(57)【要約】【課題】  使用済み燃料収納容器の周方向に沿った中性子遮蔽欠損を防止するとともに、使用済み燃料収納容器の製造期間を短縮できる使用済み燃料収納容器を提供する。【解決手段】  内筒と外筒との間を伝熱フィンにより周方向に分割した各空間に中性子遮蔽体を配置した使用済み燃料収納容器において、中性子遮蔽体１３が、収納容器の軸方向で分割され、収納容器内から放射された中性子が少なくとも１回中性子遮蔽体１３を通る形状の重なり構造を有し、中性子遮蔽体１３の重なり構造の一方が凸部１６を形成され、対向する他方が凹部１７を形成されている使用済み燃料収納容器。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内筒と外筒との間を伝熱フィンにより周方向に分割した各空間に中性子遮蔽体を配置した使用済み燃料収納容器において、
前記中性子遮蔽体が、前記収納容器の軸方向で分割され、前記収納容器内から放射された中性子が少なくとも１回前記中性子遮蔽体を通る形状の重なり構造を有することを特徴とする使用済み燃料収納容器。
【請求項２】
内筒と外筒との間を伝熱フィンにより周方向に分割した各空間に中性子遮蔽体を配置した使用済み燃料収納容器において、
前記中性子遮蔽体が、前記収納容器の軸方向で分割され、前記収納容器内から放射された中性子が少なくとも１回前記中性子遮蔽体を通る形状の重なり構造を有し、
前記中性子遮蔽体の重なり構造の一方が凸部を形成され、対向する他方が凹部を形成されていることを特徴とする使用済み燃料収納容器。
【請求項３】
請求項２に記載の使用済み燃料収納容器において、
前記凸部の収納容器径方向厚さが、前記中性子遮蔽体の径方向厚さの約半分であり、かつ、前記収納容器の軸方向に分割された２つの中性子遮蔽体の重なり構造のオフセット高さが、軸方向の最大ギャップ高さ以上であることを特徴とする使用済み燃料収納容器。
【請求項４】
請求項２または３に記載の使用済み燃料収納容器において、
前記凸部および凹部の断面形状が、四角形であることを特徴とする使用済み燃料収納容器。
【請求項５】
請求項２または３に記載の使用済み燃料収納容器において、
前記凸部および凹部の断面形状が、階段状であることを特徴とする使用済み燃料収納容器。
【請求項６】
内筒と外筒との間を伝熱フィンにより周方向に分割した各空間に中性子遮蔽体を配置した使用済み燃料収納容器において、
前記中性子遮蔽体が、前記収納容器の軸方向で分割され、前記収納容器内から放射された中性子が少なくとも１回前記中性子遮蔽体を通る形状の重なり構造を有し、
前記中性子遮蔽体の重なり構造の両方が凹部を形成され、
前記中性子遮蔽体の分割ギャップおよび前記凹部の空間を補う中性子遮蔽体補填ブロックを備えたことを特徴とする使用済み燃料収納容器。
【請求項７】
請求項６に記載の使用済み燃料収納容器において、
前記中性子遮蔽体補填ブロックの収納容器径方向厚さが、前記中性子遮蔽体の径方向厚さのほぼ半分であり、かつ、使用済み燃料収納容器の軸方向に分割された２つの中性子遮蔽体の重なり構造のオフセット高さが、軸方向の最大ギャップ高さ以上であることを特徴とする使用済み燃料収納容器。
【請求項８】
請求項６または７に記載の使用済み燃料収納容器において、
前記中性子遮蔽体補填ブロックの断面形状が、四角形であることを特徴とする使用済み燃料収納容器。
【請求項９】
請求項６または７に記載の使用済み燃料収納容器において、
前記中性子遮蔽体補填ブロックが、前記収納容器の内側または外側に寄せて配置され、
前記中性子遮蔽体補填ブロックの断面形状が、四角形であることを特徴とする使用済み燃料収納容器。
【請求項１０】
請求項６に記載の使用済み燃料収納容器において、
前記中性子遮蔽体補填ブロックの断面形状が、菱形であることを特徴とする使用済み燃料収納容器。
【請求項１１】
請求項６に記載の使用済み燃料収納容器において、
前記中性子遮蔽体補填ブロックの断面形状が、楕円形であることを特徴とする使用済み燃料収納容器。
【請求項１２】
請求項６に記載の使用済み燃料収納容器において、
前記中性子遮蔽体補填ブロックが、前記収納容器の内側または外側に寄せて配置され、
前記中性子遮蔽体補填ブロックの断面形状が、階段状であることを特徴とする使用済み燃料収納容器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主として原子力発電所から発生する使用済み燃料の輸送または貯蔵または輸送／貯蔵のための使用済み燃料収納容器に係り、特に、その中性子遮蔽体の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力発電施設の炉心で一定期間使用された燃料は、炉心から取出され、冷却するために使用済み燃料プールなどに一時保管される。所定冷却期間が経過した使用済み燃料は、使用済み燃料収納容器(キャスク)に収納され、燃料再処理施設または中間貯蔵施設などに搬送される。
【０００３】
使用済み燃料収納容器は、内筒と外筒との二重構造になっており、炭素鋼などの金属板で構成される伝熱フインが周方向に間隔を置いて内筒の外面に取付けられ、内筒の内側には金属製バスケットが設置される。
【０００４】
使用済み燃料収納容器には、収納した使用済み燃料から放出される中性子などの放射線を遮蔽する放射線遮蔽体が設けられる。外筒と内筒との間には、中性子遮蔽体である樹脂部材を設置する。
【０００５】
内筒は、上方が開口した炭素鋼の筒であり、ガンマ線遮蔽体である。金属製バスケットは、複数のセルを備え、それぞれのセル内に使用済み燃料集合体が収納される。金属製バスケットは、使用済み燃料集合体を収納する。内筒の開口部には放射性物質の漏洩を防止する一次蓋が取付けられ、更にその外側に二次蓋が取付けられる。
【０００６】
中性子遮蔽体としては、通常常温硬化型のエポキシ樹脂またはシリコンゴムに粉末状の中性子吸収材および耐火材といった添加物を加えた樹脂が使用されている。
【０００７】
従来の中性子遮蔽体としては、伝熱性能を高めるとともに軽量化するために、断面コ字型のブロック構造で、内筒の長手方向に複数個配置されるものが知られている(例えば、特許文献１参照)。
【０００８】
また、内筒の軸方向への中性子遮蔽体の熱伸びを吸収し、中性子遮蔽欠損を防止する構造を持つものも知られている(例えば、特許文献２参照)。
【０００９】
【特許文献１】特開２００４−１５６９９７号公報(第３頁、図２)
【特許文献２】特開２００４−１２５７６３号公報(第４頁、図２，図３)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１は、使用済み燃料収納容器の軸方向に複数個配置される中性子遮蔽体を単純なブロック構造としている。ブロック構造の中性子遮蔽体は、予め熱膨張分の伸び代を有しており、熱膨張分の伸び代が過大になってしまった場合、２つの中性子遮蔽体の重なり構造に隙間が存在することになり、中性子遮蔽欠損が生じるおそれがある。
【００１１】
特許文献２において、使用済み燃料収納容器の周方向に沿った中性子ストリーミングを防止する構造では、中性子遮蔽体がブロック構造ではなく、外筒と内筒との間に中性子遮蔽体を直接注入し硬化させる方法で製造される。したがって、収納容器の製造期間と中性子遮蔽体の製造期間とが連続しており、収納容器を製造した後でなければ中性子遮蔽体を形成できず、使用済み燃料収納容器の製造工程を短縮することは不可能である。
【００１２】
本発明の課題は、使用済み燃料収納容器の周方向に沿った中性子遮蔽欠損を防止するとともに、使用済み燃料収納容器の製造期間を短縮できる使用済み燃料収納容器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、上記課題を解決するために、内筒と外筒との間を伝熱フィンにより周方向に分割した各空間に中性子遮蔽体を配置した使用済み燃料収納容器において、中性子遮蔽体が、収納容器の軸方向で分割され、収納容器内から放射された中性子が少なくとも１回中性子遮蔽体を通る形状の重なり構造を有する使用済み燃料収納容器を提案する。
【００１４】
より具体的には、中性子遮蔽体の重なり構造の一方が凸部を形成され、対向する他方が凹部を形成されている。
【００１５】
または、中性子遮蔽体の重なり構造の両方が凹部を形成され、中性子遮蔽体の分割ギャップおよび前記凹部の空間を補う中性子遮蔽体補填ブロックを備える。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、使用済み燃料収納容器の周方向に沿った中性子遮蔽欠損による中性子ストリーミングを抑制できる。また、本発明の中性子遮蔽体は、使用済み燃料収納容器本体と並行して製造できるので、使用済み燃料収納容器の製造期間を短縮できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
次に、図１〜図１２を参照して、本発明による使用済み燃料収納容器の実施例を説明する。
【００１８】
図１は、本発明による使用済み燃料収納容器の全体構造を示す斜視図である。
【００１９】
使用済み燃料収納容器１は、外筒３と内筒２とを含み、伝熱フィン４により外筒３と内筒２とを結合してある。
【００２０】
伝熱フイン４は、周方向に間隔を置いて取付けられており、内筒２から外筒３に使用済み燃料収納容器１内部の熱を伝達し、外筒３の表面から大気中に放熱させる。
【００２１】
内筒２は、上方が開口した炭素鋼製の構造体であり、ガンマ線遮蔽機能を兼ね備える。内筒２の内側には、格子状に形成された金属製バスケット７が設置される。金属製バスケット７は、複数のセルを備え、それぞれのセル内に使用済み燃料集合体を収納する。
【００２２】
内筒２の開口部には放射性物質の漏洩を防止する一次蓋８が取付けられ、更にその外側に二次蓋９が取付けられる。
【００２３】
使用済み燃料収納容器１は、外筒３の側面に設けられた上部トラニオン１０および下部トラニオン１１を用いて取り扱われる。
【００２４】
外筒３と内筒２との間で伝熱フイン４によって形成された各空間には、中性子遮蔽体５が配置されている。内筒２の開口部に取付けられた一次蓋８内にも、それぞれ中性子遮蔽体６が充填されている。
【００２５】
図２は、本発明による使用済み燃料収納容器における中性子遮蔽体の構造を示す水平断面図である。
【００２６】
外筒３と内筒２との間で伝熱フィン４によって形成された各空間に配置される中性子遮蔽体５は、断面がコ字型の金属ケース１２と樹脂部材１３とからなるブロック構造物である。
【００２７】
金属ケース１２は、アルミニウム合金などの伝熱性の良い材料からなる。
【００２８】
中性子遮蔽体５は、その製造時および取付け時の作業のしやすさを考慮して、使用済み燃料収納容器の長手方向で複数個に分割されている。
【００２９】
上記のように中性子遮蔽体５をブロック構造とする場合、金属ケース１２および樹脂部材１３の熱膨張により発生する使用済み燃料収納容器１の内筒２，外筒３，伝熱フィン４への応力を抑制するために、熱膨張分の伸び代を予め考慮する必要がある。
【００３０】
また、内筒２と外筒３とにより囲まれた領域の内圧を緩和するために、ガス空間を設けることが好ましい。
【００３１】
金属ケース１２にＬ字状凹部１４を形成すると、外側のギャップ１５にガス空間を確保できる。ギャップ１５は、外筒３を伝熱フイン４に溶接する際の入熱による樹脂部材１３ヘの影響を抑制することにも役立つ。
【実施例１】
【００３２】
図３は、本発明による使用済み燃料収納容器の実施例１における中性子遮蔽体の構造を示す縦断面図である。
【００３３】
上記図２のような構造の中性子遮蔽体５を使用済み燃料収納容器１に設置する場合、２つの中性子遮蔽体５の長手方向の重なり構造において、使用済み燃料収納容器１の周方向に沿って中性子遮蔽欠損が生じると、使用済み燃料収納容器１の遮蔽機能に大きな影響を与える。
【００３４】
本実施例１においては、その対策として、２つの中性子遮蔽体５の重なり構造の一方を凸部１６とし、対向するもう一方を凹部１７とする。
【００３５】
使用済み燃料収納容器１の軸方向に分割された２つの中性子遮蔽体５の重なり構造において、ギャップと遮蔽効果との関係を数値解析により調べた。
【００３６】
図４は、本発明による使用済み燃料収納容器の実施例１においてオフセット高さ／ギャップ高さ＝(Ｗ／Ｄ)を変えたときの中性子線強度の解析結果を示す図である。
【００３７】
ギャップ高さＤに対して、オフセット高さＷが２倍以上で大きな効果があり、それ以上のオフセット高さにしても、効果の変化が少ないことがわかった。
【００３８】
図５は、本発明による使用済み燃料収納容器の実施例１において凹部中性子遮蔽体厚さ／凸部中性子遮蔽体厚さ＝(Ｘ1／Ｘ2)＝(Ｘａ＋Ｘｂ)／Ｘ2を変えたときの中性子線強度の解析結果を示す図である。
【００３９】
ギャップ幅Ｘ(使用済み燃料収納容器１では径方向のギャップ幅に相当)に対しては、近接する中性子遮蔽体５のギャップ幅Ｘが、ほぼ同じときに大きな効果があることがわかった。
【００４０】
以上の数値解析の結果から、凸部１６の容器の径方向幅が、凹部１７を有する中性子遮蔽体５の容器の径方向幅のほぼ半分とし、かつ、使用済み燃料収納容器１の軸方向に分割された２つの中性子遮蔽体５の重なり構造におけるギャップが、軸方向の最大ギャップ幅以上に離れているようにする。
【００４１】
中性子遮蔽体５を前記構造とすれば、２つの中性子遮蔽体５の重なり構造の隙間(中性子遮蔽体欠損)を凸部１６により補填でき、中性子は樹脂部材中を必ず通ることになる。
【００４２】
このような中性子遮蔽体５を有する使用済み燃料収納容器１は、使用済み燃料収納容器１の周方向に沿った軸方向への中性子遮蔽欠損を凸部１６により防止でき、したがって、中性子遮蔽欠損による作業員の被ばくを低減できる。
【００４３】
次に、加熱硬化型樹脂を用いた中性子遮蔽体５の製造方法を説明する。
【００４４】
まず、中性子遮蔽体５の素材である樹脂を注入するための金属ケース１２を製造する。金属ケース１２の軸方向長さは、中性子遮蔽体５の製造時および取付け時の作業のしやすさを考慮して、使用済み燃料収納容器１の軸方向長さを複数に分割した長さとする。
【００４５】
また、金属ケース１２は、２つの中性子遮蔽体５の重なり構造の一方が凸部１６、もう一方が凹部１７を持つ構造とする。
【００４６】
中性子遮蔽体５の重なり構造は、使用済み燃料収納容器１が使用済み燃料を貯蔵する際、中性子吸収材を保持する樹脂が熱膨張することを考慮し、予めギャップを設ける。
【００４７】
ミキサーを用いて、樹脂と粉末状の中性子吸収材と粉末状の耐火材とが均一になるように混練し、混練後、混練物から気泡を抜くために、真空脱泡する。
【００４８】
ホースまたは樋を用いて、混練物を金属ケース１２に注入する。
【００４９】
混練物の注入が完了したら、金属ケース１２とともに混練物を加熱し、一次硬化させる。一次硬化の際に、混練物に含まれる添加物(中性子吸収材および耐火材)が金属ケース１２の低部に沈降することを抑制するため、混練物に含まれる添加物(中性子吸収材および耐火材)の粒径および樹脂の粘度を予め調節する。
【００５０】
樹脂の重合度を更に高めるには、一次硬化の加熱温度よりも高い温度で金属ケース１２内の混練物を加熱し、二次硬化させる。
【００５１】
このようにして製造した中性子遮蔽体５を使用済み燃料収納容器１の内筒２の外側に取付ける。
【００５２】
なお、常温硬化型樹脂を用いて中性子遮蔽体５を製造する場合は、加熱硬化型の中性子遮蔽体５の製造方法における一次硬化および二次硬化作業の加熱作業に代えて、樹脂が硬化するまで常温で一定期間放置すればよい。
【００５３】
本実施例１は、金属ケース１２すなわち型内に樹脂を注入して所定形状の中性子遮蔽体５を製造する方法を採用しており、使用済み燃料収納容器１と中性子遮蔽体５とを並行して製造できるので、内筒２と外筒３との間に樹脂を含む混練物を注入する従来の製造方法と比べて、使用済み燃料収納容器１の製造期間を著しく短縮できる。
【００５４】
また、中性子が必ず樹脂部材中を通過する中性子遮蔽体５の構造を採用とすることにより、使用済み燃料収納容器１は、使用済み燃料収納容器１の周方向に中性子遮蔽体の欠損が無く、中性子遮蔽能力を十分に発揮できる。
【実施例２】
【００５５】
図６は、本発明による使用済み燃料収納容器の実施例２における中性子遮蔽体の構造を示す縦断面図である。
【００５６】
本実施例２においては、中性子遮蔽体５の凸部１６を内筒２または外筒３側に寄せて形成する。凸部１６を内筒２または外筒３側に寄せて形成すると、中性子遮蔽体５製造用金属ケース１２の構造を単純にでき、製造効率が良くなる。また、凸部１６が中央部に設けられる実施例１と比較して、中性子遮蔽体５を使用済み燃料収納容器１に組み込みやすい。
【実施例３】
【００５７】
図７は、本発明による使用済み燃料収納容器の実施例３における中性子遮蔽体の構造を示す縦断面図である。
【００５８】
本実施例３においては、中性子遮蔽体５の凸部１６を階段状にしてある。中性子遮蔽体５の凸部１６を階段状にしたので、２つの中性子遮蔽体５の重なり構造のギャップを使用済み燃料収納容器１の軸方向に多段に分散でき、中性子が樹脂部材１３を通らない距離が短くなり、実施例１および２と比較して、中性子を効果的に遮蔽できる。
【実施例４】
【００５９】
図８は、本発明による使用済み燃料収納容器の実施例４における中性子遮蔽体の構造を示す縦断面図である。
【００６０】
本実施例４においては、２つの中性子遮蔽体５の重なり構造の両方に凹部１７を形成し、中子遮蔽体５の分割部分のギャップおよび凹部１７の空間を補うために、中性子遮蔽体補填ブロック１８を追加し、中性子が中性子遮蔽体５または中性子遮蔽体補填ブロック１８を必ず通過する構造とする。
【００６１】
図４および図５における数値解析の結果から、中性子遮蔽体補填ブロック１８の幅(Ｘ2に相当)が、凹部１７を有する中性子遮蔽体５の幅(Ｘ1＋Ｘ2)のほぼ半分であり、かつ、中性子遮蔽体補填ブロック１８のオフセット高さＷが、使用済み燃料収納容器１の軸方向に分割された２つの中性子遮蔽体５の重なり構造のギャップ高さＤよりも、高くなるようにする。
【００６２】
このような構造にすると、使用済み燃料収納容器１の周方向に沿った中性子遮蔽欠損を防止しながら、中性子遮蔽体５を製造するための金属ケース１２の構造を単純にでき、製造しやすくなる。
【００６３】
また、２つの中性子遮蔽体５の重なり構造が同じになるので、上下の区別が無くなり、中性子遮蔽体５を使用済み燃料収納容器１に組み込みやすい。
【実施例５】
【００６４】
図９は、本発明による使用済み燃料収納容器の実施例５における中性子遮蔽体の構造を示す縦断面図である。
【００６５】
本実施例５においては、中性子遮蔽体補填ブロック１８を内筒２または外筒３側に寄せて配置する。このように中性子遮蔽体補填ブロック１８を内筒２または外筒３側に寄せて配置すれば、中性子遮蔽体補填ブロック１８を入れる側の金属ケース１２の側板を削減できるので、実施例４と比較して、中性子遮蔽体５の使用済み燃料収納容器１への径方向での組立てが容易になる。
【実施例６】
【００６６】
図１０は、本発明による使用済み燃料収納容器の実施例６における中性子遮蔽体の構造を示す縦断面図である。
【００６７】
本実施例６においては、菱形の中性子遮蔽体補填ブロック１８を採用する。中性子遮蔽体補填ブロック１８の形状を菱形にすると、中性子遮蔽体５の加工が容易になり、実施例４および５と比較して、中性子遮蔽体５を使用済み燃料収納容器１に組み込みやすい。
【実施例７】
【００６８】
図１１は、本発明による使用済み燃料収納容器の実施例７における中性子遮蔽体の構造を示す縦断面図である。
【００６９】
本実施例７においては、楕円形の中性子遮蔽体補填ブロック１８を採用する。中性子遮蔽体補填ブロック１８を楕円形にすると、構造強度上安定になるとともに、中性子遮蔽体５の加工が容易になり、実施例４および５と比較して、中性子遮蔽体５を使用済み燃料収納容器１に組み込みやすい。
【実施例８】
【００７０】
図１２は、本発明による使用済み燃料収納容器の実施例８における中性子遮蔽体の構造を示す縦断面図である。
【００７１】
本実施例８においては、階段状の中性子遮蔽体補填ブロック１８を採用する。中性子遮蔽体補填ブロック１８を階段状の複雑な形状にすると、２つの中性子遮蔽体５の重なり構造のギャップを使用済み燃料収納容器１の軸方向に多段に分散でき、中性子が樹脂部材１３を通らない距離が短くなるので、実施例５および６と比較して、中性子をより一層効果的に遮蔽できる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明による使用済み燃料収納容器の全体構造を示す斜視図である。
【図２】本発明による使用済み燃料収納容器における中性子遮蔽体の構造を示す水平断面図である。
【図３】本発明による使用済み燃料収納容器の実施例１における中性子遮蔽体の構造を示す縦断面図である。
【図４】本発明による使用済み燃料収納容器の実施例１においてオフセット高さ／ギャップ高さ＝(Ｗ／Ｄ)を変えたときの中性子線強度の解析結果を示す図である。
【図５】本発明による使用済み燃料収納容器の実施例１において凹部中性子遮蔽体厚さ／凸部中性子遮蔽体厚さ＝(Ｘ1／Ｘ2)＝(Ｘａ＋Ｘｂ)／Ｘ2を変えたときの中性子線強度の解析結果を示す図である。
【図６】本発明による使用済み燃料収納容器の実施例２における中性子遮蔽体の構造を示す縦断面図である。
【図７】本発明による使用済み燃料収納容器の実施例３における中性子遮蔽体の構造を示す縦断面図である。
【図８】本発明による使用済み燃料収納容器の実施例４における中性子遮蔽体の構造を示す縦断面図である。
【図９】本発明による使用済み燃料収納容器の実施例５における中性子遮蔽体の構造を示す縦断面図である。
【図１０】本発明による使用済み燃料収納容器の実施例６における中性子遮蔽体の構造を示す縦断面図である。
【図１１】本発明による使用済み燃料収納容器の実施例７における中性子遮蔽体の構造を示す縦断面図である。
【図１２】本発明による使用済み燃料収納容器の実施例８における中性子遮蔽体の構造を示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００７３】
１  使用済み燃料収納容器
２  内筒
３  外筒
４  伝熱フイン
５  中性子遮蔽体
６  中性子遮蔽体
７  バスケット
８  一次蓋
９  二次蓋
１０  上部トラニオン
１１  下部トラニオン
１２  金属ケース
１３  樹脂部材
１４  Ｌ字状凹部
１５  ギャップ
１６  凸部
１７  凹部
１８  中性子遮蔽体補填ブロック
Ｄ  ギャップ高さ
Ｗ  オフセット高さ
Ｘ1  凹部中性子遮蔽体厚さ＝Ｘａ＋Ｘｂ
Ｘ2  凸部中性子遮蔽体厚さ(ギャップ幅)
【図１】
2006226787.tif 000003
【図２】
2006226787.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2006226787.tif 000007
【図６】
2006226787.tif 000008
【図７】
2006226787.tif 000009
【図８】
2006226787.tif 000010
【図９】
2006226787.tif 000011
【図１０】
2006226787.tif 000012
【図１１】
2006226787.tif 000013
【図１２】
2006226787.tif 000014