速材の少なくとも一方を含む封入物を封入したものであること、を特徴とする。
また、本発明に係る使用済み燃料集合体収納方法の他の一つの態様は、格子状に配列された複数の収納空間を形成するバスケットを、金属製の胴本体を含むキャスク本体内に収納し、使用済み燃料集合体を前記複数の収納空間のそれぞれに収納する使用済み燃料集合体収納方法において、前記複数の収納空間のうちの最外周収納空間を除く複数の中央収納空間のうちの一部の収納空間にＭＯＸ使用済み燃料集合体を１体ずつ収納するＭＯＸ使用済み燃料集合体収納ステップと、前記複数の収納空間のうちの前記ＭＯＸ使用済み燃料集合体を収納しない複数の収納空間に、前記胴本体を構成する金属に比べて、熱伝導率が同等以上であり中性子反射効果が同等以下であり中性子吸収特性が同等以上である中性子吸収除熱体を収納する中性子吸収除熱体収納ステップと、を有し、前記ＭＯＸ使用済み燃料集合体は所定の原子力発電プラントで生じたものであって、前記中性子吸収除熱体収納ステップは前記所定の原子力発電プラントの外部で行なわれ、前記ＭＯＸ使用済み燃料集合体収納ステップは前記中性子吸収除熱体収納ステップの後に前記所定の原子力発電プラントの内部で行なわれ、前記使用済み燃料集合体収納方法は、前記中性子吸収除熱体収納ステップの後で前記ＭＯＸ使用済み燃料集合体収納ステップの前に、前記中性子吸収除熱体収納ステップで前記中性子吸収除熱体が収納された状態の前記キャスクを前記所定の原子力発電プラントに輸送する輸送ステップを有すること、を特徴とする。
【００１７】
また、本発明に係る使用済み燃料集合体収納体の一つの態様は、金属製の胴本体を含むキャスク本体と、前記キャスク本体内に収納されて格子状に配列された複数の収納空間を形成するバスケットと、前記複数の収納空間のうちの最外周収納空間を除く複数の中央収納空間のうちの一部の収納空間に１体ずつ収納されたＭＯＸ使用済み燃料集合体と、前記複数の収納空間のうちの前記ＭＯＸ使用済み燃料集合体を収納しない複数の収納空間に１体ずつ収納された、ウラン使用済み燃料集合体、または、前記胴本体を構成する金属に比べて、熱伝導率が同等以上であり中性子反射効果が同等以下であり中性子吸収特性が同等以上である中性子吸収除熱体と、を有し、前記ＭＯＸ使用済み燃料集合体が、前記最外周収納空間を除く複数の中央収納空間のうちで互いに隣接しない収納空間内のみに収納されていること、を特徴とする。
また、本発明に係る使用済み燃料集合体収納体の他の一つの態様は、金属製の胴本体を含むキャスク本体と、前記キャスク本体内に収納されて格子状に配列された複数の収納空間を形成するバスケットと、前記複数の収納空間のうちの最外周収納空間を除く複数の中央収納空間のうちの一部の収納空間に１体ずつ収納されたＭＯＸ使用済み燃料集合体と、前記複数の収納空間のうちの前記ＭＯＸ使用済み燃料集合体を収納しない複数の収納空間に１体ずつ収納された、前記胴本体を構成する金属に比べて、熱伝導率が同等以上であり中性子反射効果が同等以下であり中性子吸収特性が同等以上でありボロンまたはサマリウムを含有するアルミニウム合金製部材を含む中性子吸収除熱体と、を有すること、を特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、ＭＯＸ使用済み燃料をキャスクで輸送貯蔵するさいの中性子遮蔽や除熱効果を増すことができ、従来使用されているキャスクを利用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係る使用済み燃料集合体収納方法における使用済み燃料集合体収納体の第１の実施形態の胴本体およびその内部を示す横断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態におけるキャスクを示す部分切欠き斜視図である。
【図３】本発明に係る使用済み燃料集合体収納方法における使用済み燃料集合体収納体の第１の実施形態の変形例を示す横断面図である。
【図４】本発明に係る使用済み燃料集合体収納方法における使用済み燃料集合体収納体の第２の実施形態の胴本体およびその内部を示す横断面図である。
【図５】図４の中性子吸収除熱体の構造を拡大して示す横断面図である。
【図６】本発明に係る使用済み燃料集合体収納方法における使用済み燃料集合体収納体の第２の実施形態の変形例を示す横断面図である。
【図７】本発明に係る使用済み燃料集合体収納方法における使用済み燃料集合体収納体の第３の実施形態の中性子吸収除熱体の構造を拡大して示す横断面図である。
【図８】本発明に係る使用済み燃料集合体収納方法における使用済み燃料集合体収納体の第４の実施形態の中性子吸収除熱体の構造を拡大して示す横断面図である。
【図９】本発明に係る使用済み燃料集合体収納方法における使用済み燃料集合体収納体の第５の実施形態の中性子吸収除熱体の構造を拡大して示す横断面図である。
【図１０】本発明に係る使用済み燃料集合体収納方法における使用済み燃料集合体収納体の第６の実施形態の胴本体およびその内部を示す横断面図である。
【図１１】本発明に係る使用済み燃料集合体収納方法における使用済み燃料集合体収納体の第６の実施形態の変形例を示す横断面図である。
【図１２】本発明に係る使用済み燃料集合体収納方法における使用済み燃料集合体収納体の第７の実施形態の胴本体およびその内部を示す横断面図である。
【図１３】本発明に係る使用済み燃料集合体収納方法における使用済み燃料集合体収納体の第７の実施形態の変形例を示す横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に、図面を参照しながら本発明に係る使用済み燃料集合体収納方法および使用済み燃料集合体収納体の実施形態について説明する。ここで、互いに同一または類似の部分には共通の符号を付して重複説明は省略する。
【００２１】
［第１の実施形態］
図１は本発明に係る使用済み燃料集合体収納方法における使用済み燃料集合体収納体の第１の実施形態の胴本体およびその内部を示す横断面図である。また、図２は、第１の実施形態におけるキャスクを示す部分切欠き斜視図である。ただし、図１で、バスケット３０の図示は省略している。
【００２２】
この実施形態のキャスク１００は、たとえば沸騰水型原子炉内で使用した複数の使用済み燃料集合体を収容して輸送および貯蔵に用いるものである。後述する使用済み燃料集合体４０、４１は、複数の燃料棒（図示せず）を正方格子状の束にしたもので、外形はほぼ正四角柱状である。キャスク１００は、内部にキャビティ２２が形成されたキャスク本体１６を有する。このキャスク本体１６は外周が円柱形の胴本体２１を備えている。キャビティ２２内にバスケット３０が収納されている。バスケット３０はキャビティ２２内を正方格子状に区切って複数の収納空間（セル）３１を形成し、各セル３１ごとに燃料集合体４０、４１を１体ずつ挿入することにより燃料集合体４０、４１が正方格子状に互いに間隔をおいて並べられて保持される構造になっている。キャビティ２２はバスケット３０の外周形状に合わせて機械加工されている。
【００２３】
胴本体２１の底部には円板状の底板２４が溶接されて密封され、胴本体２１の上部開口には円板状の一次蓋１０が取り付けられている。胴本体２１、底板２４および一次蓋１０は、ガンマ線遮蔽能を有するし、炭素鋼製またはステンレス鋼製である。また、耐圧容器としての密閉性能を確保するために、一次蓋１０と胴本体２１との間には金属ガスケット（図示せず）が配置され、ボルト（図示せず）によって胴本体２１に、着脱可能に取り付けられている。
【００２４】
胴本体２１の外側は間隙を介して外筒２５で覆われ、胴本体２１と外筒２５の間には熱伝導率の高い材料（たとえば銅）からなる内部フィン（図示せず）が放射状に溶接されている。胴本体２１と外筒２５で挟まれた間隙にはレジン２６が充填されている。レジン２６は、水素を多く含有する高分子材料であって、中性子遮蔽能を有する。レジン２６は、胴本体２１と外筒２５で挟まれた間隙に高温で溶融した状態で注入され、その後、冷却固化したものである。
【００２５】
一次蓋１０の上方には炭素鋼製またはステンレス鋼製で円板状の二次蓋１１が配置され、二次蓋１１と胴本体２１との間には、密閉性を確保するための金属ガスケット（図示せず）が配置され、ボルト（図示せず）によって胴本体２１に、着脱可能に取り付けられている。二次蓋１１の上面には中性子遮蔽体としてレジン１２が封入されている。
【００２６】
一次蓋１０と二次蓋１１で蓋部１９が形成され、この蓋部１９の周囲にはレジン１４を封入した補助遮蔽体１５が設けられている。胴本体２１の上部から横方向両側に突出してトラニオン１７が設けられており、トラニオン１７によってキャスク１００全体を吊り下げることができるように構成されている。
【００２７】
第１の実施形態では、キャスク１００に収容される燃料集合体は、ＭＯＸ使用済み燃料集合体４０とウラン使用済み燃料集合体４１とからなる。図１に示すように、バスケット３０によってキャビティ２２内に形成された複数の収納空間３１のうちのキャビティ２２の外周に面する最外周収納空間にはすべてウラン使用済み燃料集合体４１が収納される。収納空間３１のうちの最外周収納空間以外の中央収納空間それぞれに、ＭＯＸ使用済み燃料集合体４０またはウラン使用済み燃料集合体４１のうちのいずれか１体が収納されている。ＭＯＸ使用済み燃料集合体４０同士は互いに隣接せず、一様に分散して配置される。
【００２８】
このキャスク１００では、縦方向と横方向の収納空間の配列の数は同じであり、使用済み燃料集合体４０、４１の配置は、中心軸を通る縦方向、横方向および二つの４５度傾斜の方向の各対称面に対して対称である。
【００２９】
この実施形態によれば、中性子発生率の大きなＭＯＸ使用済み燃料集合体４０と胴本体２１内壁との距離は大きくとられ、しかもそれらの放出する中性子線は外周部にあるウラン使用済み燃料集合体４１によっても遮蔽される。したがって、外筒２５の表面から放射される中性子線量は、バスケット３０内に無作為にＭＯＸ使用済み燃料集合体４０を配置した場合に比べて著しく減衰される。
【００３０】
一方、ＭＯＸ使用済み燃料集合体４０の下端部と底板２４の内面との距離や、ＭＯＸ使用済み燃料集合体４０の上端部と一次蓋１０の内面との距離は変わらず、中性子線量の減衰も変わらない。このため、ＭＯＸ使用済み燃料集合体４０は局在させずに一様に分散するよう配置して、底板２４、蓋部１９の外表面での特定の場所での中性子線量が増大しないようにすることができる。
【００３１】
図３は、第１の実施形態の使用済み燃料集合体収納方法における使用済み燃料集合体収納体の変形例を示す横断面図である。この変形例で使用されるキャスクは、従来のＢＷＲ使用済み燃料の輸送に用いられているＮＦＴ−３８Ｂ型キャスクと呼ばれるものであって、一つのキャスク内に３８体の使用済み燃料集合体を収納するものである。
【００３２】
このキャスクでは、縦方向と横方向の収納空間の列の数が異なる。使用済み燃料集合体４０、４１の配置は、中心軸を通る縦方向および横方向の各対称面に対して対称である。その他の特徴は図１に示す配置と同様である。
【００３３】
［第２の実施形態］
図４は本発明に係る使用済み燃料集合体収納方法における使用済み燃料集合体収納体の第２の実施形態の胴本体およびその内部を示す横断面図である。図５は図４の中性子吸収除熱体の構造を拡大して示す横断面図である。図２に示す燃料集合体収納体の構造は第１の実施形態と同様である。
【００３４】
第２の実施形態では、第１の実施形態における最外周部の一部のウラン使用済み燃料の代わりに中性子吸収除熱体１を装荷する。中性子吸収除熱体１は、外寸法と重量が使用済み燃料集合体と略同一であって、中性子吸収を増しかつ除熱効率を向上するものである。
【００３５】
中性子吸収除熱体１は、図５に示すように中空の角管２からなり、中性子吸収特性が１／ｖ吸収体（吸収断面積が中性子速度の逆数に比例する中性子吸収体）であるボロン（Ｂ−１０）あるいはさらにサマリウム（Ｓｍ−１４９）のような共鳴吸収体を含有しかつ伝熱性を有するアルミニウム合金を用いる。
【００３６】
角管２は、アルミニウムのような中性子反射効果の小さい材料を使用することによって、角管２自身によるバスケット３０の中央部への中性子反射を低減させる。さらに中性子吸収体はバスケット３０から胴本体２１へ流出する中性子を吸収するとともに、胴本体２１からの散乱中性子を吸収して体系の未臨界増倍中性子を減らす。その結果、外筒２５の外表面での中性子線量を低減することができる。
【００３７】
図６は、第２の実施形態の使用済み燃料集合体収納方法における使用済み燃料集合体収納体の変形例を示す横断面図である。この変形例で使用されるキャスクは、前述のＮＦＴ−３８Ｂ型キャスク（図３参照）である。
【００３８】
［第３の実施形態］
図７は本発明に係る使用済み燃料集合体収納方法における使用済み燃料集合体収納体の第３の実施形態における中性子吸収除熱体の構造を拡大して示す横断面図である。この実施形態は第２の実施形態（図４、図５）の変形である。
【００３９】
この第３の実施形態では、中性子吸収除熱体１は、角管２内に、ボロンカーバイドのような耐熱性の中性子吸収材、あるいはカーボンやシリコンカーバイドのような中性子減速材、あるいはこれらの混合材からなる封入物３を封入する。その他の構成は第２の実施形態と同様である。
【００４０】
第３の実施形態によれば、第２の実施形態の効果が得られるとともに、さらに中性子吸収効果が増す。
【００４１】
［第４の実施形態］
図８は本発明に係る使用済み燃料集合体収納方法における使用済み燃料集合体収納体の第４の実施形態における中性子吸収除熱体の構造を拡大して示す横断面図である。この実施形態は第２の実施形態（図４、図５）の変形である。
【００４２】
この第４の実施形態では、中性子吸収除熱体１として、第２の実施形態と同様のアルミニウム合金の角管２の外表面を、肉厚の薄いステンレス鋼からなる被覆材４で覆っている。その他の構成は第２の実施形態と同様である。
【００４３】
第４の実施形態によれば、第２の実施形態の効果が得られるとともに、アルミニウム合金の角管２を保護することができる。
【００４４】
［第５の実施形態］
図９は本発明に係る使用済み燃料集合体収納方法における使用済み燃料集合体収納体の第５の実施形態における中性子吸収除熱体の構造を拡大して示す横断面図である。この実施形態は第４の実施形態（図８）の変形である。
【００４５】
この第５の実施形態では、中性子吸収除熱体１として、第４の実施形態と同様のアルミニウム合金の角管２の外表面を、肉厚の薄いステンレス鋼からなる被覆材４で覆っている。そして、角管２の内部に、第３の実施形態（図７）と同様に、ボロンカーバイドのような耐熱性の中性子吸収材、あるいはカーボンやシリコンカーバイドのような中性子減速材、あるいはこれらの混合材からなる封入物３が封入されている。その他の構成は第４の実施形態と同様である。
【００４６】
第５の実施形態によれば、第２の実施形態の効果が得られるとともに、さらに中性子吸収効果が増す。
【００４７】
［第６の実施形態］
図１０は本発明に係る使用済み燃料集合体収納方法における使用済み燃料集合体収納体の第６の実施形態の胴本体およびその内部を示す横断面図である。
【００４８】
この実施形態は第２の実施形態（図４、図５）の変形であって、最外周収納空間にはすべて中性子吸収除熱体１が収納されている。中央収納空間には、中性子吸収除熱体１とＭＯＸ使用済み燃料集合体４０とウラン使用済み燃料集合体４１とが収納されている。ＭＯＸ使用済み燃料集合体４０は互いに隣接せず、一様に分散して配置される。図１０に示す例では、ＭＯＸ使用済み燃料集合体４０は１６体収納されており、第２の実施形態（図４）の場合のＭＯＸ使用済み燃料集合体４０の数（１４体）よりも多くなっている。なお、この実施形態における中性子吸収除熱体１の構造は、第２ないし第５の実施形態における中性子吸収除熱体１（図５、図７ないし図９）のいずれのものでもよい。
【００４９】
図１１は、第６の実施形態の使用済み燃料集合体収納方法における使用済み燃料集合体収納体の変形例を示す横断面図である。この変形例で使用されるキャスクは、前述のＮＦＴ−３８Ｂ型キャスク（図３参照）である。この変形例では、ＭＯＸ使用済み燃料集合体４０、ウラン使用済み燃料集合体４１および中性子吸収除熱体１の配置は図１０の例に類似しているが、縦と横の列の数が相違する。図１１に示す例では、縦・横方向には非対称であり、中心軸周りに軸対称となっている。
【００５０】
［第７の実施形態］
図１２は本発明に係る使用済み燃料集合体収納方法における使用済み燃料集合体収納体の第７の実施形態の胴本体およびその内部を示す横断面図である。
【００５１】
この実施形態は第６の実施形態（図１０）の変形であって、第６の実施形態においてウラン使用済み燃料集合体４１を収納した収納空間のすべてに、ウラン使用済み燃料集合体４１に代えて中性子吸収除熱体１を収納する。したがって、キャスク１００のキャビティ２２内の収納空間には、ウラン使用済み燃料集合体４１を全く収納せず、ＭＯＸ使用済み燃料集合体４０と中性子吸収除熱体１のみを収納する。すべての最外周収納空間には中性子吸収除熱体１が収納される。そして、中央収納空間にはＭＯＸ使用済み燃料集合体４０と中性子吸収除熱体１が収納され、ＭＯＸ使用済み燃料集合体４０同士が隣接せず、分散して配置される。
【００５２】
［他の実施形態］
以上説明した各実施形態は単なる例示であって、本発明はこれらに限定されるものではない。たとえば、各実施形態の特徴を種々に組み合わせることもできる。さらに具体的な例としては、第６または第７の実施形態（図１０ないし図１３）の中性子吸収除熱体１の構造としては、第２ないし第５の実施形態の中性子吸収除熱体１（図５および図７ないし図９）のいずれのものを採用してもよい。
【００５３】
また、上記実施形態の説明では、キャスク１００のバスケット３０によって区分された収納空間にＭＯＸ使用済み燃料集合体４０を収納するとともに、ウラン使用済み燃料集合体４１および中性子吸収除熱体１の両方または一方を収納するものとした。
【００５４】
原子力発電所プラントにおいて、その全ての燃料集合体をＭＯＸ燃料とするプラントもありうる。そのようなプラントでは、ウラン使用済み燃料集合体４１が発生しないので、ウラン使用済み燃料集合体４１をキャスク１００に収納する作業を行なうことはできない。その場合にそのプラントで生じたＭＯＸ使用済み燃料集合体４０を輸送・貯蔵する方法としては、そのプラント以外のプラントであらかじめＭＯＸ使用済み燃料集合体４０以外のウラン使用済み燃料集合体４１などをキャスク１００に収納し、そのキャスク１００を、ＭＯＸ使用済み燃料集合体４０が発生する原子力発電所プラントに輸送し、当該プラントの使用済み燃料プールにおいて、ＭＯＸ使用済み燃料集合体４０を収納することが有効である。
【００５５】
また、全ての燃料集合体をＭＯＸ燃料とするプラント以外であっても、同一の原子力発電所の他のプラントのウラン使用済み燃料集合体４１と組み合わせた方がより、中性子遮蔽や除熱効果が大きい場合や、あるいは同一プラント内にウラン使用済み燃料集合体４１がないか、あるいは、適切な中性子遮蔽や除熱効果が得られるウラン使用済み燃料集合体４０がない場合もある。そのような場合には、同一の発電所内においても、ＭＯＸ使用済み燃料集合体４０以外のウラン使用済み燃料集合体４１などをあらかじめ収納し、ＭＯＸ使用済み燃料集合体４０を生成するプラントに輸送し、当該プラントの使用済み燃料プールにおいて、ＭＯＸ使用済み燃料集合体４０を収納することが、使用済み燃料集合体の輸送・貯蔵方法として有効である。
【００５６】
このように、ウラン使用済み燃料集合体４１をキャスクに収納して他の原子力発電所または同一の原子力発電所の他プラントに輸送して、その輸送先のプラントで生成されたＭＯＸ使用済み燃料集合体を同じキャスク内に収納するという運用により、一つまたは複数の原子力発電所の複数のプラントに保管するＭＯＸ使用済み燃料集合体とウラン使用済み燃料集合体の体数の適切な分配のバランスを図るうえでも有効である。
【００５７】
なお、これらのＭＯＸ使用済み燃料集合体を収納する前のウラン使用済み燃料集合体のみの輸送においては、キャスクのバスケット内の使用済み燃料集合体の配置は上記実施形態として説明した配置である必要はなく、従来技術によることができる。
【００５８】
以上の実施形態の説明では、ＢＷＲ燃料集合体を収納するキャスクを例にとって説明したが、ＰＷＲ燃料集合体を収納するキャスクにも適用できる。  
【符号の説明】
【００５９】
１…中性子吸収除熱体
２…角管
３…封入物
４…被覆材
１０…一次蓋
１１…二次蓋
１２、１４…レジン
１５…補助遮蔽体
１６…キャスク本体
１７…トラニオン
１９…蓋部
２１…胴本体、
２２…キャビティ
２４…底板
２５…外筒
２６…レジン
３０…バスケット
３１…収納空間（セル）
４０…ＭＯＸ使用済み燃料集合体
４１…ウラン使用済み燃料集合体
１００…キャスク
【図１】
0005597523.tif 000002
【図２】
0005597523.tif 000003
【図３】
0005597523.tif 000004
【図４】
0005597523.tif 000005
【図５】
0005597523.tif 000006
【図６】
0005597523.tif 000007
【図７】
0005597523.tif 000008
【図８】
0005597523.tif 000009
【図９】
0005597523.tif 000010
【図１０】
0005597523.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
0005597523.tif 000013
【図１３】
0005597523.tif 000014