(57)【要約】【課題】  使用済燃料の中間貯蔵において、火災などによる異常な高温時におけるキャスクの健全性を容易に担保できるキャスクの構造を提供する。【解決手段】  鋼鉄製の肉厚の胴本体４と、その内部のバスケット３とを有し、使用済燃料２は、前記バスケット３に収納されており、前記胴本体４の上部開口は、一次蓋７及び二次蓋８により二重に密封されているキャスク１である。火災などによる異常な高温時に、前記胴本体４の底部に設置されているレジン１２から放出されるガスを、キャスク１の外部へ排気することができる可溶栓２２を、前記胴本体４の底面側部に設置する。【選択図】    図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
使用済燃料を収めるバスケットを収納する有底筒形の胴本体と、
前記胴本体の外周を覆う筒形の外筒と、
前記胴本体の上部開口を閉塞する内蓋及び外蓋と、を備え、
前記胴本体の側面と前記外筒にて区画された部分、前記外蓋の内部、及び前記胴本体の底面と底面カバーにて区画された部分の、いずれにも中性子遮蔽体が配置されているキャスクにおいて、
前記底部の中性子遮蔽体から前記底部の側面へ接続する排気孔を有することを特徴とするキャスクの構造。
【請求項２】
前記排気孔の外側開口に可溶栓を設けたことを特徴とする請求項１に記載のキャスクの構造。
【請求項３】
前記底面と前記底面カバーにて区画された部分に配置されている中性子遮蔽体から、前記胴本体の側面と前記外筒にて区画された部分に配置されている中性子遮蔽体へ連通する経路を有することを特徴とする請求項１に記載のキャスクの構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高温時に中性子遮蔽体から放出されるガスを外部へ逃がすための可溶栓を有するキャスクに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
原子力発電炉で一定期間使用された核燃料は、炉心から取出された後、冷却のため使用済燃料用の水プールに一時的に保管される。所定の冷却期間が終了した後は、使用済燃料は再処理工場において再処理され、回収されたウランとプルトニウムは再び燃料として加工されて、再び原子力発電炉において使用されることになっている。
【０００３】
しかし、原子力発電所から発生する使用済燃料の量は、年間数千トンUに達するものと予想されるが、再処理工場の年間処理能力は約800トンUしかないことから、再処理されるまでの間は、使用済燃料を適切に管理・貯蔵することが必要となる。この、使用済燃料の中間貯蔵は、専用の施設において約５０年間おこなわれることが予定されている。
【０００４】
使用済燃料を中間貯蔵する方式には、キャスクを用いる乾式貯蔵方式と、水プールによる湿式貯蔵方式の２つがあるが、コスト及び安定性を考慮すると、前者の乾式貯蔵方式のほうが有望であるとされている。
【０００５】
この乾式貯蔵に用いられる金属製のキャスクの構造を図５に示す。キャスク１の胴本体４の内部にあるバスケット３により仕切られた空間に使用済燃料２が収納されており、胴本体４の上部開口は、使用済燃料２からの放射性物質の漏洩を防ぐために、一次蓋７と二次蓋８とにより二重に密封されている。
【０００６】
このキャスク１には、使用済燃料２から放出される中性子線を遮蔽するための中性子遮蔽体が、二次蓋の内部９、胴本体４の外側部５及び胴本体４の底部１２の３つの部分に分けて充填されており、それぞれ二次蓋レジンカバー１０、外筒６及び底面レジンカバー１１でその外面を覆うことにより保護されている。この中性子遮蔽体には、軽量で水素含有率が高いという理由から、エポキシ樹脂を主成分とするレジンが用いられている。（例えば、特許文献１参照。）
キャスク１は、強い放射線を発する使用済燃料２を長期間にわたり貯蔵するものであるため、通常時は勿論のこと、火災などにより異常な高温にさらされた場合でも、健全性を保ち、放射線を遮蔽する機能を失わないことが必要である。
【０００７】
しかし、中性子遮蔽体であるレジンは、前述のようにエポキシ樹脂を主成分としたものであるため、約２５０℃以上の高温になると分解してガスを放出する性質がある。そのため、キャスク１が火災などにさらされてレジンが異常な高温になると、ガスが大量に放出されてレジンを保護している保護カバーに加わる内圧が高まり、最終的には保護カバーが破損するとともに、残存するレジンが飛散して、中性子線の遮蔽能力が失われてしまうおそれがある。
【０００８】
このような事態を避けるために、キャスク１の保護カバーには、通常の圧力容器の場合と同様に可溶栓（例えば、特許文献２参照。）が設けられており、キャスク１が火災などにより異常な高温になった場合には、この可溶栓が開通して、放出ガスが外部へ排気されるため、保護カバーに加わる内圧が低減されるようになっている。
【０００９】
以上のように、可溶栓は、使用済燃料の中間貯蔵時におけるキャスクの健全性を担保する重要な部品であり、定期的に点検・交換することが必要とされている。
【特許文献１】特開２０００−２７５３９１号公報
【特許文献２】特開２００２−２８６１３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
キャスク１を用いて使用済燃料２を中間貯蔵する場合には、貯蔵スペースの合理化を図るために、図５に示すように、キャスク１は貯蔵架台１４上に縦置きの状態で固定されるため、その底面が貯蔵架台１４の真近上に位置することとなる。
【００１１】
しかし、このキャスク１は、その大部分が鍛造鋼からなる直径約３メートル、高さ約６メートル、重量約１２０トンの重量構造物であり、容易に動かすことができない。従って、キャスク１の底面部分は、長期にわたって作業員等が容易に近接することができない状態になってしまう。
【００１２】
そのため従来は、キャスク１の底面に溶接されている底面カバー１１には、定期的な保守が必要である可溶栓を直接設置することができなかった。その結果、キャスク１が火災などにより異常な高温になったときに、底部レジン１２から放出されるガスを外部へ排気する仕組みがなかったことから、中間貯蔵におけるキャスクの健全性を容易に担保することができないという問題があった。
【００１３】
また、使用済燃料２が発する崩壊熱は、キャスク１の内部にあるバスケット３及び胴本体４を介して外部に放熱されるが、バスケット３は有底筒形のアルミニウム製であるため、崩壊熱はキャスク１の側部と底部に伝わりやすいという傾向がある。それに加えて、キャスク１を縦置きにした場合には、底部からの放熱が制限されるため、結果として底部の温度が最も高くなることになる。使用済燃料２の崩壊熱の大きさの程度によっては、底部レジン１２の温度が、レジンの制限温度である約１５０℃に近い温度になることも考えられる。
【００１４】
底部レジン１２から放出される水蒸気等のガスが、底部カバー１１で閉じ込められた空間に放出されるため、飽和蒸気圧及び底部レジン１２の熱膨張による圧力上昇などにより、底部カバー１１への内圧は底部レジン１２の温度が高くなれば大きな圧力となる。
【００１５】
その対策として、現状では底面カバー１１の厚みを増やすことにより内圧に対する強度を増す方法が取られているが、キャスク１の重量が増加して操作性が悪くなるとともに、製造コストが高騰するという問題を生じていた。
【００１６】
本発明は、上記の問題点を解消するためになされたものである。具体的には、使用済燃料２の中間貯蔵において、火災などによる異常な高温時におけるキャスク１の健全性を容易に担保できるキャスクの構造を提供することを目的とする。
【００１７】
更に、本発明は、底部レジン１２を保護するために設置されている底面カバー１１の必要厚みを減らして、キャスク１の操作性の向上及び製造コストの低減を図ることのできるキャスクの構造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】
【００１８】
上記の目的を達成する本発明のキャスクの構造は、使用済燃料を収めるバスケットを収納する有底筒形の胴本体と、前記胴本体の外周を覆う筒形の外筒と、前記胴本体の上部開口を閉塞する内蓋及び外蓋と、前記胴本体の側面と前記外筒にて区画された部分、及び前記胴本体の底面とカバーにて区画された部分のいずれにも中性子遮蔽体が配置されているキャスクにおいて、前記底部の中性子遮蔽体から前記底部の側面へ接続する排気孔を有することを特徴とするものである。
【００１９】
また、本発明のキャスクの構造は、前記排気孔の外側開口に、可溶栓を設けたことを特徴とするものである。
【００２０】
更に、本発明のキャスクの構造は、前記底面と前記底面カバーにて区画された部分に配置されている中性子遮蔽体から、前記胴本体の側面と前記外筒にて区画された部分に配置されている中性子遮蔽体へ連通する経路を有することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２１】
上記のように本発明は、キャスクが縦置きにされた状態でも、その底部に設置されているレジン用の可溶栓を、作業員が近接可能な側面部に設置するため、中間貯蔵において火災などによる異常な高温時におけるキャスクの健全性を容易に担保できるキャスクの構造を提供することができる。
【００２２】
更に、本発明は、キャスク底部のレジンとキャスク側部のレジンとを連通させる経路を設けることにより、底面カバーに加わる内圧を減少させて、その厚みを減らすことができるので、キャスクの軽量化による操作性の向上及び製造コストの低減を図ることができるキャスクの構造を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下に、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
【００２４】
図５に示すように、キャスク１は鉄鋼製の鍛造品である有底筒形で肉厚の胴本体４をその内部に有しており、その胴本体４の中には、アルミニウム製のバスケット３により仕切られた区画に、使用済燃料２が１体ずつ収納されている。胴本体４は、使用済燃料２からの放射性物質の漏洩を防ぐために、一次蓋７及び二次蓋８をそれぞれ胴本体４の上部開口に溶接して二重密封構造となっている。
【００２５】
図６に示すように、胴本体４は使用済燃料２から放出される中性子線を遮蔽するために、中性子遮蔽体であるレジンの層が、その上部９、側部５及び底部１２の３つの部分に設置されており、それぞれ蓋カバー１０、外筒６及び底面カバー１１と呼ばれる保護カバーによりその外面を保護されている。
【００２６】
この保護カバーのうち、蓋カバー１０と外筒６には、キャスク１が火災などにより異常な高温となった場合に、レジンから放出されるガスを外部へ排気することができるように、可溶栓がそれぞれ設置されている。
【００２７】
前記可溶栓の設置位置について説明する。
【００２８】
蓋カバー１０については、図６に示すように、上部レジン９から放出されるガスを外部へ排気できるように、その中央に可溶栓２０が少なくとも１個設けられている。また、外筒６については、図６及び図７に示すように、側部レジン５から放出されるガスを外部へ排気できるように、外筒６の軸方向やや下部の周方向に等間隔で少なくとも１６個の可溶栓２１が設けられている。
【００２９】
例として、外筒６の周方向に設置されている可溶栓２１の構造を図８に示す。可溶栓２１は外筒の開口部に外側から内側へ向かって螺入されており、圧力逃がし孔21aには主に鉛又はビスマス等からなる可溶合金21bが閉塞するように充填されている。可溶栓２１の温度が所定の高温に達すると、可溶合金21bが軟化溶融して、圧力逃がし孔21aが空き、側部レジン５から放出されたガスが外部へ排気されるため、外筒６の破裂を未然に防ぐことができる。
【００３０】
本発明に関して、底部レジン１２から放出されるガスを排気するために、新たに設置した可溶栓２２について説明する。
【００３１】
底部レジン１２は、図５及び図６に示すように、胴本体４の底部に加工された凹部内に設置されており、胴本体４の最下部のリング状部分4aによりその周りを囲まれている。また、その下面には、底部レジン１２を保護するための底面カバー１１があり、胴本体に溶接されて固定されている。なお、図１に示すように、底部レジン１２と底面カバー１１との間には、底部レジン１２から放出されたガスが貯留するように、空隙12aが形成されている。
【００３２】
本発明に係る可溶栓２２は、当該リング状部分4aを貫通して形成された排気孔２３の外部開口に設けられるものである。可溶栓２２は、図５のＡ部に示すようにキャスク１の底部側面に位置することになるため、キャスク１が縦置きの状態であっても作業員等が近接でき、作業性にも問題がないことから、可溶栓２２の定期的な点検・交換を実施することができる。
【００３３】
更に、本発明に関して、底部レジン１２から放出されたガスを側部レジン５に連通させる経路を有する構造について、図２に基づいて説明する。
【００３４】
底部レジン１２内には、図３ (a) に示すような構造の通気管２６が、開放端の一端が空隙12aと、管表面の開口部が連通孔２４と、それぞれ接続するように設置されている。この連通孔２４は、リング状部分4aを貫通するように形成されており、その他方の端は外筒６の最下端部にある段差部１４の内部に接続している。
【００３５】
前記段差部１４は、使用済燃料２の輸送時において、キャスク１を衝撃から保護するための緩衝体13を装荷しても、嵌合部から中性子線が漏洩しないように設けられているものであり、従ってその内部にはレジン15が充填されている。
【００３６】
この段差部のレジン15内には、図３ (b) に示すような構造のL字型通気管２７が、そのL字の一端が前記連通孔２４と、他端が連通孔２５と、それぞれ接続するように設置されている。この連通孔２５は、外筒６の底面を貫通するように形成されており、側部レジン５内により設置されている連通管２７（連通管２６と同じ構造）の管表面の開口部に接続している。側部レジン５には、底部レジン１２と同様に、放出ガスが貯留できるように空隙5aが設けられているが、前記連通管２７の開放端の一端は、当該空隙5aに接続している。
【００３７】
以上のように、底部レジン１２から側部レジン５へ連通するガス経路が、通気管２６−連通孔２４−L字型通気管２７−連通孔２５−通気管２８により形成される。このガス経路が形成されたことにより、底部レジン１２から放出されるガスの貯留容積が実質的に増加（空隙12a＋空隙5a）することになるため、通常の貯蔵時における底面カバー１１の内圧が減少することになる。従って、底面カバー１１の必要厚みを減らすことができるので、キャスク１の軽量化による操作性の向上、及び製作コストの合理化を図ることができる。
【００３８】
また、キャスク１が、火災などにより異常な高温になった場合には、底部レジン１２から放出されたガスは、その下端にある空隙12aに貯留してから、上記のガス経路を介して、側部レジン５の空隙5aへと導かれて、側部レジン５から放出されたガスとともに、可溶栓２１を通じてキャスク外部へ排気されることになる。従って、底部レジン１２の可溶栓２２の機能は側部の可溶栓２１により代用され、可溶栓２２は不要となるため、中間貯蔵期間中における可溶栓の定期点検・交換作業の合理化も図ることができる。
【００３９】
なお、上記のガス経路は、必ずしも段差部１４を経由する必要はなく、図４のように両者を直接的に接続する連通孔２９によるものでもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】底部レジン用の可溶栓の説明図である。
【図２】底部レジンから側部レジンへ連通する構造の説明図である。
【図３】底部レジン及び段差部レジン内の通気管の構造である。
【図４】底部レジンから側部レジンへ直接に連通する構造である。
【図５】中間貯蔵時におけるキャスクの構造である。
【図６】キャスクの縦断面である。
【図７】側部可溶栓が設置された軸位置におけるキャスクの横断面である。
【図８】外筒部に設置された可溶栓の構造である。
【図９】緩衝体を取り付けた場合のキャスク底部の縦断面である。
【符号の説明】
【００４１】
1  キャスク
2  使用済燃料
3  バスケット
4  胴本体
4a  胴本体の最下部のリング状部分
5  側部レジン
5a  側部レジンの空隙
6  外筒
7  一次蓋
8  二次蓋
9  上部レジン
10  蓋カバー
11  底面カバー
12  底部レジン
12a  底部レジンの空隙
13  緩衝体
14  外筒の段差部
15  段差部レジン
15a  段差部レジンの空隙
20  上部可溶栓
21  側部可溶栓
22  底部可溶栓
23  排気孔
24  底部連通孔
25  側部連通孔
26  底部レジン用通気管
27  段差部レジン用通気管
28  側部レジン用通気管
【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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